探討鋼橋面鋪裝高性能封層預防性養護技術

鄭 彬

（貴州省公路建設養護集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

封層預防性養護技術有多種，其施工簡便、技術成熟，已經在瀝青路面養護工程中廣泛應用[1]。傳統的霧封層技術主要是將改性的乳化瀝青作為鋪裝材料，以實現對細小裂紋的密封，提高道路的密水性。但它在路面上形成的一層油膜，會降低結構層的厚度，從而導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金剛砂容易脫落的問題，該文選用了一種新型的水性環氧樹脂膠黏劑，以改善其黏合性能、使用壽命，形成了高性能、高耐磨的封層預防性養護技術。

1 高性能封層原材料性能

以環氧樹脂、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 水基環氧樹脂

所選擇的水性環氧樹脂的各項性能參數如表1所示。

表1 水性環氧樹脂性能

1.2 固化劑

所選擇的樹脂環胺類固化劑的各項性能參數如表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號瀝青，使用的是陽離子性的乳化瀝青，其技術參數如表3所示。

表3 改性乳化瀝青性能

2 高性能封層膠結料摻量優選

高性能封層聚合物，根據其本身的特點，對其力學性能、凝膠性能、相結構性能進行了研究，最后得出了合適的配比[4]。

2.1 力學性能

2.1.1 黏結性能

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

表4 不同試樣組水性環氧樹脂摻量配比

在25 ℃、45 ℃的環境下進行了拉伸實驗，實驗設備示意圖見圖1，測試結果和分析如表5所示。

圖1 黏結強度測試示意

從表5可以看出，在相同的溫度下，隨著環氧含量的增加，拉拔強度也隨之增加，聚合物比例在5∶5時，拉拔強度達到了3.62 MPa，比5∶1時的拉拔強度提高了3倍；在45 ℃下，隨著環氧含量的增大，拉拔強度比5∶1時提高了7倍。這是由于環氧樹脂加入量的增大，導致聚合物的內部分子結構發生變化，黏結附著力得到較大的改善。

表5 拉拔強度測試結論（平均值）

2.1.2 拉伸強度

用萬能試驗機對水性環氧乳化瀝青混合料的斷裂伸長和抗拉強度進行了測試，其試驗結論見圖2。

圖2 拉伸試驗結果

從圖2可以看出，環氧的用量對聚合物的拉伸性能有很大的影響，盡管聚合物的抗拉強度隨環氧含量的增加而提高，但斷裂伸長率則顯著降低，這一結果表明聚合物的韌性隨環氧含量的增大而迅速下降。如圖2所示，2#與3#樣品組的數據變化線坡度最大，應同步協調考慮材料的抗張強度和斷裂伸長率，所以應以5∶2~5∶3為好。

2.2 膠體性質

用膠體時間自動測試儀對不同溫度下的環氧樹脂乳化瀝青的膠凝性能進行了測試。其試驗結論見表6。

表6 凝膠試驗結論

通過對表6的分析，發現在相同的溫度下，隨著環氧含量的增加，凝膠的時間縮短；在相同的環氧混合比例下，隨著溫度的升高，聚合物的固化時間也會加快。鑒于現場施工時間的限制，聚合物的固化時間必須在30 min以上，而我國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，聚合物的充足作業時間，所以環氧混合比不宜超過5∶3。

2.3 相結構

在室溫（25 ℃）條件下，用均膠儀將乳化瀝青與水基環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：當環氧樹脂摻量增大時，聚合物從單相連續轉變為兩相交叉連續結構，當比例為5∶3時，其相反轉，以乳化瀝青為分散相，以水溶液為連續相。所以從實際應用的角度來看，乳化瀝青和水性環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

在以上試驗結論數據的基礎上，通過對高性能封層的配比設計，并分析耐磨性能、黏結性能、鹽霧試驗以及環境溫度等方面的性能，得出了適合于高性能封層的預防性養護方案。

3.1 高性能封層聚合物制備

根據上述實驗結果，乳化瀝青與水性環氧樹脂的混合比不應大于5∶3。在高性能封層配合比的設計中，金剛石的用量是影響其性能的重要因素。

在設計高性能封層配合比時，應保證乳化瀝青與水性環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 黏結性試驗

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 ℃以下的環境養護24 h后，進行拉伸試驗。主要測定氣溫在25 ℃、60 ℃時的黏結強度，試驗結論數據見表8。

表8 高性能封層共混物黏結強度

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，與原有道路的結合強度呈現先增后減的趨勢，而在3#樣品中，金剛砂含量為35%時，其結合強度最高，因此，金剛砂用量不宜超過35%。

3.2.2 耐磨性能的評定

采用磨耗實驗對磨損特性進行評定，以1.0 kg/m2的金鋼砂材料和25 ℃的實驗溫度，選擇500轉，1 000轉，1 500轉，各平行試驗3次，對檢定數據進行平均值計算，試驗結論見表9。

表9 磨耗試驗結論數據

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，抗磨損能力最高，而3#樣品則稍有下降，因此，金剛砂用量應控制在25%~35%之間。

3.2.3 防滑性的評估

瀝青路面的抗滑移能力可用結構深度、擺式摩擦儀等實驗室測試手段進行評估[6]，但由于金剛砂在瀝青路面上形成了粗糙的界面，因此難以用構造深度進行表征。該文應用摩擦系數法對其進行了評估。為了評估SMA-13混凝土板的抗滑性，首先將SMA-13混凝土板按1.0 kg/m2的用量進行高性能涂層的涂刷，測試結果如表10所示。

表10 不同配比的BPN值

從通過表10的抗滑性測試，發現在使用高性能封層后，金剛砂的用量對抗滑性有很大影響，且金剛砂用量越大，抗滑性越好。但在5#試樣中進行高性能封層抗滑試驗，其抗滑性雖較好，但其表層仍有大量分散的金剛砂，故應以25%~45%為宜。

4 高性能封層養護時間

高性能封層養護將干燥過程分成兩個階段：1）表面干燥，用手指觸摸材料表面，感覺有點黏稠，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，然后用手擠壓[7]。完全干燥后，可以很輕易地把過濾紙拿下來，而且不會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，根據抗滑測試所得的加入量，在車轍試件上進行涂刷，分別在室溫25 ℃和60 ℃條件下進行試驗檢測，并以10 min為一次，測試其固化度。檢測結果顯示：1）在AC-13基面上，室溫下（25 ℃）的高效密封層的固化時間為150~180 min；2）在SMA-13基面上，室溫下（25 ℃）的高效密封層的固化時間為90~140 min；3）SMA-13的表面構造深度較大，容易進行高效的滲透，所以SMA-13的固化時間比AC-13要短。

5 結論

綜上所述，該文提出常規的鋼橋面板鋪裝層養護方案，其乳化瀝青的黏附力有限，且金剛砂容易脫落，針對此質量病害問題，提出了鋼橋面鋪裝采用高性能封層的預防性養護技術。通過試驗分析，得出的主要結論包括：1）對高性能膠結料的力學性能、凝膠性能、相結構性能等進行了測試，得出乳化瀝青與水性環氧樹脂的最佳配比為5∶3；2）通過對高耐磨、高性能密封材料的黏結、耐磨、抗滑移等性能的分析，得出金剛石用量應控制在25%~35%之間；3）通過測試高耐磨高性能封層的養護時間，發現在AC-13基面上的固化時間為150~180 min，而在SMA-13基面上的固化時間為90~140 min。