砂基透水混凝土路面磚膠的改性及耐溫性能研究

中圖分類號： TQ433.4⁺37 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）10-0035-04

Study on modification and temperature resistance ofbrick adhesive for sand-based pervious concrete pavement

Nuerbiya （Urumqi Campus，Engineering University of PAP，Urumqi 83OO11，China）

Abstract：The adhesion of pavement bricks afects theactual useof the whole road，so the temperature resistance of sand-based permeable concrete pavement brick glue is studied.The epoxy resin and polyurethane commonly used in pavement bricks were selected as base adhesives，and silicone and carbon nanotubes were used as modifiers.The contents of the two modifierswere 0% ， 5% ， 10% ， 20% ， 40% and 0%，0.5%，1%，1.5%，2% ，respectively. Thethermal weightloss，thermalstability，and mechanicalpropertiesofthetwo adhesives prepared bythetwo modifiers were verified. The results showed that the thermal weight loss of 40% silicone modified epoxy resin was lower than that of 40% silicone modified polyurethane，and the thermal stability of modified epoxy resin was higher.The epoxy resin modified by 1% carbon nanotubes has better mechanical properties，but the polyurethane modified by 1% carbon nanotubes has better thermal stability. On the whole，the epoxy resin modified by 1% carbon nanotubes has better temperature resistance and is more suitable for bonding sand-based permeable concrete pavement bricks.

Key Words： sand base permeable;concrete;pavement brick glue;temperature resistance;epoxy resin;polyurethane

砂基透水混凝土路面磚一般使用砂漿膠或水泥基膠粘劑進行粘接，這些膠粘劑具有較好的粘接性能和耐久性，能夠滿足透水混凝土路面磚的粘接要求。但是不同膠粘劑存在諸多缺點，一方面保溫效果不佳，砂基透水混凝土路面磚本身具有透水性能，若不使用保溫膠，路面磚的保溫性能會受到一定影響，無法充分發揮其透水、透氣的作用，另一方面路面磚容易出現損壞，砂基透水混凝土路面磚的表面比較粗糙，若不使用保溫膠進行粘接，路面磚之間的縫隙可能會比較大，容易造成路面磚的損壞和移位[12]?？紤]到這些因素，砂基透水混凝土路面磚粘接時可以使用耐溫膠，如聚氨酯膠、環氧樹脂膠等。這些膠水具有較高的耐溫性能，能夠在高溫下保持粘接性能，適應透水混凝土路面磚在夏季高溫時的使用需求[3]聚氨酯膠還具有優良的耐磨性、耐油性、耐化學品性和抗沖擊性能，可以有效地保護透水混凝土路面磚，延長其使用壽命[45]。環氧樹脂膠則具有較高的粘接強度和耐久性，能夠滿足透水混凝土路面磚的粘接要求[]。

本文研究2種砂基透水混凝土路面磚膠粘劑的耐溫性能，2種膠粘劑分別為環氧樹脂與聚氨酯，制備過程中分別使用添加劑提升2種砂基透水混凝土路面用膠粘劑的性能，并且通過試驗驗證2種膠粘劑的耐溫性能變化情況[

1試驗部分

1.1 材料與儀器設備

（1）材料：環氧樹脂（厚漿型膠粘劑，大連華辰防腐材料有限公司）；二苯砜二氨基（工業級，湖北魏氏化學試劑股份有限公司）；異佛爾酮二異氰酸酯（工業級固化劑，邯鄲市叢臺區鴻泰再生資源回收有限公司）；2聚丙二醇（工業級乳化劑，山東多聚化學有限公司）；二羥甲基丙酸（工業級，南京中吉化工有限公司）；二月桂酸二丁基錫（工業級催化劑，廣州海納環保科技有限公司）；三乙胺（工業級固化劑，石家莊瑞興石化有限公司）；己內酰胺（工業級，濟南揚蘭新材料科技有限公司）；有機硅（分析純，山東王牌生物科技有限公司；間苯二甲酸（分析純，雞澤縣捷紅化工有限公司）；對苯二甲酸（工業級，山東新動能化學有限公司）；

（2）儀器設備：DF-101型磁力攪拌機（鄭州瑞涵儀器有限公司）；FL-HX965C型烘干箱（東莞市富樂機械設備有限公司）；HH-SE型水浴鍋（常州蒙特儀器制造有限公司）；BOS-STA型熱失重分析儀（廈門搏仕檢測設備有限公司）;ST-DSC300型差式掃描量熱（山東三體儀器有限公司）；HB-7000K型萬能試驗機（東莞市弘寶檢測設備有限公司）；BMD-A型馬丁耐熱儀（北京北廣精儀儀器設備有限公司）。

1.2砂基透水混凝土路面磚膠粘劑制備

環氧樹脂與聚氨酯在化學結構、固化方式、性能特性方面具有諸多共同點，因此在制備改性環氧樹脂和改性聚氨酯時，可以選擇相同改性劑，并且分析不同改性劑對于2種膠粘劑的耐溫性能影響。為了驗證不同改性劑對于膠粘劑的影響，制備過程中不具體描述改性劑的添加使用情況[8-9]。

1.2.1 改性環氧樹脂制備

將環氧樹脂原料與固化劑二苯砜二氨基混合，二者混合比例為10：5，使用磁力攪拌機混合并攪拌，攪拌時間與攪拌溫度分別為 15min 和 100^qC^[10] 完成攪拌以后，按照試驗研究的需求添加不同質量分數與不同種類的改性劑，分別充分攪拌 120min ，完成攪拌以后置于溫度為150℃的烘干箱中烘干處理 0.5h ，待完全保溫脫泡以后澆筑至模具中，室溫環境下固化處理，得到改性環氧樹脂材料[11-12]

1.2.2 改性聚氨酯制備

取一定量異佛爾酮二異氰酸酯和2聚丙二醇倒入四口燒瓶之中，氮氣保護下不斷攪拌。攪拌后轉移至恒壓滴液漏斗之中，使用水浴鍋加熱至 80°C 以后倒入丙酮并接通冷凝管。升高溫度至 90^qC 以后保溫反應 120min 降溫至 70% ，利用滴液漏斗滴加丙酮與二羥甲基丙酸，以二月桂酸二丁基錫作為催化劑，反應 60min ，室溫環境降溫至 38^qC ，添加三乙胺并恒壓處理600s，后倒入己內酰胺，室溫環境中添加丙酮調整混合物的黏度，滴加去離子攪拌均勻后倒入三羥基丙烷。完成攪拌以后，按照試驗研究的需求添加不同質量分數與不同種類的改性劑，分別充分攪拌120min ，完成攪拌以后置于溫度為 150^qC 的烘干箱中脫泡0.5，分別倒入模具中固化，得到改性環氧樹脂材料[13]。

1.3 耐溫性能測試

1.3.1有機硅改性對膠粘劑耐溫性能的影響

分別向環氧樹脂和聚氨酯2種砂基透水混凝土路面磚用膠粘劑中摻加有機硅。有機硅的用量分別為 0% 、 5% 、 10% 、 20% 、 40% ，通入氮氣升溫攪拌，200^qC 下保溫 120min ，該溫度下乙醇被持續蒸餾出來，統計乙醇蒸餾量，當超過理論計算量的 90% ，將溫度降至 150^qC 向2種改性膠粘劑中分別倒入間苯二甲酸和對苯二甲酸，升溫并保溫一段時間，降溫并且出料后，獲得改性后的2種膠粘劑。分別測試不同膠粘劑被改性后耐溫性能[14]。

1.3.2 碳納米管改性對膠粘劑耐溫性能影響

使用碳納米管分別改性環氧樹脂和聚氨酯2種砂基透水混凝土路面磚用膠粘劑。分別在環氧樹脂和聚氨酯基膠之中添加碳納米管。碳納米管的用量分別為 0%0.5%1%1.5%2% 確保2種膠粘劑流動狀態，把丙酮溶解且超聲分散質量分數不同的碳納米管分別添加到2種膠粘劑之中，添加固化劑之后攪拌 25min ，倒入模具之中，室溫環境冷卻固化[15]。

1.3.32種改性劑耐溫性能對比

（1）馬丁耐熱溫度對比。經過以上試驗基本確定有機硅摻量為 40% 、碳納米管的摻量為 1% 時，2種應用在砂基透水混凝土路面磚的膠粘劑具有較為良好的耐溫性能[1。使用馬丁耐熱儀驗證何種改性劑對于2種膠粘劑的耐溫性能最有幫助。測試起始溫度設定為 45^qC ，升溫速率設定為 25^qC/min^[17]

（2）力學性能對比。2種膠粘劑在高溫環境中處理一段時間，使用萬能試驗機測試不同改性劑使用后，2種膠粘劑的拉伸強度[18]

2 結果與分析

2.1有機硅改性對膠粘劑耐溫性能影響

2種膠粘劑之中添加不同質量分數的有機硅后，膠粘劑的質量保持率，試驗結果如圖1所示。

由圖1可知，隨著溫度增加，2種不同膠粘劑均出現不同程度的質量損失，其中不含有機硅的2種膠粘劑出現的質量損失均較高，改性環氧樹脂和改性聚氨酯不使用有機硅改性時，質量保持率分別低于90% 和 40% ，質量損失較為顯著，耐溫性能不理想。使用有機硅改性后，2種膠粘劑在 1200^°C 高溫下質量保持率分別超過 120% 和 60% ，由此可以判斷，大量摻加有機硅改性膠粘劑，能夠一定程度提升2種膠粘劑耐溫效果。對比圖1（a）與圖1（b），可以看出，改性環氧樹脂的高溫質量保持率比改性聚氨酯的高溫質量保持率更高，說明從高溫質量損失角度來看，改性環氧樹脂的耐溫性能優于改性聚氨酯。

2.1.2 熱穩定性變化

2種不同改性膠粘劑中有機硅摻量變化，熱穩定性也會受到影響，2種膠粘劑在不同升溫速率下的熱穩定性變化如圖2所示。

由圖2可知，升溫速率變化下，2種膠粘劑的熱失重率隨著升溫速率增加，變化趨勢基本呈現出一致狀態，說明2種改性膠粘劑的性質基本相同。綜合圖2來看，升溫速率較小時，2種膠粘劑的熱失重率基本保持平穩狀態，但是當升溫速率達到 300ΦC/min 時，熱失重率出現一個明顯下降趨勢，且超過該升溫速率時，熱失重率重新趨于平穩，由此可以看出，該升溫速率屬于一個過渡階段，2種改性膠粘劑受到影響，不再出現嚴重熱失重，出現良好的熱穩定性。改性環氧樹脂的熱失重率顯著低于改性聚氨酯的熱失重率，說明高溫作用下，改性環氧樹脂沒有出現嚴重質量損失，由此可以判斷改性環氧樹脂膠粘劑的熱穩定性更高[19]

2.2 碳納米管改性對膠粘劑耐溫性能影響

2.2.1 力學性能分析

使用不同質量分數碳納米管改性環氧樹脂和改性環氧樹脂在不同高溫處理后，2種膠粘劑的抗彎性能如圖3所示。

由圖3可知，應用于砂基透水混凝土路面磚的2種改性膠粘劑受到高溫作用影響，彎曲強度呈現出降低變化，說明高溫環境會一定程度影響這2種膠粘劑的力學性能。從圖3（a）來看，碳納米管摻量為 1% 時，溫度升高至700℃以后，改性環氧樹脂的彎曲強度呈現穩定變化，沒有再出現明顯降低，由此可以看出，摻加1%碳納米管后，改性環氧樹脂的耐高溫力學性能較高，能夠承受砂基透水混凝土路面磚實際使用時的高溫與力學影響。圖3（b）顯示，摻加1%碳納米管改性聚氨酯的抗彎強度較高，但是始終隨著溫度升高呈現降低狀態，說明受到高溫影響后，改性聚氨酯的力學性能并不理想，但是 1% 碳納米管摻量下改性聚氨酯的力學性能相對更好[20]。

2.2.2 熱穩定性分析

通過熱失重曲線判斷不同碳纖維管摻量下，2種應用在砂基透水混凝土路面磚膠粘劑的熱穩定性，試驗結果如圖4所示。

由圖4可知，圖4（a）與圖4（b）的熱失重率變化均較為平穩，且不同碳纖維管摻量的各個膠粘劑熱失重率幾乎重合，說明碳纖維管的摻量變化對于2種膠粘劑的熱穩定性影響較小，但是兩個試驗結果都顯示 1% 碳纖維管摻量下的膠粘劑熱失重率較低，說明該用量下的2種膠粘劑具有較為理想的穩定性。改性聚氨酯的熱失重率更低，所以對比來看，實際應用于砂基透水混凝土路面磚時，改性聚氨酯的熱穩定性更好，耐溫性更理想。

綜合對比圖2和圖4來看，使用碳納米管改性2種膠粘劑后熱失重率比有機硅改性的2種膠粘劑熱失重率更低，由此可以判斷使用碳納米管改性2種膠粘劑后熱穩定性更好。

2.3 馬丁耐熱性能分析

利用馬丁耐熱儀對比有機硅和碳納米管2種改性劑在環氧樹脂和聚氨酯中的改性效果，試驗結果如圖5所示。

圖5馬丁耐熱試驗 Fig.5Martin'sheatresistance test

由圖5可知，改性環氧樹脂的馬丁耐熱溫度顯著高于改性聚氨酯，同時使用碳納米管改性的2種膠粘劑，馬丁耐熱溫度也更高，由此可以初步判斷，使用碳納米管改性的環氧樹脂實際應用在砂基透水混凝土路面磚的粘接工作中，能夠獲得較為理想的結果。

2.4不同改性劑對力學性能影響

2種不同改性劑分別制備2種砂基透水混凝土路面磚用膠粘劑在高溫作用之后的力學性能，試驗結果如圖6所示。

由圖6可知，使用改性環氧樹脂膠粘劑同時使用碳納米管改性，能夠使得改性膠粘劑高溫處理后具有良好耐溫性能。

3結語

研究砂基透水混凝土路面磚膠耐溫性能。選取環氧樹脂與聚氨酯作為基地膠，分別選擇有機硅和碳納米管作為改性劑制備出改性的膠粘劑，驗證改性劑用量對于2種膠粘劑的耐溫性，并且篩選出何種膠粘劑更加適合應用在砂基透水混凝土路面。經過試驗研究發現環氧樹脂基底膠性能更佳， 1% 碳納米管改性比 40% 有機硅改性劑應用效果更佳。經過分析發現，對于砂基透水混凝土路面磚膠，其耐溫性能可能與其所采用的材料、配方以及制作工藝等因素有關。一些高品質的透水混凝土路面磚膠可能會采用高耐溫材料，同時通過合理的配方和制作工藝，使其在高溫下仍能保持良好的性能。此外，對于這種膠的耐溫性能研究，可能還需要考慮其使用環境、使用條件等因素。例如，在不同溫度、濕度等條件下，透水混凝土路面磚膠的性能可能會有所不同。

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