帶水施工修補材料研發及其在滲水路面修補中的應用

尹昌宇，彭馨彥，劉建釗

（1.廣州市市維新材料科技有限公司，廣東 廣州 510280；2.廣州市市政工程維修有限公司，廣東 廣州 510280；3.中國國檢測試控股集團股份有限公司，北京 100024）

0 引言

坑槽、孔洞修補是道路養護的重點內容之一。目前，常用的路面坑槽修補材料有磷酸鎂水泥、聚合物改性水泥、高鋁水泥等無機修補材料[1-2]和環氧樹脂、聚氨酯等有機類修補材料[3]。由于路面受多種因素作用，對修補材料性能有較高要求，如優良的粘結強度、防水抗滲性、抗沖擊性能及耐久性等，并要求施工快、養護期短[4]。

有機類修補材料以其界面粘結強度高、韌性佳、彈性優于無機材料等特征得到廣泛關注[5-6]。但是，有機類修補材料如環氧樹脂對于帶水基面的粘接效果不佳，修補時需清除積水并烘干，然而在有隧道或有滲水的路段，無法烘干基面，造成工期延長，且難以保障施工質量。因此，有必要針對滲水基面研發一種可帶水施工、粘結強度好、抗壓抗折強度高且能快速開放交通的修補材料。本文從環氧樹脂膠改性研究入手，將其與砂石料混合，形成可帶水施工的高性能坑槽修補材料（super epoxy resin,SER）。采用SER對滲水路面進行修補可縮短施工及養護圍蔽時間，減少維修頻率，大幅降低道路養護施工對交通的影響，有明顯的經濟和社會效益。

1 試驗

1.1 膠黏劑

SER主要由膠粘劑、填料及骨料組成，其中，膠粘劑為SER-16型改性環氧膠，填料為氧化鈣（CaO），骨料由中砂及瓜米石組成。SER-16由廣州市市維新材料科技有限公司研發，經對環氧樹脂增韌改性并結合腰果酚改性酚酫胺技術制備而成，主要技術指標見表1。附著力促進劑7130購自佛山泰格聚合物技術有限公司。中砂與瓜米石符合JTG E42-2005《公路工程集料試驗規程》要求，使用前經干燥處理，含水率0.9%，含泥量0.7%，瓜米石粒徑5～10mm。

表1 SER-16型膠粘劑主要技術指標Tab.1 Technical properties of SER-16

從表1可以看出，SER-16的固含量為99.5%，基本不含揮發性組分。這能有效減少修補材料對施工人員健康和環境的危害。此外，SER-12具備優異的力學性能和耐老化性能，良好的粘接強度保障了修補料與原水泥路面結構的粘結效果，可延長使用壽命，減少維修次數。在行車荷載作用下，修補材料會頻繁受到剪切作用，SER-16的抗剪強度達到19.2MPa，遠高于普通修補材料。同時，SER-16具備較高的斷裂延伸率，可賦予修補材料良好的柔韌性。耐腐蝕試驗和加速老化結果表明SER-16還具有良好的耐久性。

1.2 試樣制備

將SER-16的A、B兩組分按固定配比調配，加入適量填料攪拌均勻后備用。將攪拌均勻的膠液與定量骨料（砂石比為5:5）按設定膠石比混合均勻后備用。

砂漿塊粘接試樣：將混合均勻的混合料按預定用量均勻攤鋪在水泥混凝土塊上，按設定條件養護對應時間后用植筋膠將鋼制接頭粘在面層上，在室溫下（23±2℃）養護3d（條件）后備用。制備浸水砂漿塊粘接試樣時需提前將砂漿塊在水中浸泡24h，在成型時保持浸水，保持水面距砂漿塊頂面約1cm。

水煮老化：將成型的浸水砂漿塊試樣在80℃熱水中煮設定時間，取出后粘上接頭備用。

馬歇爾試樣：將調好的膠液與骨料按照1:9質量比攪拌均勻，然后按Φ101.6mm×63.5mm尺寸通過手工插搗成型試樣。

抗壓、抗折強度：將攪拌均勻的膠液與定量骨料混合制備混合料，膠石比為1:9，砂石比為5:5，參考水泥混凝土立方體抗壓試驗方法，插搗成型150mm×150mm×150mm抗壓試件和150mm×l50mm×600mm抗折試件。

1.3 測試與表征

粘接性能：在電子萬能試驗機（GMT 4104，深圳市新三思材料檢測有限公司）進行測試。試驗速率為2mm/min。

馬歇爾試驗：按JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》，在馬歇爾穩定度測定儀（(LD190-Π,北京朝陽路達儀器有限公司）進行測定。

抗折強度與模量：按JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》，在電子萬能試驗機（GMT 5105，深圳市新三思材料檢測有限公司）進行測定。抗折強度試驗速率0.06MPa/s，抗折彈性模量試驗速率0.15kN/s。

抗壓強度：在電子萬能試驗機（YAW 54306，美特斯工業系統中國有限公司）按JTG E30-2005測定。試驗速率0.7MPa/s。

2 結果與討論

2.1 粘接性能

表2為填料用量對浸水砂漿塊粘接性能的影響。由表2可知，填料用量對浸水砂漿塊粘接性能有明顯影響。在添加2.5%的填料后，浸水砂漿塊的粘接強度由添加前的1.76MPa提高到2.07MPa，破壞形式由界面破壞變為復合破壞。隨著填料用量的增大，粘接性能逐漸提高。當添加量為7.5%時，粘接強度達到3.12MPa，破壞形式變為混凝土破壞。可見，添加氧化鈣可明顯改善膠粘劑對浸水砂漿塊的粘接性能。

表2 氧化鈣用量對SER浸水砂漿塊粘接性能的影響Tab.2 Influence of amount of CaO on bonding property of SER mortar blocks

2.2 耐水煮老化性能

表3為氧化鈣填料用量對耐水煮老化性能的影響。由表3可知，加入填料可明顯提高SER耐水煮老化性能。未添加氧化鈣時，SER在80℃熱水煮168h后粘接強度由老化前的1.76MPa下降到0.42MPa，破壞形式為界面破壞；添加7.5%的氧化鈣時，水煮老化后的粘接強度達到2.07MPa，且破壞形式仍為混凝土破壞。但延長水煮老化時間至14d，添加7.5%氧化鈣的粘接強度進一步下降至1.13MPa，破壞形式也變為復合破壞。為提升材料耐水煮老化性能，添加了1.2%的7130樹脂，其在80℃水煮14d的粘接強度保持在2.5MPa以上，且破壞形式仍為砂漿塊破壞。可見，添加氧化鈣可提升SER對浸水砂漿塊粘接耐久性，加入附著力促進劑可進一步提升粘接耐久性。

表3 SER耐水煮老化性能Tab.3 Water boiling aging resistance of SER

2.3 水穩定性能

表4為SER動穩定度數據。從表4可以看出，SER具有很好的高溫穩定性。在測試條件為70℃、0.9MPa時，SER動穩定度達到35480次/mm，在相同溫度壓力條件下，浸水后動穩定度有所下降，但仍達到20160次/mm。優良的高溫穩定性可賦予橋面良好的抗車轍能力，滿足南方濕熱地區對道路材料的特殊要求。

表4 SER混合料動穩定度Tab.4 Dynamic stability of SER mixture

表5為混合料馬歇爾試驗結果。由表5可知，混合料的吸水率隨膠用量下降而升高，常規馬歇爾穩定度及殘留穩定度則隨之下降。當膠石比為1:9時，混合料吸水率為0.33%，常規馬歇爾穩定度及殘留穩定度分別為37.76kN、92.4%。綜合成本、性能考慮，建議膠石比為1:9。

表5 SER混合料馬歇爾試驗結果Tab.5 Marshall test results of SER mixture

2.4 力學性能

表6為混合料抗壓抗折強度。由表6可知，SER混合料具有優良的力學性能。SER混合料在23℃養護3h，抗壓強度可達21.6MPa，抗折強度可達5.4MPa；在23℃養護7d，抗壓強度及抗折強度可分別達到45.9MPa、11.5MPa；抗折彈性模量僅為5148MPa，不到混凝土的1/6。可見，SER混合料具有優良的早期強度及最終強度，可在施工后養護較短時間即開放交通。同時，其也具有較低的彈性模量，在抵抗車輛行車沖擊方面具有優勢。

表6 SER混合料抗壓和抗折強度Tab.6 Compressive strength and flexural strength of SER mixture

3 工程應用

廣州北環高速某隧道路面出現多處破損及滲水現象，由于該路段車流較多，且重型貨車占比較高，故對修補材料的強度、養護時間及界面粘接性能等均有很高要求。采用SER對隧道路面進行修補，施工流程如下：1）用切割機沿破損區外擴10cm進行切割并開槽；2）清除表面殘留混凝土塊、灰塵等雜物，將積水盡量排出；3）按計算用量將定量膠液攪拌均勻后與定量骨料混合，攪拌均勻后備用，同時取少量拌和好的膠液預涂在槽底部及側壁上；4）將拌和好的SER混合料倒入槽中，分層插搗并振實后收面完成；5）養護預定時間后開放交通。

對破損處進行開挖清理后，基面積水如圖1所示。對基面簡單清理積水及雜物后，采用SER混合料對破損進行修補。對其進行定期跟蹤，使用3年后狀況良好，未發現病害，如圖2所示。

圖2 隧道路面修補及使用3年后照片Fig.2 Photos of tunnel pavement in repair and after 3 years of use

目前，SER修補材料被廣泛應用于市政道路、高速公路的修補中，特別是在積水較嚴重的隧道、橋梁路面，效果良好（如圖3、圖4所示）。采用SER修補料，可減少修補施工對基面的處置要求，提高施工效率，降低施工成本。

圖3 廣州某市政路修補照片Fig.3 Photos of a municipal road pavement repair in Guangzhou

圖4 廣州某橋面修補照片Fig.4 Photos of a bridge pavement repair in Guangzhou

4 結語

1）添加氧化鈣和附著力促進劑可顯著提高SER對浸水基面的粘接性能及耐久性。在添加7.5%的氧化鈣后，SER對浸水砂漿塊的粘接強度由添加前的1.76MPa提高到3.12MPa，破壞形式由界面破壞變為混凝土破壞；在80℃熱水中煮7d后，粘接強度仍達到2.07MPa，且為混凝土破壞；但在80℃水煮14d后，粘接強度下降到1.13MPa，破壞形式變為復合破壞；繼續添加1.2%的7130樹脂后，80℃水煮14d的粘接強度仍達到2.79MPa，且破壞形式為砂漿塊破壞。

2）SER具有優良的力學性能、早期強度、高溫穩定性及水穩定性。在23℃養護3h，SER混合料的抗壓強度及抗折強度分別達到21.6MPa、5.4MPa；23℃養護7d，抗壓強度及抗折強度分別達到45.9MPa、11.5MPa；吸水率為0.33%，常規馬歇爾穩定度及殘留穩定度分別為37.76kN、92.4%；70℃、0.9MPa時，SER動穩定度達到35480次/mm，浸水穩定度仍達到20160次/mm。

3）將SER應用于廣州北環高速某隧道滲水路面修補中，大大減少了處理積水的時間，施工簡單快捷，養護時間短，效果良好。