一种正交异性钢板刚度增强的铺装结构及其制备方法与流程

本发明涉及桥面铺装结构技术领域，特别涉及一种正交异性钢板刚度增强的铺装结构及其制备方法。

背景技术

桥面板是将桥面上各种荷载传递到主梁的重要构件，直接承受车轮荷载的反复作用，是桥梁结构的易损部位之一。目前，工程中常用的桥面板分为混凝土桥面板、钢桥面板及钢-混组合桥面板三种。

传统正交异性钢桥面体系多采用正交异性钢桥面和沥青混合料铺装层组成。随着运营时间的增长，容易产生沥青混合料铺装层损坏和钢桥面结构疲劳开裂，造成安全隐患。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种正交异性钢板刚度增强的铺装结构，具有良好的抗疲劳、抗开裂以及良好的高温稳定性和层间结合性的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种正交异性钢板刚度增强的铺装结构，包括正交异性钢板，所述正交异性钢板上侧依次设有耐磨纳米层、微缓冲层和磨耗层，所述耐磨纳米层通过微等离子渗入法渗入正交异性钢板上侧，所述微缓冲层通过树脂与耐磨纳米层上侧粘接；

所述微缓冲层上侧通过树脂粘接有薄钢板，所述薄钢板上侧通过微等离子法渗入纳米多孔层，所述磨耗层浇筑在纳米多孔层上；

所述微缓冲层上下两侧均采用纤维布和树脂固化形成纤维布层，两层所述纤维布层内设有缓冲微变形的缓冲件。

进一步的，所述缓冲件为“人”字形型材，所述缓冲件垂直于微缓冲层，相邻所述缓冲件之间之间形成u形的腔体，所述腔体内填充有填料；

相邻所述缓冲件下部相对的两端之间存在间隙。

进一步的，所述缓冲件包括若干配合设置的支撑片材和波浪状的缓冲片，所述支撑片材沿纵向开设有若干供缓冲片嵌入的槽口，所述缓冲片嵌入槽口的部分与支撑片材粘接，所述缓冲件与微缓冲层之间空隙中填充有填料。

进一步的，所述填料为聚氨酯硬质泡沫或岩棉。

进一步的，所述耐磨纳米层为铁硼化合物或者锰硼化合物；

所述耐磨纳米层的制备方法如下：

a、配制电解液：按质量份数计，将下列各组分进行充分混合，硼砂20-40份、氟硼酸钠30-50份、硫酸锰1-3份、edta二钠10-30份、冰乙酸10-20份、去离子水余量；

b、将正交异性钢板上侧除油、酸洗和活化处理；

c、微等离子渗入法制备耐磨纳米层：在室温下，将正交异性钢板的上侧面与负极相连并进入电解液中，以石墨为阳级，工作电压为300-600v，处理时间为10-30分钟，即可在正交异性钢板上表面渗入耐磨纳米层。

采用硫酸锰作为硼化反应的促进剂，是因为硼具有多孔性，且能够在硼化反应中形成锰硼化合物，其具有较高的硬度，且具有多孔性。

进一步的，所述纳米多孔层为铁硼化合物或者锰硼化合物；

所述纳米多孔层的制备方法如下：

a、配制电解液：按质量份数计，将下列各组分进行充分混合，硼砂20-40份、氟硼酸钠30-50份、硫酸锰3-5份、edta二钠10-30份、乙醇10-20份、去离子水余量；

b、将薄钢板上侧除油、酸洗和活化处理；

c、微等离子渗入法制备纳米多孔层：在室温下，将薄钢板的上侧面与负极相连并进入电解液中，以石墨为阳级，工作电压为300-600v，处理时间为10-30分钟，即可在薄钢板上表面渗入纳米多孔层。

进一步的，所述正交异性钢板下侧设有纵肋和横肋，所述纵肋和横肋相互垂直。

进一步的，所述纵肋包括间隔设置的u形肋和板式肋。

进一步的，所述磨耗层由沥青和混凝土铺设而成。

本发明的第二目的是提供一种正交异性钢板刚度增强的铺装结构的制备方法，包括上述的正交异性钢板刚度增强的铺装结构，包括如下步骤：

（1）先在正交异性钢板和薄钢板上侧分别渗入耐磨纳米层和纳米多孔层；

（2）将纤维布与树脂固化成一体形成纤维布层；

（3）在正交异性钢板的上侧均匀涂覆一层环氧树脂胶，将步骤（2）中的纤维布层粘接于正交异性钢板上侧；

（4）在纤维布层的上侧均匀涂覆一层环氧树脂胶，将缓冲件粘接于纤维布层上侧；

（5）在缓冲件与纤维布层之间的空隙中填入填料；

（6）将另一纤维布层的下侧均匀涂覆一层环氧树脂胶，将其粘接于缓冲件上方；

（7）在另一纤维布层的上侧均匀涂覆一层环氧树脂胶，将薄钢板粘接于纤维布层的上侧，形成微缓冲层；

（8）最后浇筑磨耗层，待磨耗层凝结硬化后，磨耗层、薄钢板、微缓冲层、正交异性钢板结合为一体，形成正交异性钢板刚度增强的铺装结构。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明通过在正交异性钢板上侧渗入耐磨纳米层来提高正交异性钢板的耐磨性和硬度，使其不易在长期使用或者重载荷的作用下发生疲劳开裂或过载断裂。薄钢板对正交异性钢板进行缓冲，尽可能减小外界对正交异性钢板的作用力。在正交异性钢板和磨耗层之间设置的微缓冲层，一方面可降低磨耗层的厚度，另一方面能够进一步对下方的正交异性钢板起到有效地缓冲作用，提高正交异性板的增强铺装结构的稳定性。在薄钢板上渗入纳米多孔层，使得薄钢板表面具有若干随机分布的纳米微孔，从而增强了薄钢板与磨耗层之间的附着力，使磨耗层不易剥离，提高了正交异性板的增强铺装结构的抗裂性。另外，由于磨耗层的材料会填充至薄钢板表面的纳米微孔中，因此，正交异性板的增强铺装结构具有良好的防水性能。

附图说明

图1是实施例1中用于体现正交异性钢板刚度增强的铺装结构的截面结构剖视图；

图2是实施例2中用于体现正交异性钢板刚度增强的铺装结构的截面结构剖视图。

图中，1、正交异性钢板；11、耐磨纳米层；12、纵肋；121、u形肋；122、板式肋；13、横肋；2、微缓冲层；21、纤维布层；22、缓冲件；221、腔体；222、间隙；223、支撑片材；2231、槽口；224、缓冲片；3、磨耗层；4、薄钢板；41、纳米多孔层；5、填料。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1：

一种正交异性钢板刚度增强的铺装结构，如图1所示，包括正交异性钢板1，在正交异性钢板1下侧设有纵肋12和横肋13，纵肋12和横肋13相互垂直。作为优选的，纵肋12为间隔设置的u形肋121和/或板式肋122。

如图1所示，正交异性钢板1上侧依次设有耐磨纳米层11、微缓冲层2和磨耗层3，耐磨纳米层11通过微等离子渗入法渗入正交异性钢板1上侧，耐磨纳米层11为铁硼化合物或者锰硼化合物，这两种化合物使正交异性钢板1表面的硬度和耐磨性显著提高，使其不易在长期使用或者重载荷的作用下发生疲劳开裂或过载断裂。

如图1所示，微缓冲层2通过树脂与耐磨纳米层11上侧粘接，微缓冲层2上侧通过树脂粘接有薄钢板4，薄钢板4对正交异性钢板1进行缓冲，尽可能减小外界对正交异性钢板1的作用力。薄钢板4上侧通过微等离子法渗入纳米多孔层41，纳米多孔层41为铁硼化合物或者锰硼化合物，磨耗层3由沥青和混凝土制成，且浇筑在纳米多孔层41上。由于纳米多孔层41与耐磨纳米层11的配方不同，因此所获得的最终渗层的性能不同，耐磨纳米层11主要提高了正交异性钢板1表面的硬度和耐磨性，而纳米多孔层41渗入薄钢板4后，薄钢板4表面的硬度和耐磨性也会有所提高，但是薄钢板4的表面粗糙度大于正交异性钢板1的表面粗糙度，因此薄钢板4在与磨耗层3结合时，其结合强度较高。

如图1所示，微缓冲层2上下两侧均采用纤维布和树脂固化形成纤维布层21，两层纤维布层21内设有缓冲微变形的缓冲件22。作为优选的，本实施例中的缓冲件22为“人”字形型材，缓冲件22垂直于微缓冲层2设置，相邻缓冲件22之间之间形成u形的腔体221，腔体221内填充有填料5，填料5为聚氨酯硬质泡沫或岩棉。相邻缓冲件22下部相对的两端之间存在间隙222以适应缓冲件22随季节变化产生的形变。“人”字形型材一方面对整个正交异性板增强的铺装机构起支撑强化作用，另一方面，在受到外界载荷时，缓冲件22下方的圆弧段能够发生微形变，减少正交异性钢板1的受力，使正交异性钢板1不易断裂，延长其使用寿命，从而提高正交异性板增强的铺装机构的抗裂性以及稳定性。

实施例2：

一种正交异性钢板刚度增强的铺装结构，与实施例1的不同之处在于，如图2所示，缓冲件22包括若干配合设置的支撑片材223和波浪状的缓冲片224，支撑片材223的两端分别与纤维布层21粘接，缓冲片224的两端悬空设置与纤维布层21并不接触，支撑片材223沿纵向开设有若干供缓冲片224嵌入的槽口2231，缓冲片224嵌入槽口2231的部分与支撑片材223粘接，缓冲件22与微缓冲层2之间空隙中填充有填料5。支撑片材223用于嵌设缓冲片224，另外，其能够对整个正交异性板增强的铺装机构起支撑强化作用。在受到外界载荷时，缓冲片224能够将振动引导至缓冲片224上，缓冲片224将振动传递至填料5，而填料5具有一定的形变能力，因此，微缓冲层2能够显著减少正交异性钢板1的受力，使正交异性钢板1不易断裂，延长其使用寿命，从而提高正交异性板增强的铺装机构的抗裂性以及稳定性。

实施例3：

耐磨纳米层11的制备方法如下：

a、配制电解液（以1l去离子水为例）：按质量份数计，将下列各组分进行充分混合，硼砂200g、氟硼酸钠300g、硫酸锰10g、edta二钠100g份、冰乙酸100g、去离子水1000g；

b、将正交异性钢板1上侧除油、酸洗和活化处理；

c、微等离子渗入法制备耐磨纳米层11：在室温下，将正交异性钢板1的上侧面与负极相连并进入电解液中，以石墨为阳级，工作电压为300v，处理时间为30分钟，即可在正交异性钢板1上表面渗入耐磨纳米层11。

实施例4：

耐磨纳米层11的制备方法如下：

a、配制电解液（以1l去离子水为例）：按质量份数计，将下列各组分进行充分混合，硼砂300g、氟硼酸钠400g、硫酸锰20g、edta二钠200g份、冰乙酸150g、去离子水1000g；

b、将正交异性钢板1上侧除油、酸洗和活化处理；

c、微等离子渗入法制备耐磨纳米层11：在室温下，将正交异性钢板1的上侧面与负极相连并进入电解液中，以石墨为阳级，工作电压为450v，处理时间为20分钟，即可在正交异性钢板1上表面渗入耐磨纳米层11。

实施例5：

耐磨纳米层11的制备方法如下：

a、配制电解液（以1l去离子水为例）：按质量份数计，将下列各组分进行充分混合，硼砂400g、氟硼酸钠500g、硫酸锰30g、edta二钠300g份、冰乙酸200g、去离子水1000g；

b、将正交异性钢板1上侧除油、酸洗和活化处理；

c、微等离子渗入法制备耐磨纳米层11：在室温下，将正交异性钢板1的上侧面与负极相连并进入电解液中，以石墨为阳级，工作电压为600v，处理时间为10分钟，即可在正交异性钢板1上表面渗入耐磨纳米层11。

实施例3-5能够在正交异性钢板1上侧表面获得耐磨纳米层11，耐磨纳米层11的厚度为300-600微米，且所获得的耐磨纳米层11的硬度高达1500hv。该处理方法具有处理时间短，操作方便的优点。

实施例6：

纳米多孔层41的制备方法如下：

a、配制电解液（以1l去离子水为例）：按质量份数计，将下列各组分进行充分混合，硼砂200g、氟硼酸钠300g、硫酸锰30g、edta二钠100g、乙醇100g、去离子水1000g；

b、将薄钢板4上侧除油、酸洗和活化处理；

c、微等离子渗入法制备纳米多孔层41：在室温下，将薄钢板4的上侧面与负极相连并进入电解液中，以石墨为阳级，工作电压为300v，处理时间为30分钟，即可在薄钢板4上表面渗入纳米多孔层41。

实施例7：

纳米多孔层41的制备方法如下：

a、配制电解液（以1l去离子水为例）：按质量份数计，将下列各组分进行充分混合，硼砂300g、氟硼酸钠400g、硫酸锰40g、edta二钠200g、乙醇150g、去离子水1000g；

b、将薄钢板4上侧除油、酸洗和活化处理；

c、微等离子渗入法制备纳米多孔层41：在室温下，将薄钢板4的上侧面与负极相连并进入电解液中，以石墨为阳级，工作电压为450v，处理时间为20分钟，即可在薄钢板4上表面渗入纳米多孔层41。

实施例8：

纳米多孔层41的制备方法如下：

a、配制电解液（以1l去离子水为例）：按质量份数计，将下列各组分进行充分混合，硼砂400g、氟硼酸钠500g、硫酸锰50g、edta二钠2、300g、乙醇200g、去离子水1000g；

b、将薄钢板4上侧除油、酸洗和活化处理；

c、微等离子渗入法制备纳米多孔层41：在室温下，将薄钢板4的上侧面与负极相连并进入电解液中，以石墨为阳级，工作电压为600v，处理时间为10分钟，即可在薄钢板4上表面渗入纳米多孔层41。

实施例6-8能够在正交异性钢板1上侧表面获得纳米多孔层41，纳米多孔层41的厚度为300-600微米，且所获得的耐磨纳米层11的硬度高达1000hv，其表面粗糙度大于耐磨纳米层11的表面粗糙度。该处理方法具有处理时间短，操作方便的优点。

实施例9：

一种正交异性钢板刚度增强的铺装结构的制备方法，包括上述的正交异性钢板刚度增强的铺装结构，包括如下步骤：

（1）先在正交异性钢板1和薄钢板4上侧分别渗入耐磨纳米层11和纳米多孔层41；

（2）将纤维布与树脂固化成一体形成纤维布层21；

（3）在正交异性钢板1的上侧均匀涂覆一层环氧树脂胶，将步骤（2）中的纤维布层21粘接于正交异性钢板1上侧；

（4）在纤维布层21的上侧均匀涂覆一层环氧树脂胶，将缓冲件22粘接于纤维布层21上侧；

（5）在缓冲件22与纤维布层21之间的空隙中填入填料5；

（6）将另一纤维布层21的下侧均匀涂覆一层环氧树脂胶，将其粘接于缓冲件22上方；

（7）在另一纤维布层21的上侧均匀涂覆一层环氧树脂胶，将薄钢板4粘接于纤维布层21的上侧；

（8）最后浇筑磨耗层3，待磨耗层3凝结硬化后，磨耗层3、薄钢板4、微缓冲层2、正交异性钢板1结合为一体，形成正交异性钢板刚度增强的铺装结构。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。