新型瀝青路面灌縫膠的研制

張顯安 葉峻宏 夏建芳 陳 晶

（1.湖北交通工程檢測中心有限公司，湖北 武漢 430223；2.廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510503；3.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114；4.湖北交通工程檢測中心有限公司，湖北 武漢 430223）

0 引言

目前，瀝青路面灌縫材料主要分為熱灌瀝青[1]、冷灌瀝青[2]及化學材料[3]。熱瀝青材料作為傳統的灌縫膠雖價格低廉，但其耐久性差、壽命短[4]，且經濟和環保效應較差。因此，有學者提出將冷灌瀝青應用于裂縫修補中。乳化瀝青作為膠結料，因其常溫呈流動狀態、可冷施工且受低溫潮濕環境影響較小等優點，常被用作道路粘層材料[5]，但單純的乳化瀝青粘結性差、柔韌性差、強度形成慢，限制了其在養護中的應用[6]。為了研制出具有填補裂縫、防滲水的新型灌縫膠，筆者在改性乳化瀝青中摻入水性環氧樹脂，通過抗剪強度試驗確定改性乳化瀝青與水性環氧樹脂的最佳摻配比，其接觸角試驗表明，該灌縫膠在處治路面裂縫的粘附性良好，具有提高路面使用性能和防止雨水滲入，避免路面進一步損壞的作用，工程應用表明，達到了對路面預防性養護的目的。本文就新型瀝青路面灌縫膠的研制方法與成果進行介紹。

1 試驗目的

針對瀝青路面灌縫材料存在粘結性不高、低溫脆裂、高溫流淌等問題，采用水性環氧樹脂和改性乳化瀝青研制填補裂縫、防滲水的新型灌縫膠。

2 原材料與試驗方法

2.1 原材料

（1）改性乳化瀝青。

本文采用的是SBS改性乳化瀝青（MEA），具體指標見文獻[7]。

（2）水性環氧樹脂。

水性環氧樹脂（WER）分為A和B兩組份，A組份為水性環氧樹脂，B組份為固化劑。試驗取質量比分別為A∶B=3:1、2:1、1:1三種配比，通過低速剪切的方法將每種配比材料充分混合到SBS改性乳化瀝青中，最后借助拉拔試驗確定其最佳配比為2:1。

2.2 試驗方法

2.2.1 抗剪強度試驗

抗剪強度試驗參照《道橋用防水涂料》（JC/T975-2005）[8]中的方法，將AC-13 的車轍板切割成100mm×100mm×50mm的試件，按照要求在試件上涂刷灌縫膠。當灌縫膠破乳固化時，兩個試件100mm×100mm的截面粘在一起。再用壓力機施加荷載到0.5MPa，并穩壓5min，卸載壓力后將試件放于室內常溫條件下養生固化。然后，采用剪切儀進行抗剪強度試驗。

2.2.2 接觸角與粘附功

灌縫膠的接觸角采用KRüSS液滴形狀分析儀進行測量，以檢測膠體與固體界面的接觸角。主要步驟如下：將SBS改性乳化瀝青（MEA）和灌縫膠分別涂覆在兩個載玻片上，使表面盡可能平整光滑，并標記。待其固化后，用脫脂棉蘸取少量蒸餾水，將MEA和灌縫膠表面擦拭干凈，除去灰塵等雜質，然后放入干燥器內干燥12h得到標準測試樣。將瀝青樣品放到載物臺上，調節分析儀的放大倍數和焦距，使試樣成像清晰；在滴定窗口設置液滴體積和滴定速率，選擇自動基線，待接觸角清晰穩定后進行測量。

3 結果與討論

3.1 水性環氧樹脂含量與抗剪強度的關系

為研究灌縫膠的粘結強度，分別設置了5℃、25℃與60℃三種實驗溫度，保溫時間均為45min，以此表征低溫、常溫與高溫的不同溫度狀態。各溫度下的試件分別按水性環氧樹脂（WER）摻量為0%、10%、20%、30%、40%和50%，灌縫膠涂布量均為0.8kg/m2[9]，進行粘結材料的剪切實驗，結果如圖1所示。

圖1 不同溫度下各WER摻量的抗剪強度

由圖1可知：（1）在一定摻量范圍內，不同溫度下的灌縫膠隨WER摻量的增加，抗剪強度逐漸增加。40%摻量的灌縫膠，其強度達到最大值，相較于摻量為0%的灌縫膠，抗剪強度提高約30%。這表明改性WER作為灌縫膠是可行的，且WER 與MEA 的最佳摻配比為2:3。（2）當WER摻量超過40%時，隨WER摻量的增大灌縫膠抗剪強度降低。（3）在WER摻量相同時，低溫狀態下的抗剪強度明顯高于高溫條件下的抗剪強度。（4）在三種溫度狀態條件下，抗剪強度變化規律一致，0~40%時抗剪強度逐漸增大，在40%時強度達到最大，摻量繼續增大強度不再增長反而有所下降。

3.2 接觸角與粘附功

采用接觸角試驗測量MEA與WER加入后的疏水性能，試驗結果為：常溫下MEA和灌縫膠兩種材料與水的接觸角平均值分別為82.6°和91.2°。

常溫狀態時，MEA的接觸角小于90°，比正常情況下瀝青的接觸角更小。加入WER 后的接觸角增大，大于90°，呈現疏水特性。可見WER的加入可使材料的親水性得到改變，使材料具有更好的防水性能。

接觸角測量只能定性評價材料的疏水與親水性，采用粘附功可以定量評價兩種材料與瀝青混合料的粘結性能。可選擇水和甘油兩種測試液體并測量兩種材料的接觸角參數，通過計算得出，水的表面能γl、色散分量和極性分量分別為72.8mJ/m2、51mJ/m2和21.8mJ/m2，甘油的表面能γl、色散分量和極性分量分別為63.4mJ/m2、37mJ/m2和26.4mJ/m2，并結合SBS改性瀝青的表面能參數評價其粘附性能。然后，應用Fowkes理論的計算公式[10]計算兩相物質表面張力的色散分量和極性分量，可以得到SBS改性瀝青與灌縫膠的粘附功，計算結果如圖2所示。

由圖2可知：（1）當溫度相同時，灌縫膠的粘附功比MEA的粘附功大。（2）20℃時的灌縫膠與MEA粘附功均高于70℃的粘附功。（3）70℃時的灌縫膠粘附功仍比20℃時的MEA粘附功大，因此灌縫膠的抗高溫性能較MEA得到了增強。（4）通過粘附功的計算進一步驗證了抗剪強度試驗的正確性，WER灌縫膠的抗剪強度高于MEA。

圖2 不同溫度測試材料與SBS改性瀝青的粘附功對比

4 結束語

綜上所述，本文采用水性環氧樹脂和改性乳化瀝青研制出填補裂縫、防滲水的新型灌縫膠，結論如下：

（1）隨著水性環氧樹脂摻入量增加，灌縫膠的抗剪強度不斷增加。但達到一定量時，趨于穩定，從而得到水性環氧樹脂和改性乳化瀝青的最佳摻配比例為2:3。

（2）水性環氧樹脂的加入能夠增大改性乳化瀝青的接觸角，灌縫膠的接觸角大于90°，呈現疏水特性。

（3）灌縫膠的表面能大于改性乳化瀝青的表面能，且灌縫膠的粘附功大于改性乳化瀝青的粘附功，20℃和70℃時分別大6.64%、6.45%。