環(huán)氧改性聚氨酯裂縫修復(fù)材料性能研究

徐彥峰

內(nèi)鄉(xiāng)縣公路事業(yè)發(fā)展中心,河南 南陽 456300

0 引言

填縫、抗裂貼封縫是目前我國(guó)半剛性基層瀝青路面裂縫最常用的修補(bǔ)方法[1],經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)踐發(fā)現(xiàn),此類修補(bǔ)方法耐久性不足,且具有較高的失效率,為此,開展瀝青路面裂縫修補(bǔ)性能研究具有重要意義。本文針對(duì)工程實(shí)例,提出了使用環(huán)氧改性聚氨酯修補(bǔ)裂縫,旨在通過試驗(yàn)測(cè)試路面的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能,以期修復(fù)裂縫病害,改善路面的路用性能。

1 試驗(yàn)分析

本文以某公路工程為例,原路面面層結(jié)構(gòu)為“改性AC-13(5 cm)+改性AC-20(6 cm)+瀝青AC-25(7 cm)”,為了保證路面面層裂縫經(jīng)環(huán)氧改性聚氨酯材料修補(bǔ)基本上和原路面結(jié)構(gòu)保持一致,在該試驗(yàn)研究中,均采用AC-13C型瀝青混合料為全部瀝青混凝土試件。表1為集料合成級(jí)配組成。

表1 集料合成級(jí)配組成

經(jīng)馬歇爾試驗(yàn)可知,瀝青混合料的最佳油石比和密度分別為5.1%、2.487 g/cm3。根據(jù)試驗(yàn)相關(guān)規(guī)定,結(jié)合路面裂縫實(shí)際統(tǒng)計(jì)情況,基于適用性考慮,以5 mm寬裂縫為馬歇爾試件進(jìn)行分析,并同時(shí)進(jìn)行無裂縫完好標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件的制備。

2 水穩(wěn)定性分析

2.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)及結(jié)果分析

為評(píng)價(jià)裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)體系的水穩(wěn)定性,本文采用了浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn),并利用平行對(duì)比試驗(yàn)法,對(duì)修補(bǔ)后的組合結(jié)構(gòu)體系和原狀混凝土試件進(jìn)行對(duì)比分析。

試驗(yàn)中采用自動(dòng)馬歇爾試驗(yàn)儀,加載速度為50 mm/min。馬歇爾試驗(yàn)浸水時(shí),應(yīng)完全浸沒在60 ℃恒溫水箱內(nèi)[2]。按公式(1)計(jì)算試件的浸水殘留穩(wěn)定度。

(1)

式中：試件的浸水殘留穩(wěn)定度由MS0表示;浸水48 h后的穩(wěn)定度由MS1表示;試件的穩(wěn)定度由MS表示。

以5.1%為油石比,經(jīng)測(cè)試可得標(biāo)準(zhǔn)試件浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果,如表2所示。

表2 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果(標(biāo)準(zhǔn)試件)

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)定,改性瀝青混合料殘留穩(wěn)定度大于等于85%,表明在標(biāo)準(zhǔn)試件,即無裂縫試件當(dāng)中,馬歇爾試件的殘留穩(wěn)定度可滿足規(guī)定。

為了解環(huán)氧改性聚氨酯材料修補(bǔ)裂縫的效果,進(jìn)行5 mm寬裂縫試件浸水馬歇爾試驗(yàn),其試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果(5 mm寬裂縫試件)

由此可見,5 mm寬裂縫試件在通過浸水馬歇爾試驗(yàn)后,其殘留穩(wěn)定度為85.6%,仍可滿足規(guī)定要求,表明修補(bǔ)效果良好。

相比標(biāo)準(zhǔn)試件,修補(bǔ)后的試件殘留穩(wěn)定度為其95.4%,表明環(huán)氧改性聚氨酯材料的水穩(wěn)定性良好,同樣也說明,裂縫經(jīng)修補(bǔ)后,具有良好的耐水損壞性能。

2.2 凍融劈裂試驗(yàn)及結(jié)果分析

為了檢驗(yàn)混合料是否能夠經(jīng)受住凍融循環(huán)后的影響,本文進(jìn)行了凍融劈裂試驗(yàn),以此對(duì)混合料的綜合水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。

按公式(2)～(3)計(jì)算劈裂抗拉強(qiáng)度,具體如下。

RT1=0.006 287PT1/h1

(2)

RT2=0.006 287PT2/h2

(3)

式中：未進(jìn)行凍融循環(huán)的每一個(gè)試件的劈裂抗拉強(qiáng)度由RT1表示;未經(jīng)凍融循環(huán)的每一個(gè)試件的試驗(yàn)荷載值由PT1表示;未經(jīng)凍融循環(huán)的每一個(gè)試件的高度由h1表示。凍融循環(huán)后的每一個(gè)試件的劈裂抗拉強(qiáng)度由RT2表示;凍融循環(huán)后的每一個(gè)試件的試驗(yàn)荷載值由PT2表示;凍融循環(huán)后的每一個(gè)試件的高度由h2表示。

按公式(4)計(jì)算凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比(TSR),具體如下。

(4)

根據(jù)試驗(yàn)可知,表4為標(biāo)準(zhǔn)試件的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果,表5為5 mm寬裂縫試件的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果。

表4 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果(標(biāo)準(zhǔn)試件)

表5 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果(5 mm寬裂縫試件)

按照現(xiàn)行規(guī)定,凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比應(yīng)滿足大于等于80%,2種試件的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比均可滿足規(guī)定要求。

為了更好地掌握2種不同試件在未經(jīng)凍融劈裂和經(jīng)過凍融劈裂的抗拉強(qiáng)度情況,對(duì)兩者進(jìn)行了對(duì)比分析,圖1為2種試件未經(jīng)與經(jīng)過凍融劈裂的劈裂抗拉強(qiáng)度對(duì)比圖。

圖1 不同試驗(yàn)條件下2種試件劈裂抗拉強(qiáng)度圖

由圖1可見,相比標(biāo)準(zhǔn)試件,無論是在未經(jīng)凍融劈裂前,亦或是經(jīng)過凍融劈裂后,5 mm寬裂縫試件的劈裂抗拉強(qiáng)度均較小。究其原因在于,通過切割機(jī)切割后的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件,其原有整體結(jié)構(gòu)已被破壞,這種情況下,切割界面拉毛程度很難媲美自然開裂狀態(tài)的程度,因此,降低了裂縫修補(bǔ)材料和切割界面之間的粘結(jié)效果。通過凍融劈裂試驗(yàn)分析,可得出裂縫采用環(huán)氧改性聚氨酯材料修補(bǔ)后,其抗水損壞能力較強(qiáng)。

3 低溫抗裂性能分析

混合料的低溫抗裂性能可通過彎曲拉伸試驗(yàn)檢測(cè),采用小梁彎曲拉伸試驗(yàn)法[4],可按公式(5)～(7)計(jì)算相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)。即試件破壞時(shí)的抗彎拉強(qiáng)度(RB)、最大彎拉應(yīng)變(εB)、彎曲勁度模量(SB)。

(5)

(6)

(7)

式中：試件跨中斷面寬度由b表示;跨中斷面高度由h表示;跨徑由L表示;試件破壞時(shí)最大荷載由PB表示;試件破壞時(shí)跨中撓度由d表示。

在試驗(yàn)中,針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件和5 mm寬裂縫試件2種試件,提出測(cè)試0、5、15、20、25 ℃不同溫度下,小梁試件的彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變(ε×10-3)及彎拉勁度模量,試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 彎曲拉伸試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表6可得出以下結(jié)果。

3.1 抗彎拉強(qiáng)度方面

裂縫修補(bǔ)后,隨著溫度的升高,試件的抗彎拉強(qiáng)度仍有所下降,表明即便修補(bǔ)裂縫,但小梁結(jié)果內(nèi)部存在的損壞,仍舊無法完全修復(fù),一定程度上,其抗彎拉強(qiáng)度下降。但對(duì)比分析不同溫度條件下,修補(bǔ)后的小梁試件和標(biāo)準(zhǔn)試件之間的彎拉強(qiáng)度比,下降幅度較小,整體上來講,通過環(huán)氧改性聚氨酯材料修補(bǔ)后,路面結(jié)構(gòu)的低溫抗裂性能仍較好。

3.2 彎拉應(yīng)變方面

隨著溫度的升高,2種試件的最大彎拉應(yīng)變均有所增大。當(dāng)溫度小于5 ℃時(shí),修補(bǔ)后的小梁試件最大彎拉應(yīng)變具有很小的變化,其原因主要在于低溫條件下,瀝青混合料和裂縫修補(bǔ)材料的彈性模量基本一致,壓力影響下,兩者協(xié)調(diào)變形,說明低溫條件下,環(huán)氧改性聚氨酯材料修補(bǔ)之后,試件仍具有良好的抗變形能力。

3.3 彎曲勁度模量方面

隨著溫度的升高,2種試件的彎曲勁度模量均有所下降,但相比標(biāo)準(zhǔn)試件,修補(bǔ)后的5 mm寬裂縫試件彎曲勁度模量均在同溫度條件下的標(biāo)準(zhǔn)試件以下,與相關(guān)要求相符,即抗彎拉強(qiáng)度與破壞時(shí)彎拉應(yīng)變相關(guān)數(shù)據(jù),說明在低溫狀態(tài)下,修補(bǔ)后的試件具有良好的抗彎曲開裂性能。

4 結(jié)束語

經(jīng)浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)及彎曲拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)分析,瀝青路面層裂縫經(jīng)環(huán)氧改性聚氨酯材料修補(bǔ)后,其水穩(wěn)定性、低溫抗裂性能良好,具有良好的施工應(yīng)用效果,可滿足工程施工要求。