聚氨酯膠結(jié)料在路面高差修補中的應用

摘" 要：采用自制雙組份聚氨酯膠結(jié)料，對軟土地區(qū)高速公路橋頭伸縮縫高差病害進行修補，介紹原料性能、施工設備與施工工藝，并分析聚氨酯膠結(jié)料在高差修補中的技術(shù)優(yōu)勢。結(jié)果表明：采用雙組分聚氨酯膠結(jié)料可以實現(xiàn)路面高差的快速修補，施工便捷、綠色環(huán)保，修補后路面的平整度為1.05%，構(gòu)造深度為1.22 mm，摩擦系數(shù)為58 BNP，滲水系數(shù)為112 mL/min。

關(guān)鍵詞：聚氨酯；高差；修補；集料；應用

中圖分類號：U418" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）19-0177-04

Abstract： The self-made two-component polyurethane binder is used to repair the height difference disease of bridgehead expansion joint of expressway in soft soil area. The raw material properties， construction equipment and construction technology were introduced. The technical advantages of polyurethane cement in height difference repair were analyzed. The results show that the rapid repair of pavement height difference can be realized by using two-component polyurethane binder， and the construction is convenient and environmentally friendly. The smoothness of the repaired pavement is 1.05%， the structural depth is 1.22 mm， the friction coefficient is 58 BNP， and the water permeability coefficient is 112 mL/min.

Keywords： polyurethane; height difference; repair; aggregate; application

高速公路路面必須具備良好平整度，其是衡量高等級路面質(zhì)量的重要指標[1-2]。對于軟土地區(qū)的高速公路而言，差異性沉降易導致橋頭伸縮縫處出現(xiàn)高差，從而降低了路面的平整度。高差的出現(xiàn)輕則使車輛通過時產(chǎn)生跳動和沖擊，影響行車的舒適性和安全性，增大了車輛通過時的噪聲，重則使車輛的通過速度大大降低，也對路面和橋梁造成了附加的沖擊載荷，影響了橋梁的使用壽命[3-5]。因此，路面高差一旦產(chǎn)生，需要采取合理科學的防治措施予以處理[6]。

目前，路面高差通常采用普通填補工藝和材料[7]，例如基于乳化瀝青的冷拌混合料[1]、水性環(huán)氧乳化瀝青混合料[7]、有機水硬性復合材料（水泥改性乳化瀝青混合料）[8-9]等。對高速公路高差修補材料而言，其不僅需要具備施工方便、耐久性優(yōu)異的特點，還需要在養(yǎng)護后能夠?qū)崿F(xiàn)快速開發(fā)交通的目標。澤智之等[10]基于乳化瀝青開發(fā)了固化時間為2～30 min的高差修補材料，并應用于高差修補施工工程，在修補最大深度為2 cm的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)高差修補完工30 min后開發(fā)交通。綜上可知，現(xiàn)有高差修補材料多以乳化瀝青作為膠結(jié)料，尚未見采用聚氨酯膠結(jié)料修補高差病害的相關(guān)報道。本實驗借鑒聚氨酯膠結(jié)料在路面鋪裝領域的應用經(jīng)驗[11]，優(yōu)選一種易手工混合均勻、可室溫快速固化的雙組份聚氨酯膠結(jié)料，探索該聚氨酯膠結(jié)料用于路面高差修補時的施工工藝和施工效果，以供同行參考和借鑒。

1" 項目概況

甬臺溫高速寧波段一期起于寧波市北侖區(qū)大碶鎮(zhèn)，止于寧波奉化西塢，全長約51 km，是北侖港連接寧波市和通往杭州、臺州、溫州等地的重要通道。甬臺溫高速寧波段一期位于軟土地質(zhì)路段，且軟土厚度分布不均，含水量較高（60%～80%），孔隙比較大，強度低，重度15.6～17.5 kN/m3，壓縮性高，滲透性小，固結(jié)緩慢。經(jīng)過人工探挖發(fā)現(xiàn)，部分橋梁橋頭搭板出現(xiàn)了較大范圍的脫空，搭板處路面出現(xiàn)了不同程度的沉陷，脫空深度10～50 cm不等，搭板與路面相接處形成裂縫和高差，車輛通過時形成橋頭跳車現(xiàn)象。

2" 施工原料與設備

2.1" 原料

2.1.1" 聚氨酯膠結(jié)料

高差修補用的聚氨酯膠結(jié)料為自制，A組分為芳香族異氰酸酯與疏水聚醚多元醇制備得到，B組分為疏水、高活性聚醚多元醇與擴鏈劑、消泡劑、催化劑混合制備，A、B組分的具體技術(shù)指標見表1。

將A、B組分按照體積比1∶1混合后，澆注于模具中固化得到厚度為2 mm的聚氨酯膠結(jié)料樣品，其性能指標見表2。由表2可以看出，該雙組分聚氨酯膠結(jié)料在室溫條件下可以快速形成強度，實干時間小于10 min，而且膠結(jié)料固化后具有一定的韌性，在硬度為93 HA的條件下仍具有48%的斷裂伸長率。

2.1.2" 集料

集料最大公稱粒徑對修補混合料修補效果和路用性能影響較大，最大公稱粒徑越大，修補混合料越難壓實，抗水損害能力越弱，反之修補混合料越易壓實，抗水損害能力越強。本實驗為實現(xiàn)高差修補混合料手工操作即可壓實的效果，針對深度為2～5 cm的高差病害，選用粒徑為2.36～4.75 mm的玄武巖碎石（浙江麗水產(chǎn)）作為集料。該玄武巖碎石堅硬、干燥、無風化顆粒，表觀相對密度為2.696，毛體積相對密度為2.614，吸水率為0.72%。

2.2" 施工設備

電鎬鑿子用于清理破損的瀝青高差修補材料；角磨機用于打磨基材；抹泥刀用于將膠結(jié)料與骨料拌和、抹平；吹風機用于吹掃路面灰塵和雜物；發(fā)電機用于為電鎬鑿子和角磨機提供電源；鐵鍬、掃帚等用于清理施工雜物。

3" 高差修補施工工藝

3.1" 路面清理、打磨

現(xiàn)有路面高差所用修補材料為冷補瀝青混合料，夏天高溫條件下瀝青變軟，在重載車輛碾壓作用下，路面出現(xiàn)泛油現(xiàn)象，在采用聚氨酯膠結(jié)料進行修補之前，需用電鎬鑿子清理破損瀝青路面（圖1），然后用角磨機進行打磨、拉毛（圖2），以保證聚氨酯膠結(jié)料與基材形成牢固黏結(jié)，最后用吹風機吹掃干凈。

3.2" 鋪玄武巖集料

本實驗修補的高差深度約為4.5 cm，在混合聚氨酯膠結(jié)料與玄武巖集料之前，首先將玄武巖碎石倒入高差坑槽內(nèi)，然后用抹泥刀攤鋪平整，同時注意高差兩端的坡度，做到高差的平緩過渡（圖3）。需根據(jù)高差部位的體積確定所用玄武巖碎石的實際重量。

3.3" 聚氨酯膠結(jié)料混合

聚氨酯膠結(jié)料包裝形式如圖4所示。在未使用之前，A、B組分被分裝在包裝袋的2個獨立腔體中，使用時將中間的卡子去除，手動左右搖晃7～10次，實現(xiàn)A、B組分的均勻混合，然后剪開包裝袋將聚氨酯膠結(jié)料均勻澆注于玄武巖集料的表面，此時，聚氨酯膠結(jié)料的黏度低、流動性好，易于與集料拌和均勻。以重量分數(shù)計，聚氨酯膠結(jié)料的用量約為玄武巖集料的10%。

3.4" 聚氨酯混合料拌和

聚氨酯膠結(jié)料澆注于玄武巖集料表面后，用抹泥刀拌和聚氨酯膠結(jié)料與玄武巖集料，拌和均勻后，再次調(diào)整好路面的平整度，整個拌和、抹平操作在5 min之內(nèi)完成（圖5），然后在表面鋪撒細沙以提高路面的摩擦力，在施工環(huán)境溫度為25 ℃條件下，繼續(xù)固化10 min左右，聚氨酯混合料可形成初始強度，達到開放交通的要求。

3.5" 高差修補效果評價

高差修補后通車24 h，參照JTG 3450—2019《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》，采用三米直尺法測試路面平整度為1.05%，采用鋪砂法測試路面構(gòu)造深度為1.22 mm，通過擺式磨阻儀和路面滲水儀測試路面摩擦系數(shù)和滲水系數(shù)分別為58 BNP和112 mL/min?？梢姡捎秒p組分聚氨酯膠結(jié)料和2.36～4.75 mm的玄武巖碎石修補高差后，路面滿足使用要求。

4" 聚氨酯膠結(jié)料修補高差的技術(shù)優(yōu)勢

4.1" 施工寬容度高

本實驗所用雙組分聚氨酯膠結(jié)料采用活性高且疏水的多異氰酸酯和多元醇原料制備，其固化過程受環(huán)境溫度、濕度影響較小，即使在低溫、潮濕環(huán)境條件下，該聚氨酯膠結(jié)料也可以快速固化，且固化過程無明顯氣泡產(chǎn)生，固化后與瀝青路面、混凝土、鋼橋面的黏結(jié)強度高，相對于現(xiàn)有瀝青基高差修補材料，具有更高的施工寬容度。

4.2" 施工工藝簡單

采用本實驗所用聚氨酯膠結(jié)料進行高差修補時，聚氨酯膠結(jié)料和混合料均為手工混合即可得到，無需機械攪拌設備；此外，所得聚氨酯混合料通過抹泥刀抹平即可，無需鋼輪碾壓或平板夯夯實，即可以實現(xiàn)良好的壓實效果，而且可以根據(jù)路面高差深度的大小，靈活調(diào)整聚氨酯膠結(jié)料的用量，需要多少，混合多少。

4.3" 快速恢復交通

雙組分聚氨酯膠結(jié)料由A、B組分組成，A組分為芳香族異氰酸酯所得聚氨酯預聚物，反應活性高；B組分為疏水、高活性聚醚多元醇與擴鏈劑、消泡劑、催化劑的混合物。A、B組分混合后依靠異氰酸酯與活潑氫組分的快速化學反應實現(xiàn)硬化，在施工環(huán)境溫度大于5 ℃的條件下，聚氨酯膠結(jié)料與集料混合后30 min之內(nèi)，即可達到通車要求，對正常車輛通行影響較小。

5" 結(jié)束語

針對甬臺溫高速寧波段一期車流量大、重載車輛多的運行狀況，以及所在地區(qū)軟土地質(zhì)、多雨的環(huán)境特點，本實驗嘗試采用雙組分聚氨酯膠結(jié)料對橋頭伸縮縫高差進行修補，設計了操作簡便、快捷的施工工藝，施工結(jié)果表明：采用自制聚氨酯雙組分膠結(jié)料能夠?qū)崿F(xiàn)橋頭伸縮縫高差（小于等于5 cm）的快速修補，對正常交通影響較??；此外，由于修補過程無需大型設備，修補后無須碾壓，因此施工班組僅需攜帶聚氨酯膠結(jié)料、集料和簡易施工裝備，施工過程更加綠色環(huán)保；最后，所用雙組分聚氨酯膠結(jié)料固化前具有良好的流動性能，能夠滲入破損路面的縫隙中，提高路面的防水性能。

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第一作者簡介：李繼（1987-），男，高級工程師。研究方向為道路與橋梁。

*通信作者：張均（1982-），男，博士，助理研究員。研究方向為路面工程用聚氨酯材料。