帶水施工修補(bǔ)材料研發(fā)及其在滲水路面修補(bǔ)中的應(yīng)用

尹昌宇，彭馨彥，劉建釗

（1.廣州市市維新材料科技有限公司，廣東 廣州 510280；2.廣州市市政工程維修有限公司，廣東 廣州 510280；3.中國(guó)國(guó)檢測(cè)試控股集團(tuán)股份有限公司，北京 100024）

0 引言

坑槽、孔洞修補(bǔ)是道路養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。目前，常用的路面坑槽修補(bǔ)材料有磷酸鎂水泥、聚合物改性水泥、高鋁水泥等無(wú)機(jī)修補(bǔ)材料[1-2]和環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯等有機(jī)類(lèi)修補(bǔ)材料[3]。由于路面受多種因素作用，對(duì)修補(bǔ)材料性能有較高要求，如優(yōu)良的粘結(jié)強(qiáng)度、防水抗?jié)B性、抗沖擊性能及耐久性等，并要求施工快、養(yǎng)護(hù)期短[4]。

有機(jī)類(lèi)修補(bǔ)材料以其界面粘結(jié)強(qiáng)度高、韌性佳、彈性優(yōu)于無(wú)機(jī)材料等特征得到廣泛關(guān)注[5-6]。但是，有機(jī)類(lèi)修補(bǔ)材料如環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)于帶水基面的粘接效果不佳，修補(bǔ)時(shí)需清除積水并烘干，然而在有隧道或有滲水的路段，無(wú)法烘干基面，造成工期延長(zhǎng)，且難以保障施工質(zhì)量。因此，有必要針對(duì)滲水基面研發(fā)一種可帶水施工、粘結(jié)強(qiáng)度好、抗壓抗折強(qiáng)度高且能快速開(kāi)放交通的修補(bǔ)材料。本文從環(huán)氧樹(shù)脂膠改性研究入手，將其與砂石料混合，形成可帶水施工的高性能坑槽修補(bǔ)材料（super epoxy resin,SER）。采用SER對(duì)滲水路面進(jìn)行修補(bǔ)可縮短施工及養(yǎng)護(hù)圍蔽時(shí)間，減少維修頻率，大幅降低道路養(yǎng)護(hù)施工對(duì)交通的影響，有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 試驗(yàn)

1.1 膠黏劑

SER主要由膠粘劑、填料及骨料組成，其中，膠粘劑為SER-16型改性環(huán)氧膠，填料為氧化鈣（CaO），骨料由中砂及瓜米石組成。SER-16由廣州市市維新材料科技有限公司研發(fā)，經(jīng)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂增韌改性并結(jié)合腰果酚改性酚酫胺技術(shù)制備而成，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。附著力促進(jìn)劑7130購(gòu)自佛山泰格聚合物技術(shù)有限公司。中砂與瓜米石符合JTG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》要求，使用前經(jīng)干燥處理，含水率0.9%，含泥量0.7%，瓜米石粒徑5～10mm。

表1 SER-16型膠粘劑主要技術(shù)指標(biāo)Tab.1 Technical properties of SER-16

從表1可以看出，SER-16的固含量為99.5%，基本不含揮發(fā)性組分。這能有效減少修補(bǔ)材料對(duì)施工人員健康和環(huán)境的危害。此外，SER-12具備優(yōu)異的力學(xué)性能和耐老化性能，良好的粘接強(qiáng)度保障了修補(bǔ)料與原水泥路面結(jié)構(gòu)的粘結(jié)效果，可延長(zhǎng)使用壽命，減少維修次數(shù)。在行車(chē)荷載作用下，修補(bǔ)材料會(huì)頻繁受到剪切作用，SER-16的抗剪強(qiáng)度達(dá)到19.2MPa，遠(yuǎn)高于普通修補(bǔ)材料。同時(shí)，SER-16具備較高的斷裂延伸率，可賦予修補(bǔ)材料良好的柔韌性。耐腐蝕試驗(yàn)和加速老化結(jié)果表明SER-16還具有良好的耐久性。

1.2 試樣制備

將SER-16的A、B兩組分按固定配比調(diào)配，加入適量填料攪拌均勻后備用。將攪拌均勻的膠液與定量骨料（砂石比為5:5）按設(shè)定膠石比混合均勻后備用。

砂漿塊粘接試樣：將混合均勻的混合料按預(yù)定用量均勻攤鋪在水泥混凝土塊上，按設(shè)定條件養(yǎng)護(hù)對(duì)應(yīng)時(shí)間后用植筋膠將鋼制接頭粘在面層上，在室溫下（23±2℃）養(yǎng)護(hù)3d（條件）后備用。制備浸水砂漿塊粘接試樣時(shí)需提前將砂漿塊在水中浸泡24h，在成型時(shí)保持浸水，保持水面距砂漿塊頂面約1cm。

水煮老化：將成型的浸水砂漿塊試樣在80℃熱水中煮設(shè)定時(shí)間，取出后粘上接頭備用。

馬歇爾試樣：將調(diào)好的膠液與骨料按照1:9質(zhì)量比攪拌均勻，然后按Φ101.6mm×63.5mm尺寸通過(guò)手工插搗成型試樣。

抗壓、抗折強(qiáng)度：將攪拌均勻的膠液與定量骨料混合制備混合料，膠石比為1:9，砂石比為5:5，參考水泥混凝土立方體抗壓試驗(yàn)方法，插搗成型150mm×150mm×150mm抗壓試件和150mm×l50mm×600mm抗折試件。

1.3 測(cè)試與表征

粘接性能：在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（GMT 4104，深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司）進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)速率為2mm/min。

馬歇爾試驗(yàn)：按JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》，在馬歇爾穩(wěn)定度測(cè)定儀（(LD190-Π,北京朝陽(yáng)路達(dá)儀器有限公司）進(jìn)行測(cè)定。

抗折強(qiáng)度與模量：按JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（GMT 5105，深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司）進(jìn)行測(cè)定?？拐蹚?qiáng)度試驗(yàn)速率0.06MPa/s，抗折彈性模量試驗(yàn)速率0.15kN/s。

抗壓強(qiáng)度：在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（YAW 54306，美特斯工業(yè)系統(tǒng)中國(guó)有限公司）按JTG E30-2005測(cè)定。試驗(yàn)速率0.7MPa/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 粘接性能

表2為填料用量對(duì)浸水砂漿塊粘接性能的影響。由表2可知，填料用量對(duì)浸水砂漿塊粘接性能有明顯影響。在添加2.5%的填料后，浸水砂漿塊的粘接強(qiáng)度由添加前的1.76MPa提高到2.07MPa，破壞形式由界面破壞變?yōu)閺?fù)合破壞。隨著填料用量的增大，粘接性能逐漸提高。當(dāng)添加量為7.5%時(shí)，粘接強(qiáng)度達(dá)到3.12MPa，破壞形式變?yōu)榛炷疗茐??？梢?jiàn)，添加氧化鈣可明顯改善膠粘劑對(duì)浸水砂漿塊的粘接性能。

表2 氧化鈣用量對(duì)SER浸水砂漿塊粘接性能的影響Tab.2 Influence of amount of CaO on bonding property of SER mortar blocks

2.2 耐水煮老化性能

表3為氧化鈣填料用量對(duì)耐水煮老化性能的影響。由表3可知，加入填料可明顯提高SER耐水煮老化性能。未添加氧化鈣時(shí)，SER在80℃熱水煮168h后粘接強(qiáng)度由老化前的1.76MPa下降到0.42MPa，破壞形式為界面破壞；添加7.5%的氧化鈣時(shí)，水煮老化后的粘接強(qiáng)度達(dá)到2.07MPa，且破壞形式仍為混凝土破壞。但延長(zhǎng)水煮老化時(shí)間至14d，添加7.5%氧化鈣的粘接強(qiáng)度進(jìn)一步下降至1.13MPa，破壞形式也變?yōu)閺?fù)合破壞。為提升材料耐水煮老化性能，添加了1.2%的7130樹(shù)脂，其在80℃水煮14d的粘接強(qiáng)度保持在2.5MPa以上，且破壞形式仍為砂漿塊破壞?？梢?jiàn)，添加氧化鈣可提升SER對(duì)浸水砂漿塊粘接耐久性，加入附著力促進(jìn)劑可進(jìn)一步提升粘接耐久性。

表3 SER耐水煮老化性能Tab.3 Water boiling aging resistance of SER

2.3 水穩(wěn)定性能

表4為SER動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)。從表4可以看出，SER具有很好的高溫穩(wěn)定性。在測(cè)試條件為70℃、0.9MPa時(shí)，SER動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到35480次/mm，在相同溫度壓力條件下，浸水后動(dòng)穩(wěn)定度有所下降，但仍達(dá)到20160次/mm。優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性可賦予橋面良好的抗車(chē)轍能力，滿足南方濕熱地區(qū)對(duì)道路材料的特殊要求。

表4 SER混合料動(dòng)穩(wěn)定度Tab.4 Dynamic stability of SER mixture

表5為混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果。由表5可知，混合料的吸水率隨膠用量下降而升高，常規(guī)馬歇爾穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度則隨之下降。當(dāng)膠石比為1:9時(shí)，混合料吸水率為0.33%，常規(guī)馬歇爾穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度分別為37.76kN、92.4%。綜合成本、性能考慮，建議膠石比為1:9。

表5 SER混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Marshall test results of SER mixture

2.4 力學(xué)性能

表6為混合料抗壓抗折強(qiáng)度。由表6可知，SER混合料具有優(yōu)良的力學(xué)性能。SER混合料在23℃養(yǎng)護(hù)3h，抗壓強(qiáng)度可達(dá)21.6MPa，抗折強(qiáng)度可達(dá)5.4MPa；在23℃養(yǎng)護(hù)7d，抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度可分別達(dá)到45.9MPa、11.5MPa；抗折彈性模量?jī)H為5148MPa，不到混凝土的1/6?？梢?jiàn)，SER混合料具有優(yōu)良的早期強(qiáng)度及最終強(qiáng)度，可在施工后養(yǎng)護(hù)較短時(shí)間即開(kāi)放交通。同時(shí)，其也具有較低的彈性模量，在抵抗車(chē)輛行車(chē)沖擊方面具有優(yōu)勢(shì)。

表6 SER混合料抗壓和抗折強(qiáng)度Tab.6 Compressive strength and flexural strength of SER mixture

3 工程應(yīng)用

廣州北環(huán)高速某隧道路面出現(xiàn)多處破損及滲水現(xiàn)象，由于該路段車(chē)流較多，且重型貨車(chē)占比較高，故對(duì)修補(bǔ)材料的強(qiáng)度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間及界面粘接性能等均有很高要求。采用SER對(duì)隧道路面進(jìn)行修補(bǔ)，施工流程如下：1）用切割機(jī)沿破損區(qū)外擴(kuò)10cm進(jìn)行切割并開(kāi)槽；2）清除表面殘留混凝土塊、灰塵等雜物，將積水盡量排出；3）按計(jì)算用量將定量膠液攪拌均勻后與定量骨料混合，攪拌均勻后備用，同時(shí)取少量拌和好的膠液預(yù)涂在槽底部及側(cè)壁上；4）將拌和好的SER混合料倒入槽中，分層插搗并振實(shí)后收面完成；5）養(yǎng)護(hù)預(yù)定時(shí)間后開(kāi)放交通。

對(duì)破損處進(jìn)行開(kāi)挖清理后，基面積水如圖1所示。對(duì)基面簡(jiǎn)單清理積水及雜物后，采用SER混合料對(duì)破損進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)其進(jìn)行定期跟蹤，使用3年后狀況良好，未發(fā)現(xiàn)病害，如圖2所示。

圖2 隧道路面修補(bǔ)及使用3年后照片F(xiàn)ig.2 Photos of tunnel pavement in repair and after 3 years of use

目前，SER修補(bǔ)材料被廣泛應(yīng)用于市政道路、高速公路的修補(bǔ)中，特別是在積水較嚴(yán)重的隧道、橋梁路面，效果良好（如圖3、圖4所示）。采用SER修補(bǔ)料，可減少修補(bǔ)施工對(duì)基面的處置要求，提高施工效率，降低施工成本。

圖3 廣州某市政路修補(bǔ)照片F(xiàn)ig.3 Photos of a municipal road pavement repair in Guangzhou

圖4 廣州某橋面修補(bǔ)照片F(xiàn)ig.4 Photos of a bridge pavement repair in Guangzhou

4 結(jié)語(yǔ)

1）添加氧化鈣和附著力促進(jìn)劑可顯著提高SER對(duì)浸水基面的粘接性能及耐久性。在添加7.5%的氧化鈣后，SER對(duì)浸水砂漿塊的粘接強(qiáng)度由添加前的1.76MPa提高到3.12MPa，破壞形式由界面破壞變?yōu)榛炷疗茐?；?0℃熱水中煮7d后，粘接強(qiáng)度仍達(dá)到2.07MPa，且為混凝土破壞；但在80℃水煮14d后，粘接強(qiáng)度下降到1.13MPa，破壞形式變?yōu)閺?fù)合破壞；繼續(xù)添加1.2%的7130樹(shù)脂后，80℃水煮14d的粘接強(qiáng)度仍達(dá)到2.79MPa，且破壞形式為砂漿塊破壞。

2）SER具有優(yōu)良的力學(xué)性能、早期強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性。在23℃養(yǎng)護(hù)3h，SER混合料的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度分別達(dá)到21.6MPa、5.4MPa；23℃養(yǎng)護(hù)7d，抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度分別達(dá)到45.9MPa、11.5MPa；吸水率為0.33%，常規(guī)馬歇爾穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度分別為37.76kN、92.4%；70℃、0.9MPa時(shí)，SER動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到35480次/mm，浸水穩(wěn)定度仍達(dá)到20160次/mm。

3）將SER應(yīng)用于廣州北環(huán)高速某隧道滲水路面修補(bǔ)中，大大減少了處理積水的時(shí)間，施工簡(jiǎn)單快捷，養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，效果良好。