路面病害的形成及各組分對環氧修補材料性能的影響

王敏　鄭水蓉　汪前莉　周風

摘要：闡述了路面裂縫和麻面的形成原因，分析了環氧樹脂修補材料中粘料、固化劑、稀釋劑、填料及偶聯劑對修補材料性能的影響，對其發展前景做了展望。

關鍵詞：裂縫；麻面；環氧樹脂；固化劑

中圖分類號：TQ433.4+37 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2014）07-0082-03

1 前言

混凝土路面的養護是高速公路科技研究與攻關的重要課題[1]。路面的破壞成因復雜、影響因素多，傳統的瀝青混凝土修補法已經不能滿足要求。裂縫一旦形成，易引起病害的進一步加劇，造成破壞性的后果[2]。有機高分子修補材料具有粘接性良好、固化速度快和耐腐蝕等優點，在路面修補中得到了良好的應用[3～13]。

混凝土的破壞機理不同，病害的呈現形態也不同。路面的常見病害包括裂縫和麻面。綜合各種影響因素，病害包含多種形式如干縮裂紋、沉陷裂紋、溫度裂紋、塑性收縮裂紋和蜂窩麻面、坑槽露石子等[14]。因為環氧樹脂體系對修補的病害要有針對性[15]，所以對于環氧樹脂修補材料的配方設計及工藝要求也會不同。本文通過對病害形成原因的分析，綜述了修補材料各個組分對其性能的影響。

2 損壞形成的原因

2.1 裂縫

形成混凝土裂縫的主要原因包括由混凝土原材料質量引起的裂縫和施工過程中操作不當引起的裂縫。

水泥在生產過程中煅燒不充分，會產生很多游離的碳酸鈣，使混凝土凝固后產生體積變化不均勻現象，導致路面出現裂紋；拌合物的溫度過高，出現"假凝"現象，使混凝土表面形成一層薄的硬殼，易引起混凝土開裂；砂和水中的有害雜質與混凝土反應生成易溶于水的產物，混凝土被腐蝕，強度下降，在車輛載重經過時會遭到破壞；集料中的活性二氧化硅與水泥中堿性氧化物水解生成的氫氧化鈉和氫氧化鉀產生反應，生成堿硅酸凝膠，吸水后膨脹，破壞混凝土結構，出現較深的網裂，即“堿骨料”反應[16]。

另外，如果路面實際承受超過了設計年限內的累計當量軸次，就會產生裂縫[17]；基層松散以及地基的沉降都極易產生裂縫[18]；在施工過程中，會用模具對混凝土進行固定，若拉應力大于混凝土本身的彎曲強度，也會產生裂縫；良好的養護能夠有效減少裂縫的產生，如高溫和風速較大的情況下，路面極易缺水干燥，如果不及時補充水分，就易產生干縮裂縫。

2.2 麻面

麻面是指混凝土表面局部缺漿、粗糙或有許多小凹坑，但無露筋現象[21]。

混凝土的配合比不當，混凝土過于黏稠，在振搗時難以將氣泡排除，導致凝固后的混凝土表面出現蜂窩狀的麻面；混凝土入模后振搗不充分、引氣劑質量差等引起的氣體殘留，導致混凝土表面出現蜂窩麻面。

不合理地使用脫模劑是造成凝固混凝土結構表面蜂窩麻面的主要外部原因；施工時，澆注厚度偏大，即使振搗時間充分，氣泡也不能完全排出，也易造成蜂窩麻面；春秋季節晝夜溫差較大，因此附著在混凝土結構表面的氣泡體積變化也很大，隨著時間的推移水泥漿體的強度不斷增加，當氣泡周圍水泥漿體達到一定強度時，氣泡破裂，易造成麻面。

3 環氧體系各個組分對修補材料性能的影響

3.1 環氧樹脂基體的影響

環氧樹脂對產品的各項性能都有很大的影響。環氧值過高的EP強度較大，但較脆；環氧值中等的EP高低溫時強度均好；環氧值低的EP高溫強度較差。不需要耐高溫，對強度要求不高，希望環氧樹脂快干、不易流失，可選擇環氧值較低的樹脂；若要兼顧滲透性和強度，則可選用環氧值較高的樹脂[22]。李保紅等[23]研究發現，E-51在幾種常見的液體E型環氧樹脂中黏度最低，有利于在體系中加入較多的填料及助劑，提高其壓縮強度及耐磨性能，降低成本。郭文瑛[24]通過對環氧樹脂基修補材料進行研究，得到了功能性較好的修補材料，通過調整配方，可以使環氧樹脂的用量減少。

3.2 固化劑的影響

環氧樹脂的化學活性很大，在酸性或堿性固化劑的作用下，發生交聯反應，轉化為不溶、不熔的體型結構[25]。固化劑在反應過程中的初凝時間以改性環氧樹脂混合料黏度開始升高為依據。黏度升高，混合料的和易性降低，導致混合料壓實困難。固化劑初凝時間短，無法滿足修補工程的施工要求；固化劑初凝時間較長，但后期固化緩慢，開放交通時間較長[26]。因此在制備修補材料時，應綜合考慮操作環境、時間、黏度以及力學性能等方面，選擇合適的固化劑。張小博[27]等利用甲基丙烯酸酯改性多乙烯多胺制得一種新型EP固化劑，使EP的韌性和粘接強度增加。劉芳[28]等研究了不同養護條件下T31固化劑的用量對環氧樹脂體系的影響，通過對壓縮強度和彎曲強度的分析，說明當養護條件為（20±2）℃和RH 80%、T31固化劑的摻量達到10質量份時，90 d的壓縮強度為96.9 MPa。

3.3 稀釋劑的影響

稀釋劑主要作用是降低環氧樹脂體系的黏度，改善工藝性能，延長使用壽命。但加入稀釋劑會降低固化物的熱變形溫度、粘接強度、耐介質及耐老化等性能[25]。稀釋劑分為活性稀釋劑和非活性稀釋劑2種，非活性稀釋劑不與環氧樹脂固化劑等反應，多為高沸點的液體，如鄰苯二甲酸二丁酯、苯二甲酸二辛脂、苯乙烯等，用量以5%～20%為宜；活性稀釋劑一般指帶有1個或2個以上環氧基的低分子化合物，直接參與固化反應。根據稀釋劑的種類和用量來調節黏度，例如細小裂紋的修補需要低黏度的產品以保證環氧樹脂可以完全注入裂縫，起到修補作用[29]。

3.4 填料的影響

填料的加入可以提高耐磨性等。周梅等[30]人研究了填料種類和用量對環氧樹脂體系強度的影響。通過研究體系的剪切強度，發現合適的填料能改善環氧樹脂體系的性能，降低體系的收縮率和熱線脹系數，增加熱導率和機械強度，提高尺寸穩定性，避免發生裂縫。如何在提高修補材料機械加工性的同時降低修補材料線脹系數，改善填料在修補材料體系中的分散性等具有重要的研究價值[32]。王磊、劉方等[35]人以礦粉為填料，研究發現礦粉—環氧樹脂基修補材料具有優異的耐久性。

3.5 偶聯劑的影響

環氧樹脂的偶聯劑通常有硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑等，例如可以通過有機硅烷偶聯劑提高持粘性和粘附力等。在路面修補過程中，如果路面不能與樹脂體系很好地粘接，通常考慮在體系中加入偶聯劑。在施工時直接將偶聯劑溶液涂在被修補的清潔表面處，待溶劑揮發或干燥后再施膠，也可將偶聯劑直接摻入環氧樹脂體系中使用。姚海松等[36]人的研究表明，偶聯劑的加入量在一定范圍內會提高環氧樹脂的拉伸強度和斷裂伸長率，而沖擊強度有所下降。

4 結語

環氧樹脂體系在解決路面病害問題上具有針對性、特殊性和匹配性，可廣泛應用于各種路面修補工程中。但是由于固化后的環氧樹脂存在質脆、耐疲勞性、耐熱性、韌性差等缺點，使其應用受到一定的限制。對環氧樹脂進行改性受到廣泛重視，通過加入各類助劑使環氧樹脂滿足不同工況下的修補要求，拓展了其在路面修補方面的應用范圍。

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