MMA預(yù)養(yǎng)護(hù)材料的施工技術(shù)研究

李佩林， 王 杰， 徐建暉

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 400067)

路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是指在不增加路面結(jié)構(gòu)承載力的前提下，對(duì)結(jié)構(gòu)完好的路面或附屬設(shè)施有計(jì)劃地采取養(yǎng)護(hù)措施，以達(dá)到保養(yǎng)路面系統(tǒng)、延緩損壞、保持或改進(jìn)路面功能狀況的目的。路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)主要針對(duì)路面出現(xiàn)早期病害時(shí)進(jìn)行維修、養(yǎng)護(hù)，一般是在道路投入使用5～7年后進(jìn)行，其養(yǎng)護(hù)目的是改善和恢復(fù)路面性能，防止病害進(jìn)一步惡化。采取有效的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施不僅可提高道路的使用品質(zhì)，還可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1-6]。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)采取預(yù)養(yǎng)護(hù)措施可延長(zhǎng)道路使用年限，節(jié)約養(yǎng)護(hù)資金多達(dá)50%以上。近年來(lái)，預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，常見(jiàn)的預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)主要包括霧封層、碎石封層、纖維封層、稀漿封層、微表處、熱再生、薄層罩面等[7-12]。后來(lái)，公路養(yǎng)護(hù)者又提出了水性霧封層技術(shù)與含砂霧封層技術(shù)[13-15]。目前，常見(jiàn)的瀝青路面輕微病害主要為裂縫與松散，如圖1 所示。

(a) 裂縫

(b) 松散

綜合分析國(guó)內(nèi)外預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)對(duì)修復(fù)路面微裂縫、解決路表水下滲能起到一定效果，同時(shí)也具備恢復(fù)路面色澤、延緩路面老化等作用。然而，現(xiàn)代交通對(duì)預(yù)養(yǎng)護(hù)施工時(shí)間提出了更高的要求，特別是在交通量大且通車(chē)連續(xù)性強(qiáng)的市政道路(主干道、橋梁、內(nèi)環(huán)快速路等)施工中，封路時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的交通擁堵，影響正常的交通秩序。另外，針對(duì)市政道路預(yù)養(yǎng)護(hù)工程，現(xiàn)有的封層技術(shù)雖然對(duì)早期病害的修護(hù)、保養(yǎng)能起到良好效果，但尚存在路面耐磨效果不佳、材料養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、施工機(jī)械化程度低等問(wèn)題，如水性霧封層預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)掉?，F(xiàn)象較嚴(yán)重，耐磨效果有待提高，如圖2 所示。

圖2 水性霧封層掉粒

為解決市政道路預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)存在養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)械化程度低等問(wèn)題，筆者利用所在公司自主研發(fā)的雙組分MMA(methyl methacrylate)預(yù)養(yǎng)護(hù)材料，采用“砂-膠一體化噴涂”的施工工藝，在重慶某市政道路上進(jìn)行了瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)段施工，研究解決該難題，試驗(yàn)段取得了良好的養(yǎng)護(hù)效果，本文將探討MMA預(yù)養(yǎng)護(hù)材料及其施工工藝在瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)所用MMA材料包括A、B組分，其主要力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。固化劑BPO由常州某公司提供，填料、炭黑由重慶某大學(xué)提供，金剛砂(60目)由河南某公司提供。

表1 雙組分MMA材料基本性能

1.2 膠結(jié)料及噴涂材料制備

1) 膠結(jié)料制備：稱取一定量MMA材料A組分和B組分并分別倒入容器中，按配比加入填料、炭黑、固化劑，分別以5 000 r/min的速率剪切10 min即得膠結(jié)料A組分和B組分。其中，MMA材料A、B組分之間的比例為1∶1，填料所占比例為填料質(zhì)量與A組分的質(zhì)量之比。

2) 噴涂材料制備：噴涂材料由膠結(jié)料與金剛砂混合組成。按配比稱取一定量膠結(jié)料A組分、金剛砂，并機(jī)械攪拌得噴涂材料A組分；按配比稱取一定量膠結(jié)料B組分、金剛砂，并機(jī)械攪拌得噴涂材料B組分。噴涂材料A組分的配料比換算成質(zhì)量比為：A組分∶填料∶炭黑∶金剛砂=100∶30∶0.1∶80；噴涂材料B組分的配料比換算成質(zhì)量比為：B組分∶填料∶炭黑∶固化劑∶金剛砂=100∶30∶0.1∶4∶80。噴涂施工時(shí)，噴涂料A組分與噴涂料B組分的質(zhì)量比為1∶1。

1.3 填料、骨料對(duì)膠結(jié)料性能的影響測(cè)試

對(duì)于噴涂工藝而言，材料粘度對(duì)噴涂效果至關(guān)重要，且填料的加入會(huì)直接影響膠結(jié)料的力學(xué)性能，為此研究了不同填料含量對(duì)膠結(jié)料力學(xué)性能及粘度的影響，從而確定了填料的最佳含量比例，其結(jié)果如表2所示。

表2 填料含量對(duì)膠結(jié)料力學(xué)性能與粘度的影響

由表2可知，隨著填料含量增加，膠結(jié)料的拉伸強(qiáng)度略微增加，呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，而膠結(jié)料的斷裂伸長(zhǎng)率則呈顯著下降趨勢(shì)。同時(shí)，表2表明填料對(duì)材料的粘度影響較大，40%填料含量使材料的粘度從初始的225 mPa·s增加至5 130 mPa·s。為達(dá)到最佳霧化效果，噴涂設(shè)備要求材料的適宜粘度范圍為 1 000 mPa·s～3 000 mPa·s。綜合考慮膠結(jié)料成本、力學(xué)性能及噴涂設(shè)備對(duì)粘度的要求，填料含量選定為30%。

在噴涂材料中，金剛砂主要起提升路面抗滑性的作用，同時(shí)若砂含量偏高會(huì)導(dǎo)致砂沉淀。因此，在確定填料含量的條件下對(duì)砂含量進(jìn)行調(diào)控，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同含量金剛砂在噴涂材料中的狀態(tài)

由表3可知，金剛砂含量在50%～80%范圍內(nèi)均無(wú)沉淀，噴涂材料狀態(tài)均勻。當(dāng)金剛砂含量在90%以上時(shí)，金剛砂在噴涂材料中沉淀，不利于噴涂施工。因此，綜合考慮噴涂材料成本、抗滑性能及噴涂材料狀態(tài)，確定金剛砂的用量為80%。

2 現(xiàn)場(chǎng)施工

基于雙組分MMA噴涂材料，選擇在重慶某市政道路上進(jìn)行試驗(yàn)段施工，試驗(yàn)段面積為200 m2，施工流程包括基面預(yù)處理、噴涂試機(jī)、噴涂施工、養(yǎng)護(hù)及開(kāi)放交通等。

2.1 基面預(yù)處理

為確?；娓稍?、整潔、無(wú)雜物，試驗(yàn)段施工前需對(duì)基面進(jìn)行預(yù)處理。采用強(qiáng)力吹風(fēng)機(jī)對(duì)基面泥垢、雜物進(jìn)行清理，并用塑料膠帶與木質(zhì)擋板保護(hù)預(yù)定施工場(chǎng)地，如圖3所示。

圖3 基面預(yù)處理

2.2 噴涂試機(jī)

為確保噴涂設(shè)備在后續(xù)噴涂中正常運(yùn)行，在正式施工前需對(duì)噴涂設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、試噴，以排查設(shè)備的安全隱患。首先，將提前混合攪拌均勻的噴涂材料A、B組分分別倒入雙組分噴涂機(jī)的A、B組分料斗中，然后由專業(yè)施工人員進(jìn)行試噴，如圖4所示。

(a) 噴涂材料混合

(b) 噴涂試機(jī)

2.3 噴涂施工

噴涂施工時(shí)，將提前混合攪拌均勻的噴涂材料A、B組分分別倒入噴涂機(jī)的A、B組分料斗中，并確保A、B料斗等質(zhì)量，然后由專業(yè)施工人員進(jìn)行噴涂。噴涂方式為槍內(nèi)混合單槍噴涂，由有施工經(jīng)驗(yàn)的人員操控，噴涂施工過(guò)程如圖5所示。

(a) 機(jī)械噴涂

(b) 局部處理

在實(shí)際操作過(guò)程中，由于操作人員對(duì)噴槍的控制不能始終保持平穩(wěn)狀態(tài)，易導(dǎo)致局部噴涂區(qū)域出現(xiàn)厚度不均勻現(xiàn)象，如圖5(b)所示。對(duì)于局部厚度不均勻區(qū)域，采用毛刷輕微涂刷可有效解決，從而形成致密均勻的霧封層。在路面養(yǎng)護(hù)完成后，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)段路用性能進(jìn)行檢測(cè)。

2.4 養(yǎng)護(hù)及開(kāi)放交通

施工完成后，對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行為期1.5 h的封閉養(yǎng)護(hù)，待材料完全固化且達(dá)到最終強(qiáng)度，就可開(kāi)放交通。由于試驗(yàn)段所用MMA材料屬快速固化的反應(yīng)型高分子材料，自由基的連鎖聚合反應(yīng)使材料能夠快速固化成型，養(yǎng)護(hù)1.5 h便能形成最終強(qiáng)度，從而滿足快速開(kāi)放交通要求。試驗(yàn)段采取“砂-膠一體化”噴涂的施工工藝，節(jié)約了人工成本，縮短了施工時(shí)間，帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。完成養(yǎng)護(hù)后的MMA含砂霧封層實(shí)際效果如圖6所示。

(b) MMA含砂霧封層局部放大圖

3 檢測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)

3.1 噴涂材料耐磨性間接評(píng)價(jià)

霧封層耐磨性是路面功能性關(guān)鍵指標(biāo)之一，耐磨性能的好壞直接影響到車(chē)輛減速效果及側(cè)滑幾率。具有一定流動(dòng)性的MMA預(yù)養(yǎng)護(hù)材料能滲透至微裂縫處，并形成致密封層將骨料緊緊包裹，從而達(dá)到優(yōu)良的嵌固效果。借鑒GB/T 1768—2006《色漆和清漆耐磨性的測(cè)定 旋轉(zhuǎn)橡膠砂輪法》中的測(cè)試方法對(duì)MMA預(yù)養(yǎng)護(hù)材料的耐磨性進(jìn)行間接評(píng)價(jià)，漆輪磨耗測(cè)試儀及磨耗樣品如圖7所示，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，室內(nèi)漆輪磨耗試驗(yàn)得出MMA噴涂材料的磨耗損失量均小于60 mg，滿足GB/T 1768—2006《色漆和清漆耐磨性的測(cè)定 旋轉(zhuǎn)橡膠砂輪法》中規(guī)定的油漆耐磨性指標(biāo)，對(duì)噴涂材料實(shí)際耐磨性有一定參考價(jià)值。

(a) 漆輪磨耗儀

(b) 磨耗樣品

表4 噴涂材料耐磨性檢測(cè)結(jié)果

3.2 與瀝青基面的粘結(jié)強(qiáng)度評(píng)價(jià)

依據(jù)GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》中的測(cè)試方法，采用便攜式拉拔儀對(duì)完成養(yǎng)護(hù)后的路面進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，檢測(cè)過(guò)程如圖8所示，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。由表5可知，預(yù)養(yǎng)護(hù)材料與拉拔頭結(jié)合面完全斷裂，檢測(cè)結(jié)果均大于1 MPa，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，表明MMA預(yù)養(yǎng)護(hù)材料與瀝青基面間的粘結(jié)強(qiáng)度良好。

3.3 抗滑性評(píng)價(jià)

抗滑性能是路面表面性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，抗滑性能的好壞直接關(guān)系到車(chē)輛行車(chē)安全。本文通過(guò)在膠結(jié)料中加入一定粒徑大小的金剛砂，使其與膠結(jié)料形成致密整體，由材料固化后產(chǎn)生的收縮使金剛砂牢固地嵌固在膠結(jié)料中，從而提高路面抗滑性能。依據(jù)現(xiàn)行JTG F40—2004《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的測(cè)試方法，采用擺式摩擦儀對(duì)養(yǎng)護(hù)后的路面進(jìn)行抗滑性檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程如圖9所示，檢測(cè)結(jié)果如表6所示。由表6可知，路面抗滑值BPN均大于45，路面抗滑性能良好，滿足JTG F40—2004《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。

圖8 粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)

表5 粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

圖9 抗滑性能檢測(cè)

表6 抗滑性檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

雙組分MMA預(yù)養(yǎng)護(hù)材料力學(xué)性能優(yōu)異，適用于路面預(yù)養(yǎng)護(hù)工程，且路面養(yǎng)護(hù)效果良好，工程試驗(yàn)段表明：

1) 路用性能良好。

2) 噴涂材料的耐磨性指標(biāo)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，可緩解瀝青路面脫粒病害。

3) 與瀝青基面間的粘結(jié)強(qiáng)度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，粘結(jié)強(qiáng)度優(yōu)異。

4) 路面抗滑值優(yōu)于現(xiàn)行規(guī)范要求，抗滑性能良好，可大幅提高行車(chē)安全性。

面對(duì)日益龐大的路面預(yù)養(yǎng)護(hù)市場(chǎng)， MMA預(yù)養(yǎng)護(hù)材料及其施工技術(shù)可有效解決材料養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、施工機(jī)械化程度低等問(wèn)題，具有工程應(yīng)用推廣價(jià)值。