聚氨酯混合料坑槽修補工藝

摘" 要：以自制單組分聚氨酯為膠結料，制備AC-13級配的聚氨酯混合料，研究聚氨酯混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強度和肯塔堡飛散損失率，并探究聚氨酯混合料坑槽修補工藝和修補效果。結果表明，該聚氨酯混合料標準馬歇爾穩(wěn)定度為17.6 kN、浸水馬歇爾穩(wěn)定度大于30 kN，凍融后劈裂強度為1.54 MPa，浸水飛散損失率為2.19%;坑槽修補時無須加熱，無須切割和噴灑界面劑（乳化瀝青），修補后的坑槽表面平整，接縫處緊密、平順;開放交通24 h后，測試路面構造深度、摩擦系數(shù)和滲水系數(shù)分別為1.06 mm、62 BPN和117 mL/min。

關鍵詞：聚氨酯;混合料;坑槽;修補工藝;修補效果

中圖分類號：U418.6" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）25-0135-04

Abstract： Using self-made one-component polyurethane as binder， AC-13-graded polyurethane mixture was prepared. The Marshall stability， splitting strength and Kentucky dispersion loss rate of polyurethane mixture were studied， and the pothole repair technology and repair effect of polyurethane mixture were explored. The results show that the standard Marshall stability of the polyurethane mixture is 17.6 kN， the immersion Marshall stability is more than 30 kN， the splitting strength after freezing and thawing is 1.54 MPa， and the immersion loss rate is 2.19%. The potholes are repaired without heating， cutting and spraying interface agent （emulsified asphalt）， the surface of the repaired potholes is smooth， and the joints are tight and smooth. After opening the traffic for 24 hours， the structural depth， friction coefficient and water permeability coefficient of the pavement are 1.06 mm， 62 BPN and 117 mL/min， respectively.

Keywords： polyurethane; mixture; potholes; repair technology; repair effect

我國高等級公路路面形式以瀝青混凝土為主[1]。由于瀝青具有高溫軟化、低溫脆裂的特點，瀝青混凝土路面容易出現(xiàn)裂縫、車轍、坑槽等病害[2]。其中，坑槽是影響瀝青路面正常使用的主要病害形式[3]，一旦發(fā)生，需要及時進行修補，否則在雨水和重載的耦合作用下會迅速發(fā)展，將嚴重影響行車安全性與舒適性，縮短路面使用壽命。

近年來，新型坑槽修補材料不斷出現(xiàn)。呂文江等[4]制備了水性不飽和聚酯樹脂改性乳化瀝青坑槽膠結料;苗超杰[5]和楊川文[6]分別制備了水性環(huán)氧乳化瀝青混合料;盛興躍等[7]將基質瀝青、稀釋劑和聚氨酯預聚體按一定比例混合得到反應型瀝青膠結料;Liu等[8]制備了聚氨酯膠結料，用于低溫、潮濕條件下的坑槽修補;韓贛等[9]以雙組分環(huán)氧樹脂為膠結料預制得到環(huán)氧樹脂混凝土修補塊。可以看出，聚合物改性瀝青混合料或聚合物混合料已經(jīng)成為坑槽修補領域研究的熱點。

聚氨酯混合料是由聚氨酯膠結料和粗細集料等拌和而成的新型路面材料，具有強度高、剛性大、耐久性好、溫度敏感性低、可常溫拌和與固化等特點[10]。本文借鑒聚氨酯混合料在透水路面鋪裝[11]、鋼橋面鋪裝[12]、防冰路面鋪裝[13]等領域的研究成果，制備施工和易性好、力學性能優(yōu)異、耐久性好的單組分聚氨酯作為膠結料，在實驗室研究聚氨酯混合料的路用性能，通過路面坑槽修補施工，探究聚氨酯混合料坑槽修補施工工藝，評價坑槽修補的效果，為聚氨酯混合料在坑槽修補中的應用提供參考。

1" 試驗部分

1.1" 試驗原料

膠結料為單組分聚氨酯，自制，具體性能指標見表1。

粗集料（玄武巖）產地為浙江麗水，細集料（石灰?guī)r）產地為浙江衢州，礦粉廠家為浙江衢州超群鈣業(yè)有限公司，具體性能指標和配合比見表2。

1.2" 樣品制備

采用表2配合比得到的混合料符合AC-13級配，混合料的篩分曲線如圖1所示。馬歇爾試塊制備：首先，將粗集料與細集料放入紙杯中混合均勻，然后加入定量聚氨酯膠結料拌和均勻，最后加入礦粉，繼續(xù)拌和均勻倒入馬歇爾試塊模具中，通過馬歇爾擊實儀擊實，正反面各50次，空氣中放置10 min后取出得到馬歇爾試塊。聚氨酯膠結料與集料拌和時間不超過3 min。混合料質量為1 120～1 150 g時，得到的馬歇爾試塊符合63.5 mm±1.3 mm的要求。

1.3" 測試表征

1.3.1" 穩(wěn)定度

采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗儀（FY-3A型，北京中科建儀電子科技有限公司），依據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[14]（T 0709—2011《瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗》）測試馬歇爾試塊的穩(wěn)定度。馬歇爾試塊從模具中取出后立即進行標準馬歇爾穩(wěn)定度和浸水馬歇爾穩(wěn)定度測試，恒溫水槽溫度為25 ℃。

1.3.2" 劈裂強度

采用瀝青混合料劈裂試驗儀（SYD-0716型，河北恒測儀器設備有限公司），依據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[14]（T 0716—2011《瀝青混合料劈裂試驗》）測試馬歇爾試塊的劈裂強度。測試前，馬歇爾試塊在空氣中放置24 h。

1.3.3" 肯塔堡飛散損失率

采用洛杉磯磨耗試驗機（LHFS-2S型，北京中科路建儀器設備有限公司），依據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[14]（T 0733—2011《瀝青混合料肯塔堡飛散試驗》）測試馬歇爾試塊的標準和浸水肯塔堡飛散損失率。測試前，馬歇爾試塊在空氣中放置24 h。

2" 聚氨酯混合料性能

依據(jù)施工經(jīng)驗和前人研究成果[15-17]，確定聚氨酯混合料的油石比為5.7%，所得聚氨酯混合料馬歇爾試塊的穩(wěn)定度、劈裂強度、肯塔堡飛散損失率見表3。

從表3可以看出，聚氨酯混合料的標準馬歇爾穩(wěn)定度遠大于傳統(tǒng)熱補瀝青混合料或聚氨酯改性瀝青混合料[17]的馬歇爾穩(wěn)定度，且浸水馬歇爾穩(wěn)定度大于30 kN，超出試驗儀的量程。所用膠結料為單組分聚氨酯，其與環(huán)境中的濕氣反應實現(xiàn)固化，在測試標準馬歇爾穩(wěn)定度時，擊實后的聚氨酯混合料浸泡于25 ℃水中，聚氨酯膠結料的固化速度加快，30 min的穩(wěn)定度可以達到17.6 kN，是JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》[18]規(guī)定的瀝青混合料技術標準的最低值（8 kN）的2倍多，表明該聚氨酯混合料施工后強度上升速度快，可以快速開放交通，而且能夠在潮濕環(huán)境條件下進行施工。凍融后劈裂強度為1.54 MPa，強度保持率為58.8%，可見盡管凍融劈裂強度絕對值較高，但強度保持率低于JTG D50—2017《公路瀝青路面設計規(guī)范》[19]規(guī)定的不小于80%的要求。標準飛散損失率和浸水飛散損失率均小于5%，且浸水飛散損失率小于標準飛散損失率，表明水環(huán)境有利于提高聚氨酯混合料的強度上升速度，材料的水穩(wěn)定性較好。

3" 坑槽修補施工

采用聚氨酯混合料進行坑槽修補施工過程主要包括以下幾個步驟：①坑槽開挖、清理;②聚氨酯混合料拌和;③聚氨酯混合料攤鋪;④聚氨酯混合料碾壓。聚氨酯膠結料常溫下具有良好流動性，與集料拌和所得聚氨酯混合料攤鋪后能夠與坑槽內壁和底面形成牢固黏結，因此，采用聚氨酯混合料修補坑槽時，無須噴灑乳化瀝青，也無須采用切割機對坑槽進行切割處理。

3.1" 坑槽開挖、清理

根據(jù)坑槽病害的嚴重程度和“圓洞方補”原則，劃定比實際坑槽大10～15 cm的開挖作業(yè)區(qū)域，直接用風鎬進行開挖清理。開挖時，從中心區(qū)域向輪廓線邊緣進行破碎，將松散、不堅固的部分清理干凈，確保破碎區(qū)域不超過開挖輪廓線，開挖出的內壁應垂直于路面，最后用吹風機或壓縮空氣將坑槽內的碎料吹掃干凈，保證底部密實和基本平整（圖2）。

3.2" 聚氨酯混合料拌和

在轉筒式攪拌機中加入10～15 mm和5～10 mm的玄武巖碎石，攪拌3～5圈后，加入聚氨酯膠結料，攪拌30～60 s，然后加入0～5 mm的石灰?guī)r碎石和0.075 mm的礦粉繼續(xù)攪拌90～120 s。如果攪拌量較大，可以適當延長攪拌時間，確保聚氨酯膠結料與集料拌和均勻。聚氨酯混合料拌和可以與坑槽開挖同步進行，以縮短施工時間。

3.3" 聚氨酯混合料攤鋪

將拌和好的聚氨酯混合料倒入坑槽四周，四周填滿后，再將坑槽中間填滿;聚氨酯混合料攤鋪厚度高出路面1～2 cm，且坑槽中間位置的高度略高于四周，聚氨酯混合料表面呈弧形。

3.4" 聚氨酯混合料碾壓

用手攥聚氨酯混合料，聚氨酯混合料可以抱團，距地面1 m可以摔散時，進行碾壓。碾壓從坑槽四周向中間進行，先橫向碾壓再縱向碾壓，新舊路面處采用騎縫碾壓;碾壓遍數(shù)：用手扶壓路機靜壓1～2遍，然后振動碾壓3～5遍，間隔3～5 min再靜壓1～2遍。如果坑槽深度大于6 cm，需進行分層攤鋪、逐層壓實，每次攤鋪厚度3～4 cm，壓實設備采用平板夯或人力夯。

4" 坑槽修補效果評測

聚氨酯混合料修補坑槽后的路面狀況如圖3所示。可以看出，坑槽修補后表面平整，接縫處緊密、平順，外觀與采用熱補瀝青混合料或冷補瀝青混合料修補無明顯差異。開放交通24 h后，參照JTG 3450—2019《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》，通過鋪砂法、擺式摩阻系數(shù)測定儀和路面滲水儀測試路面的構造深度、摩擦系數(shù)和滲水系數(shù)分別為1.06 mm、62 BPN和117 mL/min。

5" 結論

以單組分聚氨酯為膠結料制備了AC-13級配聚氨酯混合料，通過路用性能測試和坑槽修補施工工藝研究，得到以下結論。

1）聚氨酯混合料在常溫下拌和得到，擊實后測試標準馬歇爾穩(wěn)定度為17.6 kN，強度上升快，最終馬歇爾穩(wěn)定度大于30 kN;抗水損性能優(yōu)異，凍融劈裂強度為1.54 MPa，浸水飛散損失率為2.19%。

2）確定了聚氨酯混合料坑槽修補的適宜施工步驟和關鍵工藝參數(shù);與采用熱補瀝青混合料修補坑槽相比，采用聚氨酯混合料修補坑槽時無須加熱、切割路面和噴灑乳化瀝青界面劑，施工更加簡便、能耗更低，而且允許坑槽底部潮濕，或有少量明水，施工寬容度更高。

參考文獻：

[1] 王超群.高速公路瀝青路面養(yǎng)護坑槽修補工藝[J].交通建設與管理，2022（2）：86-87，139.

[2] 洪斌，陸國陽，高峻凌，等.路用聚氨酯膠結料的抗紫外老化性能[J].中國公路學報，2020，33（10）：240-253.

[3] 陳磊磊，馬雯琦，錢振東，等.瀝青路面坑槽修補界面失效機理分析[J].東南大學學報（自然科學版），2022，52（3）：571-577.

[4] 呂文江，王琛銳，孫夢青，等.水性不飽和聚酯樹脂改性乳化瀝青坑槽黏結料[J].公路，2022，67（8）：353-361.

[5] 苗超杰.基于水性環(huán)氧—乳化瀝青的坑槽冷補料研究[D].重慶：重慶交通大學，2018.

[6] 楊川文.水性環(huán)氧乳化瀝青混合料材料組成設計[J].大連交通大學學報，2020，41（3）：78-81.

[7] 盛興躍，李睿，李璐，等.反應型瀝青冷補料制備與性能研究[J].公路交通技術，2016，32（1）：48-52.

[8] LIU M，HAN S，SHANG W，et al. New polyurethane modified coating for maintenance of asphalt pavement potholes in winter-rainy condition[J]. Progress in Organic Coatings，2019，133：368-375.

[9] 韓贛，高明月.瀝青路面坑槽快速修補技術施工工藝研究[J].科學技術創(chuàng)新，2021（8）：116-117.

[10] 應國強，邱慶生，祝春華，等.聚氨酯路面施工工藝研究[J].公路，2022，6（6）：65-69.

[11] CHEN J， YIN X， WANG H， et al. Evaluation of durability and functional performance of porous polyurethane mixture in porous pavement[J].Journal of Cleaner Prouction，2018，188：12-19.

[12] 徐世法，張業(yè)興，郭昱濤，等.基于貫入阻力測試系統(tǒng)的聚氨酯混凝土壓實時機確定方法[J].中國公路學報，2021，34（7）：226-235.

[13] CHEN J， MA X， WANG H， et al. Experimental study on anti-icing and deicing performance of polyurethane concrete as road surface layer[J]. Construction and Building Materials，2018，161：598-605.

[14] 中華人民共和國交通運輸部.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程：JTG E20—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[15] SUN M， ZHENG M， QU G， et al. Performance of polyurethane modified asphalt and its mixtures[J].Construction and Building Materials，2018，191：386-397.

[16] 譚樂，鄧海斌，鄧德毅，等.AC型密級配聚氨酯混合料路用性能研究[J].上海公路，2020（1）：89-93.

[17] 項柳福，朱慧芳，林漢忠，等.聚氨酯改性瀝青混合料配比設計及其路用性能[J].公路，2021，66（10）：352-356.

[18] 中華人民共和國交通部.公路瀝青路面施工技術規(guī)范：JTG F40—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[19] 中華人民共和國交通運輸部.公路瀝青路面設計規(guī)范：JTG D50—2017[S].北京：人民交通出版社，2017.