聚合物砂漿道路養護材料的工程應用探討

韓曉麗

（山西省公路局陽泉分局，山西 陽泉 045099）

0 引言

某高速公路自建成運行以來，隨著車輛載荷量增大及各種惡劣氣候等的不利影響，沿線多處路段先后出現不同程度的裂縫、翻漿和坑槽病害，為保證行車安全舒適性，盡快恢復路用性能，延長使用壽命，須及時進行病害修復。公路管理部門在全面調查病害程度的基礎上，考慮到病害路段交通量大，對快速開放交通有較高要求，故采用聚合物砂漿道路養護材料進行養護施工。

1 材料性能試驗

1.1 試驗儀器

材料性能試驗主要選用長春某試驗儀器有限公司所生產的WDW-3100型微機控制萬能試驗儀、滄州JG儀器設備有限公司所生產的JJ-6型水泥膠砂拌和機、浙江LJ儀器廠所生產的SJD-35型強制式單臥軸混凝土拌和機及設計尺寸40mm×40mm×150mm的水泥膠砂強度測試模具等試驗儀器。

1.2 試驗材料及方法

原材料主要采用鶴城某科技公司生產的SH-1雙組份聚氨酯樹脂、上海OS化工科技公司生產的SH-2雙組份聚氨酯樹脂、山東HC高科膠黏劑有限公司生產的SD-1和SD-2雙組份聚氨酯樹脂以及南京PN偶聯劑公司生產的KH-650硅烷偶聯劑、工程所在地當地生產的石英砂和礦粉。

按照《水泥膠砂強度檢驗方法》（GB/T17671—1999）所規定的試驗方法，通過不同粒徑石英砂和粉料的摻配得到級配砂，并按不同設計比將級配砂和聚氨酯材料混合，置入水泥膠砂拌和機攪拌均勻后澆入模具使其固化成型[1]。將試塊取出后在25℃的溫度、60%及以下的相對濕度下養護24h。測試試塊的抗壓強度、抗彎折強度及反映材料柔韌性能的撓度等力學性能指標，將所測得的性能參數取值與相關規范要求比較后進行性能優化。

1.3 試驗結果

根據試驗結果及材料的可取得性等，在性能試驗的基礎上選出SH-1、SH-2、SD-1、SD-2及LM-1五種聚氨酯樹脂材料進一步進行其強度、黏度、韌性、裹附性、操作時間等性能的檢驗，以確定最適宜的聚氨酯樹脂材料。待試驗的雙組份聚氨酯樹脂材料均按1：1的質量比混合，并根據混合后的材料黏度確定級配砂的摻量，考慮到聚合物砂漿施工成本和材料性能受砂膠比影響較大，為增強樹脂材料對石料的裹覆性，應選擇黏度低[3]的聚合物砂漿材料。應在樹脂材料組分充分混合且黏度開始增大、凝膠現象開始出現前進行使用。試驗結果表明，SH-1聚氨酯樹脂材料黏度4800mPa·s、裹覆性優、材料可操作時間為10min、24h拉伸強度2.1MPa、斷裂伸長率380%；SH-2聚氨酯樹脂材料黏度1750mPa·s、裹覆性優、材料可操作時間為8min、24h拉伸強度3.8MPa、斷裂伸長率160%；SD-1聚氨酯樹脂材料黏度7000mPa·s、裹覆性良、材料可操作時間5min、24h拉伸強度4.6MPa、斷裂伸長率108%；SD-2聚氨酯樹脂材料黏度5500mPa·s、裹覆性良、材料可操作時間6min、24h拉伸強度7.5MPa、斷裂伸長率88.2%；LM-1聚氨酯樹脂材料黏度9000mPa·s、裹覆性差、材料可操作時間3min、24h拉伸強度11.5MPa、斷裂伸長率54.5%。

根據試驗結果，SH-1、SH-2聚氨酯樹脂材料可操作時間較長，黏度低，裹覆性較好，而其中SH-1材料強度低柔韌性好，SH-2強度和柔韌性均適中。綜合比選后，本工程采用雙組份SH-2聚氨酯樹脂材料，該材料為無色透明狀液體，A組份和B組份黏度分別為1040mPa·s和560mPa·s。

1.4 聚合物砂漿性能優化

1.4.1 級配優化

聚合物砂漿的密實性、強度等性能會因使用級配砂而顯著提升，本工程級配砂主要由不同粒徑石英砂和粉料按設計比摻加拌制而成。不同級配下石英砂粒徑曲線見下圖。

圖1 石英砂粒徑曲線

按照設計比及樹脂與不同級配石英砂1:5的砂膠比進行雙組份SH-2聚氨酯樹脂材料試拌后，進行混合料的流動性、和易性及粘聚性等的觀察。其中和易性是聚氨酯樹脂材料對級配砂浸潤及裹覆后對拌和均勻性的影響程度，和易性主要受樹脂浸潤能力、石英砂級配設計及粉料摻加比等的影響；混合料流動性主要通過模擬水泥砂漿流動性的測試方法進行檢測；粘聚性是聚合物砂漿材料內部粘聚力大小的反映，也是砂漿材料密實性與強度的體現。試驗表明，聚合物砂漿與級配D的混合料在流動性、和易性及粘聚性方面最佳，故選擇級配D。

1.4.2 砂膠比優化

通常情況下，砂膠比越高則聚合物砂漿養護材料性能越好，但會增大施工成本，本工程主要基于試塊強度、韌性、施工成本等因素通過試驗確定砂膠比。將聚合物砂漿與級配D的混合料按照不同砂膠比成型并養護24h，試驗結果顯示，砂膠比3.5:1時試塊撓度14.76mm、抗折強度9.34MPa、抗壓強度23.75MPa；砂膠比4.0:1時試塊撓度13.98mm、抗折強度9.89MPa、抗壓強度24.49MPa；砂膠比4.5:1時試塊撓度13.42mm、抗折強度10.84MPa、抗壓強度26.59MPa；砂膠比5.0:1時試塊撓度12.21mm、抗折強度11.78MPa、抗壓強度28.41MPa。根據試驗結果，砂膠比降低后聚合物砂漿試塊的抗壓強度和抗折強度明顯提升，撓度則逐漸減小，且當砂膠比4.5:1時撓度減小最為明顯，綜合考慮各項性能后取砂膠比為4.5:1。

表1 聚合物砂漿性能與養護溫度的關系

2 聚合物砂漿道路養護施工

2.1 路面施工

本公路養護施工設備主要采用小型臥式混凝土攪拌機，聚合物砂漿材料包括A、B、C、D組分，用量分別為聚氨酯樹脂SH-2的A組分100g、聚氨酯樹脂SH-2的B組分100g、級配D石英砂900g和KH550偶聯劑10g。將砂漿材料拌和均勻后倒入修補槽，并從低向高施工，待施工至頂面后刮平處理，并在前方設置塑料擋板，以防止砂漿材料流淌，等聚合物砂漿黏度提升至設計值后再收平表面。

2.2 開放交通

養護施工路段聚合物砂漿材料完全固化后便可開放交通，其固化時間主要取決于環境溫度，所以，應根據環境溫度及聚合物砂漿材料硬化情況進行開放時間的調整。經測試，本工程病害養護路段養護施工時環境溫度在23～25℃之間，且聚合物砂漿施工體量較大，其放熱溫度至少為35℃，所以養護結束后3h便可開放交通。

3 結語

本公路養護施工實踐表明，聚合物砂漿養護材料具有施工簡便、開放交通快速、不使用或少使用大型機械設備等技術優勢，能延長養護路段使用壽命。但與瀝青等常規性養護材料相比，聚合物砂漿材料的高成本制約了其高等級公路養護領域推廣應用，可通過聚合物砂漿材料砂膠比的調整等方式適當降低其施工成本，使其在高等級公路養護施工領域具有更廣闊的應用前景。