鄭 彬

（貴州省公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

封層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)有多種，其施工簡(jiǎn)便、技術(shù)成熟，已經(jīng)在瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中廣泛應(yīng)用[1]。傳統(tǒng)的霧封層技術(shù)主要是將改性的乳化瀝青作為鋪裝材料，以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)小裂紋的密封，提高道路的密水性。但它在路面上形成的一層油膜，會(huì)降低結(jié)構(gòu)層的厚度，從而導(dǎo)致其早期的抗滑能力衰減[2]。含砂的霧封層主要是在路面上加入微細(xì)骨料，如金剛砂等，在路面上形成一種較粗的界面，從而改善其抗滑性能，但是由于其附著力的限制，使金剛砂容易脫落，造成了后期路表抗滑能力的下降[3]。因此，為了解決含砂霧封時(shí)金剛砂容易脫落的問題，該文選用了一種新型的水性環(huán)氧樹脂膠黏劑，以改善其黏合性能、使用壽命，形成了高性能、高耐磨的封層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

1 高性能封層原材料性能

以環(huán)氧樹脂、固化劑、乳化瀝青為主要原料，采用以下方法合成高性能的膠黏劑。

1.1 水基環(huán)氧樹脂

所選擇的水性環(huán)氧樹脂的各項(xiàng)性能參數(shù)如表1所示。

表1 水性環(huán)氧樹脂性能

1.2 固化劑

所選擇的樹脂環(huán)胺類固化劑的各項(xiàng)性能參數(shù)如表2所示。

表2 固化劑性能

1.3 乳化瀝青

乳化瀝青的主要原料是SK70號(hào)瀝青，使用的是陽(yáng)離子性的乳化瀝青，其技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 改性乳化瀝青性能

2 高性能封層膠結(jié)料摻量?jī)?yōu)選

高性能封層聚合物，根據(jù)其本身的特點(diǎn)，對(duì)其力學(xué)性能、凝膠性能、相結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究，最后得出了合適的配比[4]。

2.1 力學(xué)性能

2.1.1 黏結(jié)性能

通過外摻法，研究不同用量的環(huán)氧樹脂水性溶液對(duì)改性后的乳化瀝青的性能的影響，其摻配比例見表4。

表4 不同試樣組水性環(huán)氧樹脂摻量配比

在25 ℃、45 ℃的環(huán)境下進(jìn)行了拉伸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖見圖1，測(cè)試結(jié)果和分析如表5所示。

圖1 黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試示意

從表5可以看出，在相同的溫度下，隨著環(huán)氧含量的增加，拉拔強(qiáng)度也隨之增加，聚合物比例在5∶5時(shí)，拉拔強(qiáng)度達(dá)到了3.62 MPa，比5∶1時(shí)的拉拔強(qiáng)度提高了3倍；在45 ℃下，隨著環(huán)氧含量的增大，拉拔強(qiáng)度比5∶1時(shí)提高了7倍。這是由于環(huán)氧樹脂加入量的增大，導(dǎo)致聚合物的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，黏結(jié)附著力得到較大的改善。

表5 拉拔強(qiáng)度測(cè)試結(jié)論（平均值）

2.1.2 拉伸強(qiáng)度

用萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的斷裂伸長(zhǎng)和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)論見圖2。

圖2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

從圖2可以看出，環(huán)氧的用量對(duì)聚合物的拉伸性能有很大的影響，盡管聚合物的抗拉強(qiáng)度隨環(huán)氧含量的增加而提高，但斷裂伸長(zhǎng)率則顯著降低，這一結(jié)果表明聚合物的韌性隨環(huán)氧含量的增大而迅速下降。如圖2所示，2#與3#樣品組的數(shù)據(jù)變化線坡度最大，應(yīng)同步協(xié)調(diào)考慮材料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，所以應(yīng)以5∶2~5∶3為好。

2.2 膠體性質(zhì)

用膠體時(shí)間自動(dòng)測(cè)試儀對(duì)不同溫度下的環(huán)氧樹脂乳化瀝青的膠凝性能進(jìn)行了測(cè)試。其試驗(yàn)結(jié)論見表6。

表6 凝膠試驗(yàn)結(jié)論

通過對(duì)表6的分析，發(fā)現(xiàn)在相同的溫度下，隨著環(huán)氧含量的增加，凝膠的時(shí)間縮短；在相同的環(huán)氧混合比例下，隨著溫度的升高，聚合物的固化時(shí)間也會(huì)加快。鑒于現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間的限制，聚合物的固化時(shí)間必須在30 min以上，而我國(guó)夏天的極端氣溫通常在40 ℃以上，所以要確保在極高的高溫下，聚合物的充足作業(yè)時(shí)間，所以環(huán)氧混合比不宜超過5∶3。

2.3 相結(jié)構(gòu)

在室溫（25 ℃）條件下，用均膠儀將乳化瀝青與水基環(huán)氧樹脂均勻涂覆于載玻片上，利用熒光顯微鏡觀察其顯微組織。

從觀察到的特定圖象中可以看出：當(dāng)環(huán)氧樹脂摻量增大時(shí)，聚合物從單相連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)閮上嘟徊孢B續(xù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)比例為5∶3時(shí)，其相反轉(zhuǎn)，以乳化瀝青為分散相，以水溶液為連續(xù)相。所以從實(shí)際應(yīng)用的角度來看，乳化瀝青和水性環(huán)氧樹脂的配比不宜大于5∶3[5]。

3 高性能封層共混物性能分析

在以上試驗(yàn)結(jié)論數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)高性能封層的配比設(shè)計(jì)，并分析耐磨性能、黏結(jié)性能、鹽霧試驗(yàn)以及環(huán)境溫度等方面的性能，得出了適合于高性能封層的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案。

3.1 高性能封層聚合物制備

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，乳化瀝青與水性環(huán)氧樹脂的混合比不應(yīng)大于5∶3。在高性能封層配合比的設(shè)計(jì)中，金剛石的用量是影響其性能的重要因素。

在設(shè)計(jì)高性能封層配合比時(shí)，應(yīng)保證乳化瀝青與水性環(huán)氧樹脂的比例不大于5∶3，金剛砂比例為25%、35%、45%、55%，其具體組分如表7所示。

表7 高耐磨SCS高性能封層配比

3.2 高性能封層路用性能分析

3.2.1 黏結(jié)性試驗(yàn)

將高性能的封層共混材料涂覆于瀝青混凝土試件上，在溫度25 ℃以下的環(huán)境養(yǎng)護(hù)24 h后，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。主要測(cè)定氣溫在25 ℃、60 ℃時(shí)的黏結(jié)強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)論數(shù)據(jù)見表8。

表8 高性能封層共混物黏結(jié)強(qiáng)度

從表8可見，采用高性能密封層方案后，隨著金剛砂含量的增加，與原有道路的結(jié)合強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，而在3#樣品中，金剛砂含量為35%時(shí)，其結(jié)合強(qiáng)度最高，因此，金剛砂用量不宜超過35%。

3.2.2 耐磨性能的評(píng)定

采用磨耗實(shí)驗(yàn)對(duì)磨損特性進(jìn)行評(píng)定，以1.0 kg/m2的金鋼砂材料和25 ℃的實(shí)驗(yàn)溫度，選擇500轉(zhuǎn)，1 000轉(zhuǎn)，1 500轉(zhuǎn)，各平行試驗(yàn)3次，對(duì)檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)論見表9。

表9 磨耗試驗(yàn)結(jié)論數(shù)據(jù)

由表9可知，在聚合物中添加金剛砂后，其抗磨能力先增后減，金剛砂用量為25%時(shí)，抗磨損能力最高，而3#樣品則稍有下降，因此，金剛砂用量應(yīng)控制在25%~35%之間。

3.2.3 防滑性的評(píng)估

瀝青路面的抗滑移能力可用結(jié)構(gòu)深度、擺式摩擦儀等實(shí)驗(yàn)室測(cè)試手段進(jìn)行評(píng)估[6]，但由于金剛砂在瀝青路面上形成了粗糙的界面，因此難以用構(gòu)造深度進(jìn)行表征。該文應(yīng)用摩擦系數(shù)法對(duì)其進(jìn)行了評(píng)估。為了評(píng)估SMA-13混凝土板的抗滑性，首先將SMA-13混凝土板按1.0 kg/m2的用量進(jìn)行高性能涂層的涂刷，測(cè)試結(jié)果如表10所示。

表10 不同配比的BPN值

從通過表10的抗滑性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在使用高性能封層后，金剛砂的用量對(duì)抗滑性有很大影響，且金剛砂用量越大，抗滑性越好。但在5#試樣中進(jìn)行高性能封層抗滑試驗(yàn)，其抗滑性雖較好，但其表層仍有大量分散的金剛砂，故應(yīng)以25%~45%為宜。

4 高性能封層養(yǎng)護(hù)時(shí)間

高性能封層養(yǎng)護(hù)將干燥過程分成兩個(gè)階段：1）表面干燥，用手指觸摸材料表面，感覺有點(diǎn)黏稠，但是沒有附著在手指上；2）完全干燥，把過濾紙鋪在被涂過的物料表面，然后用手?jǐn)D壓[7]。完全干燥后，可以很輕易地把過濾紙拿下來，而且不會(huì)把未干燥的瀝青帶走。

采用軟毛刷將所選定的最佳配比的高性能封層材料，根據(jù)抗滑測(cè)試所得的加入量，在車轍試件上進(jìn)行涂刷，分別在室溫25 ℃和60 ℃條件下進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，并以10 min為一次，測(cè)試其固化度。檢測(cè)結(jié)果顯示：1）在AC-13基面上，室溫下（25 ℃）的高效密封層的固化時(shí)間為150~180 min；2）在SMA-13基面上，室溫下（25 ℃）的高效密封層的固化時(shí)間為90~140 min；3）SMA-13的表面構(gòu)造深度較大，容易進(jìn)行高效的滲透，所以SMA-13的固化時(shí)間比AC-13要短。

5 結(jié)論

綜上所述，該文提出常規(guī)的鋼橋面板鋪裝層養(yǎng)護(hù)方案，其乳化瀝青的黏附力有限，且金剛砂容易脫落，針對(duì)此質(zhì)量病害問題，提出了鋼橋面鋪裝采用高性能封層的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)。通過試驗(yàn)分析，得出的主要結(jié)論包括：1）對(duì)高性能膠結(jié)料的力學(xué)性能、凝膠性能、相結(jié)構(gòu)性能等進(jìn)行了測(cè)試，得出乳化瀝青與水性環(huán)氧樹脂的最佳配比為5∶3；2）通過對(duì)高耐磨、高性能密封材料的黏結(jié)、耐磨、抗滑移等性能的分析，得出金剛石用量應(yīng)控制在25%~35%之間；3）通過測(cè)試高耐磨高性能封層的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)在AC-13基面上的固化時(shí)間為150~180 min，而在SMA-13基面上的固化時(shí)間為90~140 min。