一種耐高溫瀝青面層拼接用改性膠粘劑制備及性能

摘要：為優化擴建工程瀝青面層拼接施工的質量，提出一種擴建工程瀝青面層拼接用耐高溫改性膠粘劑制備與性能分析。采用硼改性酚醛樹脂、固體羧基丁腈橡膠等材料，制備擴建工程瀝青面層拼接用耐高溫膠粘劑試樣，分別制備固體羧基丁腈混煉膠質量分數為8%、12%和16%的試樣，通過高溫老化、熱性能測試等手段，測定不同試樣的耐高溫性能與應用效果。結果顯示：混煉膠質量分數為16%的試樣在高溫狀態下黏度下降較快，無法維持穩定的抗熱性，而混煉膠質量分數為12%時，具有較高的拉伸剪切強度、且在溫度較高情況下可以避免產生較大的質量損失，為此，添加12%羧基丁腈混煉膠的膠粘劑，具有較優的實際應用性。

關鍵詞：擴建工程；瀝青面層；耐高溫膠粘劑；高溫老化；固體羧基丁腈；酚醛樹脂

中圖分類號：TQ437+.1文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0047-04

Preparation and properties of modified adhesive for splicing asphalt surface course with high temperature resistance

LIU Chengyong

（Henan Expressway Development Co.，Ltd.，Zhengzhou Branch，Zhengzhou 450052，China）

Abstract：To optimize the quality of asphalt surface layer splicing construction in expansion projects，the prepara-tion and performance analysis of high-temperature resistant adhesives for asphalt surface layer splicing in expansion projects was proposed.Boron-modified phenolic resin，solid carboxy-nitrile butadiene rubber and other materials were used to prepare high-temperature adhesive samples for asphalt surface course splicing of expansion projects，and samples with solid carboxy-nitrile butadiene rubber mixture with mass fractions of 8%，12%and 16%were pre-pared respectively，and the high-temperature resistance and application effect of different samples were determined by means of high-temperature aging and thermal performance testing.Results showed that the viscosity of the sam-ple with a mass fraction of 16%of the mixed rubber decreased rapidly at high temperatures and could not maintain stable heat resistance，However，when the mass fraction of the mixed rubber was 12%，it had higher tensile shear strength and could avoid significant mass loss at higher temperatures.Therefore，adding 12%carboxyl nitrile mixed rubber adhesive has better practical applicability.

Key words：expansion project；asphalt surface layer；high temperature resistant adhesive；high temperature aging；solid carboxyl nitrile；phenolic resin

瀝青面層拼接施工能夠保護原有道路的完整性[1-3]，避免在擴建過程中出現斷裂、裂縫或減弱的情況[4-5]，通過拼接施工，新建的道路與原有的道路銜接緊密，確保道路的結構完整性和穩定性[6]。可見，瀝青面層拼接施工具有一定的重要性，為保障施工效果，可采用合適的膠粘劑材料進行瀝青面層拼接。

有較多學者對施工用膠粘劑進行研究，例如王三川等[7]，研究含硼雜化耐高溫酚醛環氧樹脂，但該材料無法應用到惡劣環境中；例如許新武[8]研究橋面覆層用彈性環氧膠粘劑，但其抗沖擊性較差。

擴建工程瀝青面層拼接施工通常需要使用能夠抵御高溫環境的膠粘劑材料[9-10]，為保證擴建工程瀝青面層拼接施工順利完成，本文研制耐高溫膠粘劑，并對不同配比的膠粘劑材料進行性能測試。為此，本文利用硼改性酚醛樹脂作為主要材料，制備不同比例添加劑的耐高溫膠粘劑材料。

1試驗材料與試樣制備

1.1試驗材料

在制作耐高溫膠粘劑材料時，主要使用的原材料：硼改性酚醛樹脂（工業級）；固體羧基丁腈橡膠（工業級）；硬脂酸（純度98%）；氧化鋅（ZnO）（工業級）；硫磺（純度99%）；沒食子酸正丙酯（純度98%）；硼粉（粒徑20～25μm）；硅粉（粒徑13～74μm）；B4C（粒徑3.5，7，14μm）；γ-安丙基三乙氧基硅烷（KH-550）（純度98%）；六次甲基四胺（純度98%）；乙酸乙酯（分析純）；無水乙醇（分析純）；丙酮（分析純）；砂布（粒度80～100目）。試驗原材料均通過市場購買。

1.2試驗用耐高溫膠粘劑制備

1.2.1混煉膠制備

將固體羧基丁腈橡膠切成塊狀固體，切分完成后將其放入雙輥開煉機上，通過設備進行混煉，在這一過程中分別添加硫磺、氧化鋅、硬脂酸以及沒食子酸正丙酯，共進行5遍混煉后，制成混煉膠材料[11-12]。

1.2.2硼酚醛膠粘劑研制

通過60℃恒溫水浴鍋溶解硼酚醛樹脂，將其溶入到乙酸乙酯劑內，并將制得的混煉膠溶于乙酸乙酯劑中，混合2種材料，之后分別加入B4C、硅粉以及硼粉，將其混勻后，在材料固化前分別添加6次甲基四胺固化劑，攪拌均勻后，制得膠粘劑材料[13]。

為驗證不同配比膠粘劑的性能，在混入混煉膠材料時，分別按照8%、12%和16%的質量分數，向硼酚醛樹脂中添加不同比例的固體羧基丁腈混煉膠，構成GK-8、GK-12、GK-16這3種膠粘劑試樣。

1.2.3粘接用試樣制備

當完成膠粘劑制作后，為評估膠粘劑的粘接特性，需通過試片粘接模擬瀝青面層拼接效果[14-16]，為此，本文構建粘接用試樣。利用丙酮清洗粘接試片，之后通過60#砂布打磨拋光并清洗干凈，下一步采用0.5%的KH-550無水乙醇溶液涂抹試片表面，等待表面揮發后，分別將3種膠粘劑試樣涂抹在不同試片上，涂抹完成后將其放入80℃烘箱內，進行3～5 min烘干，試片表面烘干后對接粘接部位，并施加0.3 MPa壓力，在150℃固化5 h制得粘接用試樣。

2性能測試

2.1高溫老化下試樣拉伸剪切強度測試

將3組試樣放置在高溫老化箱中，設置老化溫度為100℃、200℃、300℃，分別對每種試樣進行5 h的老化測試，并在不同階段取出試樣，按照GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度測定》標準，通過電子拉力試驗機對試樣進行拉伸，按照10 mm/min的速度拉伸試樣，直至試樣破壞。

2.2試樣熱性能測試

分別采用TGA法、DSC法、TMA法這3種測試手段，測試每種試樣的熱穩定性、熱性能以及熱機械性能[17]。其中，TGA法測試時升溫速率為20℃/min、DSC法測試時升溫速率為10℃/min、TMA法測試時升溫速率為5℃/min。

2.3試樣吸水率測試

按照GB/T 1034—2008《塑料吸水性測定》標準，測試試樣的吸水效果，將每種膠粘劑試樣放入恒溫水浴鍋中浸泡24h，取出后測定試樣吸水率。

2.4試樣黏度測試

通過錐板黏度計測試試樣的黏度變化，在測試過程中，設定轉速為750 r/min，并設置升溫速率為10℃/min，分別對不同試樣進行黏度測定。

2.5試樣濕熱老化狀態下儲能模量測試

將3種試樣放置在濕熱老化箱子中5d，設定濕度為RH85%，溫度為50～450℃，在不同溫度下取出試樣測定其儲能模量變化，以此判斷試樣的耐濕、耐熱特性。

2.6溫度沖擊測試

按照GJB 105.5-86《軍用設備環境試驗方法溫度沖擊試驗》標準，測試試樣在不同溫度下的抗沖擊強度，設置溫度為-20～70℃，當試樣升溫結束后取出放至室溫測定其耐沖擊性。

3結果分析

3.1試樣拉伸剪切強度分析

測試3組試樣分別在100℃、200℃以及300℃老化試驗下的拉伸剪切強度變化，結果如圖1所示。

由圖1可知，GK-12試樣始終保持較高的拉伸剪切強度，說明該比例的膠粘劑試樣可以在高溫環境下仍然保持良好的抗拉伸剪切效果，可作為瀝青面層拼接用優質粘接材料。

3.2試樣熱性能分析

通過不同測試方法，測定試樣的熱性能變化，評估試樣在高溫環境下的穩定性，結果見表1。

由表1可知，GK-12試樣的殘余質量更高，固體羧基丁腈質量分數為12%的膠粘劑耐熱性能更好。

通過TGA法測定每組試樣的熱失重曲線，測試結果如圖2所示。

由圖2可知，GK-12試樣殘余物質量下降幅度最小，說明該組試樣對高溫的抵抗能力更強。

通過TMA法測定3組試樣的殘余物質量分數導數，以評估在高溫下試樣的質量損失變化，如圖3所示。

在試樣熱機械性能分析過程中，試樣的殘余物質量分數導數是指隨著溫度的變化，其殘余物質量分數的變化速率。這一指標表示了試樣在不同溫度下的揮發性和熱分解行為。由圖3知，隨著溫度的不斷增加，GK-8試樣的殘余物質量分數導數變化幅度更大，說明該組試樣在較高溫度下的揮發性更大，導致試樣質量出現損失，而GK-12試樣中的殘余物質量分數導數變化較小，因此GK-12試樣能夠避免在高溫狀態下出現嚴重的熱分解行為。

3.3試樣吸水性能分析

通常情況下，膠粘劑的吸水率越小越好，當膠粘劑應用至瀝青面層拼接時，主要是指將2個面層粘合在一起，較低的吸水率可以提供更好的粘合性能和耐久性。為此，測試每組試樣在不同時間下的吸水率，結果如圖4所示。

由圖4可知，GK-12試樣的吸水率始終處于最低狀態，當測試時間達到24h時，該組試樣的吸水率最高未超過1.1%，為此，GK-12試樣的抗吸水效果更強，可以保證自身應用時的耐久性。

3.4試樣高溫狀態下黏度分析

分析每組試樣在不同溫度下的黏度變化，以評估試樣在高溫下的粘合力，結果如圖5所示。

一般來說，較高的黏度可以使試樣適用于需要承受更大力量或在惡劣條件下使用的場景，從而產生良好的粘合效果。由圖5可知，當測試溫度為50℃時，3組試樣的黏度差距并不明顯，基本保持在400～425 MPa·s以內，但當溫度逐漸升高后，每組試樣的黏度開始有所下降，導致試樣在加熱過程中呈現熱分解狀態，而當試驗溫度達到160℃時，GK-8試樣的黏度已下降至100 MPa·s以下，影響了其自身的粘接效果，而GK-16試樣雖然仍然能夠保持100 MPa·s以上的黏度，但仍然要低于GK-12試樣，為此，GK-12試樣在高溫狀態下的穩定性更高。

3.5試樣濕熱老化性能分析

分析每組試樣在濕熱條件下的儲能模量變化，結果如圖6所示。

從圖6可知，每組試樣的儲能模量在200℃以內時并未發生明顯改變，說明試樣在200℃的濕熱環境中仍然能夠維持良好的儲能模量，但隨著溫度的增加，三組試樣的儲能模量開始出現下降，其中，GK-8試樣的儲能模量下降幅度最大，而其他兩組試樣下降幅度相對較小，同時，GK-12試樣在450℃狀態下仍然能夠保持1 100 MPa以上的儲能模量，這意味著該試樣在受到應力時能更好地回彈并儲存能量，為此，GK-12的抗濕熱效果更佳。

3.6試樣抗沖擊強度分析

測試3組試樣在不同溫度下的抗沖擊強度，結果如圖7所示。

由圖7可知，當試驗溫度在0～10℃左右時，每組試樣的抗沖擊強度保持在最高水平，而當溫度在0℃以下時，3組試樣的抗沖擊強度處于8～11 MPa之間，隨著溫度上升，抗沖擊強度開始有所增大，而當溫度達到20℃以上時，每組試樣的抗沖擊性能開始有所減弱，其中，GK-12試樣抗沖擊強度變化幅度最小，為此該組試樣可在較大的溫度范圍內保持良好的性能。

4結語

本文研究擴建工程瀝青面層拼接用耐高溫膠粘劑的制備與性能分析，制備了不同配比的耐高溫膠粘劑，制備方法簡便，成本較低，并且能夠滿足施工工藝的要求。通過對耐高溫膠粘劑的多項性能指標進行評估，包括抗老化性能、耐高溫性能等，發現經本文制備的耐高溫膠粘劑具有較高的拉伸剪切強度，能夠有效抵抗剪切應力作用下的破壞，同時，在高溫環境下依然保持良好的性能，能夠滿足擴建工程瀝青面層的使用要求。

【參考文獻】

[1]金光來，馮雯雯.高速公路改擴建工程瀝青面層拼接界面技術措施研究和應用[J].公路工程，2022，47（6）：121-129.

[2]劉海龍，黃玉東，金苗苗，等.耐高溫、低導熱、韌性中空陶瓷微珠復合材料的制備及其性能[J].復合材料學報，2022，39（5）：2378-2386.

[3]徐宇晗，陳國新，李黎陽，等.透層油對鋼渣道路的基-面層層間抗剪性能影響研究[J].鐵道科學與工程學報，2022，19（10）：2995-3004.

[4]佟天白，任河，王恒芝，等.耐高溫Al2O3氣凝膠隔熱材料的研究進展[J].耐火材料，2022，56（3）：272-276.

[5]周志剛，陳功鴻，張紅波，等.橡膠粉/SBS與高粘劑復合改性瀝青的制備及性能研究[J].材料導報，2021，35（6）：6093-6099.

[6]禹輝，孟瀟飛，甘新眾，等.干投法廢輪胎熱解炭黑改性瀝青表面層首件工程工藝試驗研究[J].公路，2022，67（2）：7-15.

[7]王三川，葛永生，劉亞東，等.含硼雜化耐高溫酚醛環氧樹脂的制備及其性能研究[J].化工新型材料，2022，50（7）：82-86.

[8]許新武.橋面覆層用彈性環氧膠粘劑的研究[J].粘接，2022，49（2）：189-191.

[9]彭芷昕，袁昱超，唐文勇.復合材料與船用鋼的耐高溫高壓特性比較[J].船舶工程，2022，44（9）：18-23.

[10]許亞豐，秦巖，孫洪鑫.耐燒蝕/耐高溫/透波/承載一體化石英纖維布/玻璃粉/（PSN/BZ）復合材料制備與性能[J].武漢理工大學學報，2022，44（4）：1-5.

[11]史小魏，馬志偉，李洪闖.高速公路改擴建工程新舊路面基層接縫處理施工技術研究與應用[J].公路，2021，66（1）：366-369.

[12]何國恒，張鵬，夏劍輝.光學透明的硅烷改性聚氨酯膠粘劑的研究[J].粘接，2022，49（3）：1-5.

[13]陳戈雨，郭鵬，曹志國.瀝青混合料疲勞損傷模擬研究[J].計算機仿真，2022，39（8）：296-299.

[14]李佳陽.一種耐高溫樹脂膠粘劑制備及在蒸汽吞吐油井中的應用效果[J].粘接，2023，50（7）：45-49.

[15]王漢民.建設工程常用膠粘劑的發展與展望[J].粘接，2022（9）：35-38.

[16]徐裕勇，楊康，張怡，等.功能母粒對高透明耐高溫聚丙烯材料力學性能的影響[J].塑料工業，2022，50（10）：175-179.

[17]董永兵，王剛，周艷明，等.磷酸酯改性水性聚氨酯膠粘劑的制備及表征[J].中國皮革，2021，50（4）：45-49.

（責任編輯：張玉平）