改性脲醛樹脂砂漿性能試驗研究

曲殿青 李華平

(1.山東省棲霞市地方公路管理局，山東棲霞 265300; 2.珠海城建市政建設有限公司，廣東珠海 519000)

0 引言(瀝青路面快速修補材料的意義)

隨著我國國民經濟的迅猛發展和現代物流網日趨發達，道路與交通之間的矛盾日漸突出。汽車保有量的劇增和超重載現象的不斷惡化，使得各等級公路在服役壽命早期就出現了不同程度的破壞。加之我國交通基礎設施建設時期起步較晚，近年剛好處于先期修建瀝青路面項目的大中維修期，使得公路養護和維修的任務繁重。與此同時，公路的養護維修需要封閉和半封閉交通，這將為交通的順暢通行埋下隱患。因此，如何快速、便捷、有效地修補瀝青路面成為國內外公路研究者較為關注的熱點問題，其中快速修補瀝青路面冷補材料的研發是關鍵[1]。

脲醛樹脂是尿素與甲醛在催化劑(堿性或酸性催化劑)作用下，縮聚而成的初期脲醛樹脂;在固化劑或助劑作用下，形成不溶的末期樹脂[2]。脲醛樹脂固化后膠層無色，工藝性能好，成本低廉，并具有優良的膠結性能和較好的耐濕性，但室溫下很快固化，膠結強度比動、植物膠高。因其固化后呈現一定的脆性，一般添加一定量的改性劑以改善其彈性性能。與其他高分子樹脂材料相比，改性脲醛樹脂通過調節固化劑的比例，可以在常溫下實現對固化時間的調控，以滿足不同工程實踐要求，并能與水泥基材料混合使用，提高結構材料的早期強度和增強材料的防水性能[3，4]。

1 試驗原材料及方法

1.1 試驗原材料

1)水泥采用的是陜西秦嶺水泥廠生產的42.5號硅酸鹽水泥。2)改性脲醛樹脂:西安某化工科技有限公司產，尿素與甲醛的摩爾比為1∶1.5的液態脲醛樹脂乳膠。密度為1.25 g/cm3，含水量約為10%，其他各項均符合相關國家標準。3)砂:試驗前先將砂洗凈，并放于烘箱內烘干，砂的含水率為0，細度模數Mx=0.715。4)固化劑:由15%的氯化銨與3 mol/L的鹽酸按10∶1的比例復配。

1.2 試驗方法

脲醛樹脂改性水泥砂漿的配合比設計參考國外樹脂改性水泥砂漿的經驗資料，再結合材料的實際情況進行試配，確定改性脲醛樹脂∶砂∶水泥∶固化劑 =100∶46∶25∶3，膠結材料主要以改性脲醛樹脂為主，水泥為輔。為達到快速修復瀝青路面的目的，本文設計試驗從兩個方面來研究，包括:改性脲醛樹脂的快速固化試驗，改性脲醛樹脂膠漿砂漿抗壓抗折強度試驗。強度試驗采用試模尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。

2 試驗結果及分析

2.1 快速固化試驗結果及分析

修補瀝青路面所用材料強度形成越快，越有利于實現快速通車，通過調節復配固化劑的量，分析改性脲醛樹脂砂漿終凝時間與固化劑含量的關系，結果見表1。復配固化劑對改性脲醛樹脂砂漿的固化效果較佳，常溫下能在1 h內實現終凝，固化速率較快，25℃時，最短能在36 min內固化;60℃時，僅為16 min。改性脲醛樹脂砂漿終凝時間隨復配固化劑的增加而表現出先縮短后延長的趨勢，當復配固化劑添加量為3%時，固化時間最短，選為最佳固化劑量。溫度的升高能促使改性脲醛樹脂砂漿快速凝結，所以溫度是一個改性脲醛樹脂砂漿凝結的重要影響因素。對季節性施工環境條件變化，都得隨時隨地控制好固化劑的量。

表1 復配固化劑量及溫度對終凝時間的影響

2.2 脲醛樹脂砂漿抗壓抗折強度試驗結果及分析

改性脲醛樹脂砂漿抗壓抗折強度試驗結果見表2。

表2 改性脲醛樹脂砂漿抗壓抗折強度試驗結果

GB/T 17671-1999按照水泥膠砂試驗規范對改性脲醛樹脂砂漿的1 h，3 h和5 h抗壓和抗折強度進行試驗，試驗結果見表2?？箟汉涂拐蹚姸茸兓€見圖1和圖2。從圖中可以看出，改性脲醛樹脂砂漿抗壓、抗折強度增幅顯著，1 h改性脲醛樹脂砂漿抗壓強度達到13 MPa，抗折強度達到1.1 MPa;5 h后改性脲醛樹脂砂漿抗壓強度為30.7 MPa，抗折強度為3.5 MPa。與普通水泥砂漿相比，改性脲醛樹脂砂漿壓折比較高，表現出較大脆性。從改性脲醛樹脂砂漿強度形成過程可以看出，改性脲醛樹脂砂漿能夠較好的實現快速修補瀝青路面的目的。

3 改性脲醛樹脂砂漿強度形成機理

在改性脲醛樹脂乳液與固化劑混合后，樹脂固化的同時析出水，加之樹脂乳液中原有的水與水泥逐漸反應生成水化硅酸鈣鹽(C—S—H)凝膠和氫氧化鈣。強度形成初期主要是在固化劑的作用下使得脲醛樹脂經過加成聚合作用，膠凝砂石材料形成強度，后期水泥在改性脲醛樹脂半固化狀態空間網狀結構體系中逐漸水化形成水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣等水化產物，并填充樹脂聚合物孔隙，在形成強度的過程中逐漸硬化和填充。因此，在改性脲醛樹脂膠砂中，前期強度形成主要依靠聚合物樹脂的作用，后期強度則主要是水泥石在起主導的膠凝作用。

4 結語

改性脲醛樹脂砂漿固化及力學性能試驗研究表明:

1)通過復配固化劑，能夠實現改性脲醛樹脂砂漿快速固化，使得砂漿能在1 h內達到終凝。研究表明，復配固化劑添加量為脲醛樹脂的3%(質量百分比)時，砂漿終凝時間最短，25℃時，36 min內達到終凝;60℃時，終凝時間僅為16 min。

2)改性脲醛樹脂砂漿抗壓、抗折強度形成比較快，1 h改性脲醛樹脂砂漿抗壓強度達到13 MPa，抗折強度達到1.1 MPa;5 h后改性脲醛樹脂砂漿抗壓強度為30.7 MPa，抗折強度為3.5 MPa。與普通水泥砂漿相比，改性脲醛樹脂砂漿壓折比較高，表現出較大脆性。從改性脲醛樹脂砂漿強度形成過程可以看出，改性脲醛樹脂砂漿能夠較好的實現快速修補瀝青路面的目的。但為了增強其應用范圍，必須在脆性方面有所改善。

[1] 俞先江.高速公路瀝青路面養護輔助決策研究[D].南京:東南大學，2004.

[2] 顧繼友.膠粘劑與涂料[M].北京:中國林業出版社，2001:21-24.

[3] 郭 建，張榮輝.水性環氧樹脂增強鋼纖維混凝土的力學性能研究以及在橋面鋪裝層中的應用[J].混凝土與水泥制品，2006(4):37-38.

[4] 鐘浩邦，陳 煒.樹脂改性水泥砂漿物理力學性能試驗研究[J].公路與汽車，2006(4):114-115.