一種大變位自流平硅酮道路密封膠的研究

楊玉寧，許艷艷，程 鵬，邢鳳群，郭月萍，馮 培，金燕鴻

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450001）

近年來，隨著我國公路建設(shè)事業(yè)迅速發(fā)展，已建成的路面出現(xiàn)了不同程度的問題，如通車1～3年的路面出現(xiàn)小微裂縫、麻面、脫皮、泛油、瀝青老化、路面滲水等輕微病害，造成路面的不平整和抗滑性能的下降。通車8～10年的路面出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫、坑槽及沉陷，它是路面結(jié)構(gòu)的整體或其某一個或幾個組成部分的破壞。出現(xiàn)以上問題的主要原因是路面使用了劣質(zhì)的或未使用密封材料。目前市場上使用的道路接縫密封材料主要有4種，分別為瀝青、聚氨酯、聚硫密封膠及硅酮密封膠，其中瀝青冬季脆硬，夏天熱融，易卡石子造成啃邊，耐紫外線能力差，僅比不用略強；聚氨酯抗紫外線能力差，但比瀝青的使用壽命長；聚硫密封膠含端-SH，粘接性良好，耐油性佳，比聚氨酯的使用壽命長，但仍需定期更換；硅酮密封膠含有Si-O鍵，鍵能大，主鏈穩(wěn)定，耐老化性能好，可達到與路面同壽命。本文研制了一種大變位自流平硅酮道路密封膠，研究了其性能影響因素。

1 實驗部分

1.1 主要原料

107硅橡膠、201硅油，江西星火有機硅廠；1#碳酸鈣，青州宇信鈣業(yè)股份有限公司；2#碳酸鈣，江西廣源化工有限責(zé)任公司；3#碳酸鈣，晉陽市羊明鈣業(yè)有限公司；4#碳酸鈣，南陽市臥龍區(qū)三杰鈣業(yè)；催化劑，吉林華信化工有限公司；1#、2#擴鏈劑，山西化工研究所；偶聯(lián)劑，湖北武大有機硅新材料股份有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

雙行星攪拌釜，成都市樹風(fēng)工貿(mào)有限公司；電子萬能拉力機，深圳新三思材料檢測有限公司。

1.3 膠樣的制備

根據(jù)基礎(chǔ)配方（見表1）將計量好的107硅橡膠、201甲基硅油、碳酸鈣投入雙行星攪拌釜中，抽真空攪拌至混合均勻，再按配比加入固化劑、擴鏈劑、偶聯(lián)劑、催化劑等，繼續(xù)攪拌至混合均勻，出釜，裝入300 mL塑料膠管內(nèi)待用。

表1 自流平道路密封膠的基礎(chǔ)配方Tab.1 Basic formulation of self-leveling road sealant

1.4 性能測試

參照標(biāo)準(zhǔn)JC/T 976—2005[1]《道橋接縫用密封膠》、MH5006—2002[2]《民用機場水泥混凝土面層施工技術(shù)規(guī)范》、GB/T13477—2017[3]《建筑密封材料試驗方法》、GB/T 528—2008[4]《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》、GB/T22083—2008[5]《建筑密封膠分級和要求》、GB16776《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》中的要求進行檢測，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)檢測的具體項目見表2。

表2 參照的標(biāo)準(zhǔn)及檢測項目Tab.2 Referential standards and test items

2 結(jié)果與討論

在其他成分用量不變的前提下，選擇4種不同黏度的107硅橡膠制成密封膠，測定拉伸強度、斷裂伸長率和位移能力，結(jié)果見表3。

2.1 107硅橡膠黏度對密封膠性能的影響

表3 107膠黏度對密封膠性能的影響Tab.3 Effect of viscosity of 107 silicone rubber on sealant performance

由表3可看出，隨著107膠黏度的增加，密封膠的拉伸強度、斷裂伸長率及位移能力都在增加。這是因為黏度較大時，107膠的分子質(zhì)量較大，分子鏈較長，端羥基較少，交聯(lián)點較少，交聯(lián)密度較低，其所受應(yīng)力可以更好地通過交聯(lián)點分散到周圍的分子鏈上。綜合考慮，選用黏度為80 000 mPa·s的107膠[6]。

2.2 碳酸鈣對密封膠性能的影響

在其他成分質(zhì)量不變的前提下，選擇4種不同廠家的重質(zhì)碳酸鈣制成密封膠，按GB/T13477要求制備試樣，根據(jù)自流平硅酮道路密封膠在實際使用過程中所受老化條件，進行標(biāo)準(zhǔn)條件（GB16776要求）、浸水（GB16776要求）7 d后、高溫80 ℃/7 d（JC/T 976要求）后的力學(xué)性能測試，結(jié)果見表4。

表4 碳酸鈣對密封膠性能的影響Tab.4 Effect of calcium carbonate on sealant properties

由表4可看出，1#碳酸鈣破壞面積大，脫粘嚴(yán)重；3#、4#拉伸強度和斷裂伸長率較小，且流平性較差；2#綜合性能良好?？梢?，即使選用同種類型的碳酸鈣，不同廠家碳酸鈣因表面改性、粒徑等不同，也會對密封膠的性能造成很大的影響。

2.3 擴鏈劑種類對密封膠性能的影響

在其他成分質(zhì)量不變的前提下，選擇2種不同廠家的擴鏈劑制成密封膠，按GB/T13477要求制備試樣，根據(jù)自流平硅酮道路密封膠在實際使用過程中所受老化條件，進行標(biāo)準(zhǔn)條件、浸水7 d后、高溫80 ℃/7 d后的力學(xué)性能測試，結(jié)果見表5。

表5 擴鏈劑對密封膠性能的影響Tab.5 Effect of chain extender on sealant performance

由表5可看出，1#擴鏈劑制備的密封膠破壞面積大，2#擴鏈劑的密封膠綜合性能良好，這主要是因為1#擴鏈劑使分子鏈過長，彈性過大，從而導(dǎo)致其粘接性降低。

3 自流平硅酮道路密封膠的性能評價

用篩選出的優(yōu)良配方制備樣品，按照MH5006—2002、JC/T 976對其流平性、表干時間、質(zhì)量損失率、拉伸模量、位移能力、拉伸粘接性能、與混凝土的粘接性等項目進行綜合性能檢測，結(jié)果見表6。

表6 自流平硅酮道路密封膠的性能檢測結(jié)果Tab.6 Performance results of self-leveling silicone road sealant

從表6可看出：

1）該樣品的流平性、表干時間均合格，施工性能良好；

2）質(zhì)量損失率低，說明該樣品在固化或使用過程中，釋放的小分子物質(zhì)非常少，膠體不會出現(xiàn)收縮、脆化等不良現(xiàn)象；

3）在23 ℃和-20 ℃條件下拉伸模量均合格，且具有超低的拉伸模量，2個條件下檢測結(jié)果相差不大，說明環(huán)境溫度對其拉伸模量影響很小，即該樣品環(huán)境的適用范圍廣；

4）位移能力檢測結(jié)果為100/50級，比瀝青（一般變形能力為±5%）、聚氯乙烯（一般變形能力為±25%）、聚氨酯（一般變形能力為±25%）變形能力都要強，說明該樣品具有超強的位移能力，能滿足接縫處因溫差大、基材線脹系數(shù)大等帶來的拉伸或壓縮位移變化；

5）該樣品與基材的粘接性好，適用性強。

4 道路用硅酮密封膠的工程應(yīng)用

道路表面接縫密封工程的品質(zhì)保證除了取決于選用的密封材料，還與道路密封膠的接縫設(shè)計、施工條件、施工工藝等相關(guān)。

4.1 接口設(shè)計及注意事項

施工方應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計書/圖的要求，確定合理的接縫密封膠寬度和厚度，在使用密封膠時，其厚度范圍為6～13 mm，膠縫寬度和厚度的比值一般在1.5～2.5∶1內(nèi)。在任何情況下，密封膠表面必須低于路面9 mm以下，較寬的接縫其低度可達13 mm，對于不平整的路面，以最低路面為密封膠的凹陷標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 施工條件

施工時，要求材料表面、施工環(huán)境溫度一般為5～40 ℃，相對濕度為40%～80%。注膠面必須清潔、干燥，無易脫落物、水漬、油漬。

4.3 施工工藝

密封膠施工工藝流程為：切縫、清理接縫→塞泡沫棒→注膠→刮膠、修整→檢查、補膠。

4.4 工程案例

目前本文研制的自流平道路硅酮密封膠已成功應(yīng)用于多個機場道路工程的密封，如青海玉樹機場、北京沙河機場、山東臨沂機場、鄭州新鄭機場等等，目前最早的壽命已達10年。

5 結(jié)論

1）隨107膠黏度的增加，密封膠的拉伸強度和彈性均有所增加。

2）密封膠中填加不同廠家的重質(zhì)碳酸鈣，其拉伸強度、粘接性、流平性等將有較大的差異。

3）擴鏈劑的種類不同，密封膠與水泥砂漿塊的粘接性也不同。

選擇優(yōu)良配方制備的自流平硅酮道路密封膠，其位移能力達到LM100/50，與水泥砂漿塊粘接良好。已在國內(nèi)多個機場道路工程上使用，使用時道路接縫設(shè)計、施工條件、施工工藝均滿足要求，目前壽命已達10年。

[1]JC/T 976-2005,《道橋接縫用密封膠》[S].

[2]MH5006-2002,《民用機場水泥混凝土面層施工技術(shù)規(guī)范》[S].

[3]GB/T13477-2017,《建筑密封材料試驗方法》[S].

[4]GB/T 528-2008,《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》[S].

[5]GB/T22083-2008,《建筑密封膠分級和要求》[S].

[6]張榮榮,張燕紅,楊秀麗,等.阻燃型雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的研制[J].粘接,2017,38(10):59-61.