改性脲醛樹脂砂漿性能試驗(yàn)研究

曲殿青 李華平

(1.山東省棲霞市地方公路管理局，山東棲霞 265300; 2.珠海城建市政建設(shè)有限公司，廣東珠海 519000)

0 引言(瀝青路面快速修補(bǔ)材料的意義)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代物流網(wǎng)日趨發(fā)達(dá)，道路與交通之間的矛盾日漸突出。汽車保有量的劇增和超重載現(xiàn)象的不斷惡化，使得各等級公路在服役壽命早期就出現(xiàn)了不同程度的破壞。加之我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)期起步較晚，近年剛好處于先期修建瀝青路面項(xiàng)目的大中維修期，使得公路養(yǎng)護(hù)和維修的任務(wù)繁重。與此同時(shí)，公路的養(yǎng)護(hù)維修需要封閉和半封閉交通，這將為交通的順暢通行埋下隱患。因此，如何快速、便捷、有效地修補(bǔ)瀝青路面成為國內(nèi)外公路研究者較為關(guān)注的熱點(diǎn)問題，其中快速修補(bǔ)瀝青路面冷補(bǔ)材料的研發(fā)是關(guān)鍵[1]。

脲醛樹脂是尿素與甲醛在催化劑(堿性或酸性催化劑)作用下，縮聚而成的初期脲醛樹脂;在固化劑或助劑作用下，形成不溶的末期樹脂[2]。脲醛樹脂固化后膠層無色，工藝性能好，成本低廉，并具有優(yōu)良的膠結(jié)性能和較好的耐濕性，但室溫下很快固化，膠結(jié)強(qiáng)度比動(dòng)、植物膠高。因其固化后呈現(xiàn)一定的脆性，一般添加一定量的改性劑以改善其彈性性能。與其他高分子樹脂材料相比，改性脲醛樹脂通過調(diào)節(jié)固化劑的比例，可以在常溫下實(shí)現(xiàn)對固化時(shí)間的調(diào)控，以滿足不同工程實(shí)踐要求，并能與水泥基材料混合使用，提高結(jié)構(gòu)材料的早期強(qiáng)度和增強(qiáng)材料的防水性能[3，4]。

1 試驗(yàn)原材料及方法

1.1 試驗(yàn)原材料

1)水泥采用的是陜西秦嶺水泥廠生產(chǎn)的42.5號硅酸鹽水泥。2)改性脲醛樹脂:西安某化工科技有限公司產(chǎn)，尿素與甲醛的摩爾比為1∶1.5的液態(tài)脲醛樹脂乳膠。密度為1.25 g/cm3，含水量約為10%，其他各項(xiàng)均符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。3)砂:試驗(yàn)前先將砂洗凈，并放于烘箱內(nèi)烘干，砂的含水率為0，細(xì)度模數(shù)Mx=0.715。4)固化劑:由15%的氯化銨與3 mol/L的鹽酸按10∶1的比例復(fù)配。

1.2 試驗(yàn)方法

脲醛樹脂改性水泥砂漿的配合比設(shè)計(jì)參考國外樹脂改性水泥砂漿的經(jīng)驗(yàn)資料，再結(jié)合材料的實(shí)際情況進(jìn)行試配，確定改性脲醛樹脂∶砂∶水泥∶固化劑 =100∶46∶25∶3，膠結(jié)材料主要以改性脲醛樹脂為主，水泥為輔。為達(dá)到快速修復(fù)瀝青路面的目的，本文設(shè)計(jì)試驗(yàn)從兩個(gè)方面來研究，包括:改性脲醛樹脂的快速固化試驗(yàn)，改性脲醛樹脂膠漿砂漿抗壓抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。強(qiáng)度試驗(yàn)采用試模尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 快速固化試驗(yàn)結(jié)果及分析

修補(bǔ)瀝青路面所用材料強(qiáng)度形成越快，越有利于實(shí)現(xiàn)快速通車，通過調(diào)節(jié)復(fù)配固化劑的量，分析改性脲醛樹脂砂漿終凝時(shí)間與固化劑含量的關(guān)系，結(jié)果見表1。復(fù)配固化劑對改性脲醛樹脂砂漿的固化效果較佳，常溫下能在1 h內(nèi)實(shí)現(xiàn)終凝，固化速率較快，25℃時(shí)，最短能在36 min內(nèi)固化;60℃時(shí)，僅為16 min。改性脲醛樹脂砂漿終凝時(shí)間隨復(fù)配固化劑的增加而表現(xiàn)出先縮短后延長的趨勢，當(dāng)復(fù)配固化劑添加量為3%時(shí)，固化時(shí)間最短，選為最佳固化劑量。溫度的升高能促使改性脲醛樹脂砂漿快速凝結(jié)，所以溫度是一個(gè)改性脲醛樹脂砂漿凝結(jié)的重要影響因素。對季節(jié)性施工環(huán)境條件變化，都得隨時(shí)隨地控制好固化劑的量。

表1 復(fù)配固化劑量及溫度對終凝時(shí)間的影響

2.2 脲醛樹脂砂漿抗壓抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析

改性脲醛樹脂砂漿抗壓抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 改性脲醛樹脂砂漿抗壓抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

GB/T 17671-1999按照水泥膠砂試驗(yàn)規(guī)范對改性脲醛樹脂砂漿的1 h，3 h和5 h抗壓和抗折強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2?？箟汉涂拐蹚?qiáng)度變化曲線見圖1和圖2。從圖中可以看出，改性脲醛樹脂砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度增幅顯著，1 h改性脲醛樹脂砂漿抗壓強(qiáng)度達(dá)到13 MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到1.1 MPa;5 h后改性脲醛樹脂砂漿抗壓強(qiáng)度為30.7 MPa，抗折強(qiáng)度為3.5 MPa。與普通水泥砂漿相比，改性脲醛樹脂砂漿壓折比較高，表現(xiàn)出較大脆性。從改性脲醛樹脂砂漿強(qiáng)度形成過程可以看出，改性脲醛樹脂砂漿能夠較好的實(shí)現(xiàn)快速修補(bǔ)瀝青路面的目的。

3 改性脲醛樹脂砂漿強(qiáng)度形成機(jī)理

在改性脲醛樹脂乳液與固化劑混合后，樹脂固化的同時(shí)析出水，加之樹脂乳液中原有的水與水泥逐漸反應(yīng)生成水化硅酸鈣鹽(C—S—H)凝膠和氫氧化鈣。強(qiáng)度形成初期主要是在固化劑的作用下使得脲醛樹脂經(jīng)過加成聚合作用，膠凝砂石材料形成強(qiáng)度，后期水泥在改性脲醛樹脂半固化狀態(tài)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系中逐漸水化形成水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣等水化產(chǎn)物，并填充樹脂聚合物孔隙，在形成強(qiáng)度的過程中逐漸硬化和填充。因此，在改性脲醛樹脂膠砂中，前期強(qiáng)度形成主要依靠聚合物樹脂的作用，后期強(qiáng)度則主要是水泥石在起主導(dǎo)的膠凝作用。

4 結(jié)語

改性脲醛樹脂砂漿固化及力學(xué)性能試驗(yàn)研究表明:

1)通過復(fù)配固化劑，能夠?qū)崿F(xiàn)改性脲醛樹脂砂漿快速固化，使得砂漿能在1 h內(nèi)達(dá)到終凝。研究表明，復(fù)配固化劑添加量為脲醛樹脂的3%(質(zhì)量百分比)時(shí)，砂漿終凝時(shí)間最短，25℃時(shí)，36 min內(nèi)達(dá)到終凝;60℃時(shí)，終凝時(shí)間僅為16 min。

2)改性脲醛樹脂砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度形成比較快，1 h改性脲醛樹脂砂漿抗壓強(qiáng)度達(dá)到13 MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到1.1 MPa;5 h后改性脲醛樹脂砂漿抗壓強(qiáng)度為30.7 MPa，抗折強(qiáng)度為3.5 MPa。與普通水泥砂漿相比，改性脲醛樹脂砂漿壓折比較高，表現(xiàn)出較大脆性。從改性脲醛樹脂砂漿強(qiáng)度形成過程可以看出，改性脲醛樹脂砂漿能夠較好的實(shí)現(xiàn)快速修補(bǔ)瀝青路面的目的。但為了增強(qiáng)其應(yīng)用范圍，必須在脆性方面有所改善。

[1] 俞先江.高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)輔助決策研究[D].南京:東南大學(xué)，2004.

[2] 顧繼友.膠粘劑與涂料[M].北京:中國林業(yè)出版社，2001:21-24.

[3] 郭 建，張榮輝.水性環(huán)氧樹脂增強(qiáng)鋼纖維混凝土的力學(xué)性能研究以及在橋面鋪裝層中的應(yīng)用[J].混凝土與水泥制品，2006(4):37-38.

[4] 鐘浩邦，陳 煒.樹脂改性水泥砂漿物理力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].公路與汽車，2006(4):114-115.