不飽和樹脂改性瀝青裂縫修補(bǔ)材料的性能研究

孟憲金

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475000）

1 引言

對于瀝青路面半剛性基層反射裂縫的處治，在現(xiàn)有的公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)條件下還沒有非常有效的手段[1]。在評價和處治瀝青路面裂縫時，通常忽略瀝青的屬性，使養(yǎng)護(hù)材料不能有效的利用。目前，填縫料填縫和抗裂貼封縫是目前較常用的修補(bǔ)基層反射裂縫的方式，雖防水作用明顯，但這些方式不能有效的解決反射裂縫病害問題。且基層病害問題并沒有得到有效解決，在車輛荷載的作用下，裂縫會進(jìn)一步發(fā)展成為結(jié)構(gòu)性破壞。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在如何處治瀝青路面裂縫方面做了大量的研究。

馬登成[2]等對比分析了幾種瀝青路面修補(bǔ)技術(shù)，探究了各修補(bǔ)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)、使用范圍和經(jīng)濟(jì)效果等。代爾夫[3]使用交流電將淺層瀝青混凝土加熱融化，從而填封瀝青混凝土的裂縫。薛亮等[4]探究了普通加熱的瀝青混凝土、微波爐加熱的瀝青混凝土和紅外線加熱的瀝青混凝土之間的不同點(diǎn)。朱興龍[5]分析總結(jié)了瀝青路面養(yǎng)護(hù)和裂縫修補(bǔ)的經(jīng)驗(yàn)和效果。王玉順等[6]總結(jié)京秦公路的養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為溶劑型改性瀝青具有良好的抗低溫和抗?jié)B性能。Yetkin等[7]分析不同環(huán)境下不同種類的裂縫修補(bǔ)材料的處治效果，認(rèn)為無需加熱的常溫裂縫修補(bǔ)材料的處治效果好。朱洪偉[8]等認(rèn)為乳化瀝青修補(bǔ)材料具有很強(qiáng)的流動性，開發(fā)了多組分的密封材料。

以上文獻(xiàn)均用的傳統(tǒng)裂縫類修補(bǔ)材料，這些材料的灌縫深度一般較淺，難以貫穿整個裂縫深度，效果一般，故無法從根本上解決問題。近年來，國內(nèi)外學(xué)者開始著手研發(fā)新型的裂縫修補(bǔ)材料。

柴喜錦[9]等針對寬度為1～4cm的裂縫開發(fā)了一種新的修補(bǔ)材料，此材料修補(bǔ)效果好但條件要求苛刻。況棟梁[10]研制出SBS/MAH（馬來酸酢）改性瀝青材料。AldoPriola等[11]以氯下橡膠為主要原料合成瀝青密封材料，性能優(yōu)越但損害能力差。王亞曉[12]認(rèn)為環(huán)氧改性聚氨酯作為裂縫的修補(bǔ)材料具有良好的膨脹性、抗?jié)B性、抗拉強(qiáng)度和延展性。孫柯[13]以雙組份聚亞胺膠脂材料作為瀝青的修補(bǔ)材料進(jìn)行了相關(guān)的研究。洪海[14]以 HDPE（高密度聚乙烯）橡膠粉改性瀝青作為修補(bǔ)材料，反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展得到限制。

最近，不飽和樹脂（UP）改性瀝青越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，有學(xué)者開始將不飽和樹脂改性瀝青應(yīng)用于橋面鋪裝。但很少有學(xué)者將不飽和聚酯樹脂改性瀝青用于裂縫修補(bǔ)材料。不飽和聚酯樹脂（UP）是熱固性樹脂材料，具有優(yōu)良的耐熱、耐腐蝕性能和良好的流動性，固化后柔韌性好，固化物具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕和介電性能，UP改性瀝青具有較好的抗水損和抗車轍能力，而且成本低[15～18]。UP改性瀝青和普通瀝青不同，在一定溫度下混合以后，不飽和聚酯樹脂和固化劑會發(fā)生固化反應(yīng)，粘度會隨時間的增加而增大。因此在本文中將探討UP改性瀝青作為裂縫修補(bǔ)材料時的可靠性。

2 不飽和樹脂改性瀝青

本文試驗(yàn)用瀝青采用的是殼牌 90#瀝青，因殼牌 90#瀝青中瀝青質(zhì)與樹脂值含量較高，對于兩者之間的相容會有幫助。相容劑為山東青島佳百特有限公司生產(chǎn)的相容劑，質(zhì)量檢驗(yàn)均合格。

UP改性瀝青制備過程：將基質(zhì)瀝青量2%的相容劑加入160℃的200g基質(zhì)瀝青當(dāng)中，并在加熱條件進(jìn)行高速剪切。每次試驗(yàn)，均在高速剪切過程中將相容劑分多次少量的加入，等到全部加入完成后，高速剪切儀繼續(xù)工作，攪拌速率為200r/min，溫度保持160℃，直至白色煙霧消失，繼續(xù)攪拌一段時間后可得到UP改性瀝青。

3 可靠性分析

3.1 抗?jié)B性

試樣參照《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》（GB18445-2012）中的抗?jié)B透性試驗(yàn)規(guī)程，兩種改性瀝青加熱后迅速均勻的涂抹在水泥砂漿試件上，厚度為0.5mm-0.6mm，然后置于相對濕度為60%左右、溫度為20±3℃的環(huán)境中28天。試驗(yàn)開始前將試件加熱至40℃，試驗(yàn)時，抗?jié)B透儀從0.2MPa開始，2小時后將水壓調(diào)至0.3MPa，然后以0.1MPa/h的速度增加，隨時觀察試件的滲水情況，開始滲水時關(guān)停抗?jié)B儀，記錄此時的抗?jié)B壓力。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 環(huán)氧改性聚氨酷材料抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果（單位：MPa）

由試驗(yàn)結(jié)果可知：SBS改性瀝青和UP改性瀝青的抗?jié)B壓力均在1.4-1.65MPa之間，均滿足規(guī)范的要求，四組試驗(yàn)中，UP改性瀝青的抗?jié)B壓力比SBS改性瀝青分別高2.5%、-4.6%、4.7%和14.7%。綜合四組試驗(yàn)結(jié)果可知，UP改性瀝青和SBS改性瀝青二者的抗?jié)B壓力相差無幾。

表2 粘度試驗(yàn)結(jié)果（溫度：100℃，單位：Pa·s）

3.2 粘度指標(biāo)

采用布氏粘度儀來對比UP改性瀝青和SBS改性瀝青間的旋轉(zhuǎn)粘度，選用 29#轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速50RPM，選取100℃、135℃兩個溫度進(jìn)行試驗(yàn)，每5分鐘記取瀝青的黏度值，試驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示。

由表2和表3可知，在試驗(yàn)開始時，UP改性瀝青和SBS改性瀝青的粘度隨時間的增加先減小后增加，說明改性瀝青需要一定的時間去穩(wěn)定。試驗(yàn)溫度為100℃時，60min內(nèi)SBS改性瀝青的粘度變化幅度不大，可認(rèn)為比較穩(wěn)定，UP改性瀝青的粘度在60min內(nèi)增加了50%。試驗(yàn)溫度為135℃時，SBS改性瀝青和UP改性瀝青的粘度變化幅度都較大，UP改性瀝青的粘度在60min內(nèi)增加了5倍，SBS改性瀝青的粘度在60min內(nèi)增加了1倍，所以隨著時間的增加，UP改性瀝青的粘度比SBS改性瀝青的粘度更強(qiáng)。

表3 粘度試驗(yàn)結(jié)果（溫度：135℃，單位：Pa·s）

3.3 抗拉強(qiáng)度和伸長率

UP改性瀝青的拉伸延展能力評價方法與一般瀝青的拉伸狀態(tài)測試方法不同，本文采用一種新型的“微延度”實(shí)驗(yàn)，試件的尺寸比延度試件尺寸較小，為為啞鈴狀，如圖1所示。本文將參考ASTM 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸性能的測試，測試指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度和應(yīng)力變化。

圖1 啞鈴狀試件

試件制備方法為：將熱的瀝青緩慢澆入模具，并放在特定的溫度下保溫養(yǎng)護(hù)。待養(yǎng)護(hù)完成后，將試件取出放在溫室下冷卻，經(jīng)修剪后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用的拉伸溫度為 20℃，使用電子拉力試驗(yàn)機(jī)，以 500mm·min-1的速率緩慢拉伸試件直至斷裂。根據(jù)試件截面尺寸數(shù)值，計(jì)算出材料的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 瀝青拉伸試驗(yàn)結(jié)果

由表4中的數(shù)據(jù)可知：UP性瀝青與SBS改性瀝青的斷裂長度伸長率相差無幾，UP性瀝青的拉伸強(qiáng)度比SBS改性瀝青的高16.4%，綜合分析，UP性瀝青在抗拉伸方面略優(yōu)于SBS改性瀝青。

3.4 粘結(jié)強(qiáng)度

粘接強(qiáng)度是指裂縫修補(bǔ)材料與路面裂縫壁面枯結(jié)處產(chǎn)生破壞時所需的應(yīng)力，粘結(jié)材料與材料的工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)相關(guān)。本文在此排除其他因素，僅考慮裂縫修補(bǔ)材料對粘接強(qiáng)度的影響。

在試驗(yàn)前，參照《水工混凝±試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5150-2001）和《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》（GB/T16777-1997）制備“8”字形砂漿塊，待養(yǎng)生達(dá)到要求后，將“8” 字形試件拉斷，輕捏吹干斷裂面中殘余雜質(zhì)，然后再用裂縫修補(bǔ)材料把斷裂后的試件粘結(jié)起來，涂抹厚度控制在0.5至0.7mm，最后養(yǎng)生。試驗(yàn)分成4組，每組3個試件。對每組試件粘接強(qiáng)度去算術(shù)平均值，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知：SBS改性瀝青和UP改性瀝青粘接強(qiáng)度均滿足規(guī)范對裂縫修補(bǔ)材料粘接強(qiáng)度的要求，四組試件除C組二者粘接強(qiáng)度相同外，其余三組中，UP改性瀝青粘接強(qiáng)度均大于SBS改性瀝青，故在粘接強(qiáng)度方面，UP改性瀝青優(yōu)于SBS改性瀝青。

4 結(jié)論

因UP改性瀝青性能優(yōu)良，常用于橋梁鋪裝。本文將UP改性瀝青用作瀝青路面裂縫修補(bǔ)材料，通過粘度指標(biāo)、抗?jié)B試驗(yàn)、抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)和粘結(jié)強(qiáng)度評價UP改性瀝青用作瀝青路面裂縫修補(bǔ)材料的可靠性，經(jīng)試驗(yàn)探討得到如下結(jié)論。

1）在性能指標(biāo)方面，UP改性瀝青具有一定的膨脹性，隨著時間的增加，UP改性瀝青的粘度要強(qiáng)于SBS改性瀝青的粘度。

2）在抗拉強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度方面，UP改性瀝青和SBS改性瀝青二者的抗?jié)B壓力相差無幾。UP性瀝青在抗拉伸方面略優(yōu)于SBS改性瀝青，拉伸強(qiáng)度比SBS改性瀝青的高16.4%，UP改性瀝青粘接強(qiáng)度比SBS改性瀝青的粘接強(qiáng)度大。