改性自流平硅酮密封膠材在戈壁機場跑道灌縫中的應用

關鍵詞：硅酮密封膠；白炭黑；交聯劑；拉伸強度；拉伸斷裂伸長率

中圖分類號：TQ436+.6 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0050-04

在我國傳統的混凝土道面接縫密封材料中，通常為有機密封材料，如瀝青等。這些密封材料施工后往往存在溫度穩定性差、壽命短等諸多問題[1-2]。硅酮密封膠有著優良的耐候性、壽命較長等優點，是一種常溫固化的密封膠[3]。在美國等工業發達國家中，已使用硅酮密封膠代替傳統的有機密封材料[4]。為更好地保護混凝土道面，開發性能優良的硅酮密封膠有重要意義，如選用納米碳酸鈣為補強材料，二甲基硅油為增塑劑，制備了一種改性硅酮密封膠[5]。通過加壓鼓泡碳化工藝，研制各種晶體形狀的納米碳酸鈣，研究納米碳酸鈣的不同晶體形狀對硅酮密封膠性能的影響情況[6]。在107基膠基礎上，以氣相法白炭黑作為優選補強材料，結合復配交聯劑、催化劑等助劑，研制了一種硅酮密封膠[7]。本試驗則嘗試使用不同黏度的復配聚硅氧烷和適量白炭黑以及各種功能助劑，制備一種自流平硅酮密封膠材料，并對其配方進行優化，同時研究了這種自流平硅酮密封膠材料在戈壁機場跑道砼灌縫中的應用技術。

1材料與儀器

1.1主要材料

聚硅氧烷（工業純，黏度5000、20000mPa·s，吉鵬硅氟材料）；氣相法白炭黑（工業純，元晶礦產）；硅烷偶聯劑（工業純，KH-550、KH560，軒浩新材料）；甲基三丁酮肟基硅烷（AR，經天緯化工）；RHCY催化劑（工業純，銳海環境科技）；擴鏈劑（工業純，晟騰化工）。

1.2主要儀器

BOS3003型電子天平（搏仕檢測設備）；RJ-JBC型電動攪拌器（瑞景自動化設備）；WPH-140SC型萬能試驗機（華鉑儀器）。

1.3自流平硅酮密封膠材制備

（1）按照1∶1的比例將黏度為5000mPa·s和黏度為20000mPa·s的聚硅氧烷攪拌混合[8]；

（2）按照總聚硅氧烷份數的一定百分比添加氣相法白炭黑。混合后，在恒溫120℃環境中進行脫水處理3h，然后使混合物料自然冷卻；

（3）按照總聚硅氧烷份數的一定百分比，向混合物料中添加甲基三丁酮肟基硅烷，以此作為交聯劑，進行攪拌處理20min；

（4）分別按照總聚硅氧烷份數的1%和0.2%，添加硅烷偶聯劑和擴鏈劑[9-10]。其中，硅烷偶聯劑以KH550和KH560按照1∶1進行配制[11-12]。充分攪拌20min，得自流平硅酮密封膠，密封備用。

1.4性能測試

1.4.1自流平性能

將泊紙平鋪，然后將50mL的自流平硅酮密封膠注到泊紙上。使硅酮密封膠材料自然流平并固化。從硅酮密封膠材料開始流淌時計時，到不再流動為止，記為硅酮密封膠材料的自流平時間。然后，對固化后的硅酮密封膠中心厚度進行檢測，并以此來表征材料自流平厚度。

1.4.2力學性能

將自流平硅酮密封膠材料注入到試驗模具中，然后將其放到恒溫（25±1）℃、相對濕度（60±1）%的環境中7d，使材料充分硫化。再將硅酮密封膠膠片制成一定規格的試樣，之后使用萬能試驗機，按照100mm/min的速度對硅酮密封膠試樣進行拉伸測試。

2結果與討論

2.1白炭黑添加量對性能的影響

2.1.1自流平性能

為探究白炭黑添加量對硅酮密封膠材料自流平性能的影響，本試驗分別以1%、3%、5%、7%、9%添加量的白炭黑制備硅酮密封膠材料，并測試其自流平厚度和自流平時間，具體如圖1所示。

由圖1可知，隨著自流平硅酮密封膠材料中添加的白炭黑逐漸增多，材料的自流平厚度和自流平時間均逐漸增加。當白炭黑添加量為1%時，自流平硅酮密封膠材料的自流平厚度和自流平時間分別是1.26mm、77s。當白炭黑添加量為9%時，自流平硅酮密封膠材料的自流平厚度和自流平時間分別是7.64mm、147s。由此可見，當白炭黑的添加量較少時，自流平硅酮密封膠材料可以有較好的流動性，自流平性能較好。

2.1.2力學性能

圖2為在不同白炭黑添加量情況下，使用萬能試驗機對自流平硅酮密封膠材料試樣進行拉伸測試的結果。

由圖2可知，隨著自流平硅酮密封膠材料中添加的白炭黑增多，拉伸強度不斷升高，且拉伸斷裂伸長率也呈現出不斷升高的變化趨勢。當自流平硅酮密封膠材料中添加的白炭黑為1%時，材料拉伸力學性能較差，拉伸強度僅為0.32MPa，此時的拉伸斷裂伸長率則為208%。當白炭黑添加量增加到3%時，自流平硅酮密封膠材料試樣的拉伸強度一定幅度提高，達到0.43MPa，提高了34.38%。此時的拉伸斷裂伸長率也有一定幅度提高，為232%，比1%白炭黑添加量時提高了11.54%。由此可見，白炭黑的添加，對這種自流平硅酮密封膠材料的補強效果明顯。特別是當添加9%白炭黑時，自流平硅酮密封膠材料試樣的拉伸強度已經達到0.77MPa，是1%白炭黑添加量時的兩倍以上。此時的拉伸斷裂伸長率也達到276%，比1%白炭黑添加量時提高了32.69%。這是因為，氣相法白炭黑材料的粒子尺寸較小，同時其比表面積較大，且含有較多的硅醇基[13-14]。當將適量氣相法白炭黑添加到自流平硅酮密封膠材料中時，在密封膠材料體系中，各白炭黑粒子之間可以構建出網絡結構。同時，這些白炭黑粒子還可以和密封膠材料體系中的聚合物分子進行相互作用，增強材料體系中的界面粘接性[15]。為保證密封膠材料的良好流動性，優選白炭黑添加量為5%。

2.2交聯劑添加量優化分析

2.2.1自流平性能

在優選白炭黑添加量條件下，探究不同甲基三丁酮肟基硅烷交聯劑添加量對自流平硅酮密封膠材料性能的影響。各材料自流平性能測試結果見圖3。

由圖3可知，隨著自流平硅酮密封膠材料中交聯劑添加量的增多，材料的自流平厚度和自流平時間均減小。當交聯劑添加量為2%時，自流平硅酮密封膠材料的自流平厚度和自流平時間分別是4.63mm、158s。當交聯劑添加量增加到4%時，自流平硅酮密封膠材料的自流平厚度和自流平時間分別是3.94mm、137s，其中，自流平厚度減小14.90%，自流平時間減少了13.29%。特別是當自流平硅酮密封膠材料中添加8%交聯劑時，材料自流平厚度減小到3.17mm，減小幅度為31.53%。此時材料自流平時間減少到103s，減少幅度為34.81%。由此可見，交聯劑的添加對增強自流平硅酮密封膠材料的流動性是有利的。

2.2.2力學性能

圖4為在優選白炭黑添加量條件下，不同交聯劑添加量的自流平硅酮密封膠材料拉伸試驗測試結果。

由圖4可知，在不同的交聯劑添加量條件下，各自流平硅酮密封膠材料在拉伸強度方面整體上表現為增大，但增大幅度不明顯。當交聯劑添加量在2%～8%時，材料拉伸強度在0.51～0.56MPa。除此之外，隨著自流平硅酮密封膠材料中交聯劑添加量不斷增多，材料拉伸斷裂伸長率則呈現逐漸減小的規律。從圖4中可以看到，當交聯劑添加量為2%時，自流平硅酮密封膠材料的拉伸斷裂伸長率較大，為254%；當交聯劑添加量增多到4%時，自流平硅酮密封膠材料的拉伸斷裂伸長率則減小到247%。特別是添加8%交聯劑的自流平硅酮密封膠材料，其拉伸斷裂伸長率已經減小到230%，這比2%交聯劑添加量時降低了9.45%。由此可見，交聯劑的添加基本不會對自流平硅酮密封膠材料的拉伸強度產生較大影響，但會使其拉伸斷裂伸長率減小。這是因為，交聯劑可以增大自流平硅酮密封膠材料體系的交聯密度，使得材料體系中能夠承載應力的網鏈數量增多[16-17]。因此，拉伸強度有一定提高。但是，交聯劑的添加，會使得自流平硅酮密封膠材料體系中的分子鏈排列有序程度減小[18-19]。因此，拉伸斷裂伸長率下降。為保證密封膠材料的良好流動性以及力學性能，優選交聯劑添加量為6%。

2.3施工應用技術優化

本試驗以最佳添加量下制備的自流平硅酮密封膠為樣品，將其用于戈壁機場跑道砼灌縫。為獲得較好的戈壁機場跑道砼灌縫密封效果，其施工要點為：縮縫寬度應不低于6mm，最佳縮縫寬度為9mm。脹縫則需要對密封膠位移量以及板塊伸縮量進行測試，進而確定接縫尺寸。除此之外，硅酮密封膠膠層的寬厚比應為2∶1。在以上基礎上，對戈壁機場跑道砼灌縫進行施工。

首先，對戈壁機場跑道砼灌縫進行清潔，使接縫面干燥、堅實。然后迅速將背襯材安裝好，對混凝土基材進行上底涂工藝，并對密封膠材料進行施打。在自流平硅酮密封膠施打過程中，需要將膠槍嘴按照45°的止斜角直接深入到縫中，根據實際情況進行穩定且連續的施打[20]。并注意調整打膠機的壓力、速度等參數。另外，自流平硅酮密封膠的膠面應比機場道路界面低7～9mm，不需要對密封膠進行整平處理。最后，對戈壁機場跑道砼灌縫進行檢查，確保密封效果良好。

3結語

（1）在自流平硅酮密封膠中，白炭黑添加量與材料自流平厚度、自流平時間、拉伸強度和拉伸斷裂伸長率均呈正相關。白炭黑添加量為5%較好，此時自流平硅酮密封膠自流平性能和力學性能均良好；

（2）隨著自流平硅酮密封膠中交聯劑添加量增加，材料的自流平厚度和自流平時間均減小，自流平性能更好。同時，材料拉伸強度提高，而拉伸斷裂伸長率則減小。交聯劑添加量為6%較好；

（3）在優選白炭黑添加量、交聯劑添加量下，按照本試驗中的密封膠應用技術，這種自流平硅酮密封膠可以適用于戈壁機場跑道砼灌縫，密封效果良好。