灌縫材料粘附性的影響因素分析

張肅軍

（甘肅省蘭州公路管理局，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

瀝青路面在使用過程中，路面會出現(xiàn)車轍、坑槽、擁包和裂縫等病害，其中裂縫病害是最常見、數(shù)量最多的病害形式[1]。路面病害的出現(xiàn)會降低路面使用品質(zhì)及行車舒適性，頻繁引起交通事故。目前針對路面裂縫病害的主要養(yǎng)護措施為采用灌縫膠灌縫進行裂縫修補[2]，其中使用最為廣泛的灌縫材料為加熱型灌縫膠[3]。

灌縫膠對路面進行修補后要經(jīng)受車輛荷載、環(huán)境因素的作用，而其粘附性對灌縫膠的性能有著重要的影響，灌縫膠粘附性的主要的評價方法為灌縫膠拉伸試驗[4，5]。因此，有必要對不同環(huán)境因素作用下的灌縫膠粘附性進行合理評價，確定溫度、濕度等環(huán)境因素對灌縫膠性能的影響規(guī)律。目前，國內(nèi)外學者已經(jīng)進行了相關研究。文獻檢索來看，以往的研究更多集中在研發(fā)和改性灌縫膠并對其基本力學指標進行評價。但是，并沒有對不用環(huán)境影響下的灌縫膠與瀝青混合料的粘附性進行評價。因此，本文基于實驗室自制的灌縫膠，并在不同的環(huán)境影響作用下采用拉伸試驗，對灌縫膠與瀝青混合料的粘附性進行了評價。

1 原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青采用韓國SK90#瀝青，技術指標如表1所示。

表1 SK90#基質(zhì)瀝青主要技術指標

1.2 SBS 改性劑

本文選用1301 線型SBS 改性劑，其主要技術指標如表2所示。

表2 SBS 改性劑技術指標

1.3 相容劑

選用糠醛抽出油作為SBS 改性瀝青的相容劑，其主要技術指標如表3所示。

表3 糠醛抽出油的技術指標

1.4 廢胎膠粉

廢舊輪胎膠粉的技術指標表見4所示。

表4 橡膠粉的物理及化學技術指標

2 試驗方案

2.1 灌縫材料制備工藝及拉伸試驗

自制灌縫膠的改性劑劑量為：6%SBS+10%橡膠粉+1%相容劑+0.2%增粘劑。其中改性瀝青制備工藝為：高速剪切時間40min，高速剪切速率3000r/min，試驗溫度180℃，低速攪拌時間30min。

采用用多功能測試儀對不同界面環(huán)境下的灌縫材料進行拉伸試驗，并測定拉伸強度和最大荷載。采用自制的灌縫膠和某美國灌縫膠材料進行拉伸試驗對比研究，分別進行五次拉伸試驗，以研究其彈性恢復能力。

2.2 濕度對粘附性能影響研究方案

干燥方案：對混合料試件表面進行清理干燥，然后涂抹灌縫膠。

潮濕方案：將混合料試件表面清理干凈后，放入清水中，取出用干燥的毛巾將圓柱體上表面的多余水分擦去，然后涂抹灌縫膠。

浸水方案：試件表面清理后放入清水浸泡一段時間后拿出，然后直接涂抹灌縫膠。

水侵入方案：試件表面清理干凈后，涂抹灌縫料，然后放入清水中。

2.3 腐蝕對粘附性能影響的研究方案

界面腐蝕方案：將試件放入配制的氫氧化鈉腐蝕溶液中放置24h，然后直接涂抹灌縫膠。

環(huán)境腐蝕方案：先在干凈的界面上涂抹灌縫膠，然后將將成型好的試件放入配制的氫氧化鈉溶液7d 后取出。

2.4 溫度及切縫工藝對灌縫料粘附性能影響

切縫干燥方案：將試件表面磨光后并徹底干燥后涂抹灌縫膠。

切縫潮濕方案：將試件表面磨光后并放入清水中浸泡2d 后涂抹灌縫膠。

冷熱循環(huán)方案：將試件表面清潔并干燥后涂抹灌縫膠于-10℃低溫箱中8h，之后置于60℃恒溫水箱中24h，然后取出置于25℃水浴中1h。

切縫干燥冷熱循環(huán)方案：將試件表面磨光后并徹底干燥后涂抹灌縫膠于于-10℃低溫箱中8h，之后置于60℃恒溫水箱中24h，然后取出置于25℃水浴中1h。

表5 灌縫材料和美國產(chǎn)品粘附峰值力結果

表6 腐蝕界面上粘附性能對比

表7 切縫處理對兩種材料粘結性能對比

3 結果與討論

3.1 濕度對粘附性能影響

按不同方案制備好的試件放到kF 多功能測試儀進行拉伸試驗，峰值力結果如表5所示。

由表5可知，界面環(huán)境從干燥到潮濕到浸水變化，灌縫材料拉伸強度下降7.2%和9.0%，試件浸水條件下，水對灌縫料粘附性能的影響反而更小，灌縫料拉伸下降幅度為2.4%。美國產(chǎn)品下降幅度為42.2%和45.4%，在試件浸水條件下灌縫料粘結力下降幅度為13.2%。潮濕和浸水界面環(huán)境下，灌縫料的粘附性能基本相同。

3.2 腐蝕對粘附性能影響

腐蝕試驗結果如表6所示。

由表6可知，在腐蝕環(huán)境下，無論是灌縫材料還是美國產(chǎn)品，其粘結性能變化都很大，灌縫材料的粘附性能分別下降了79.6%和59.2%，美國產(chǎn)品的粘附性能分別下降了84.2%和100%。

分析原因：界面腐蝕中，由于腐蝕溶液是強堿溶液，裂縫修補材料與粘結界面接觸中，灌縫料在集料之前先于強堿發(fā)生反應生成不溶于水的化合物，不具有粘結性，經(jīng)過這個過程后，灌縫料的粘附性能基本消失。

3.3 溫度及切縫工藝對粘附性能影響

按不同方案制備好的試件后進行拉伸試驗，記錄拉伸強度，試驗結果如表7所示。

三種不同的界面環(huán)境下，灌縫膠粘附性均有不下降，下降幅度為40.3%和59.7%，可以看出灌縫材料在切縫處理后粘附性能有較大幅度的下降，經(jīng)切縫工藝后，水對灌縫材料粘附性能的影響大幅度上升，由切縫干燥變?yōu)榍锌p潮濕時，灌縫材料粘附性能下降了32.6%，可以看出經(jīng)過磨光處理后，水對修補材料的影響增加。試件冷熱循環(huán)后，灌縫材料粘附性能下降了22.2%。最不利條件為切縫處理后試件冷熱循環(huán)，灌縫材料的粘附性能下降70.5%。

美國產(chǎn)品在切縫干燥和切縫潮濕兩種界面環(huán)境下相比界面干燥粘附性能下降25.8%和68.0%。經(jīng)過凍融循環(huán)后，粘附性性能下降了31.8%，切縫處理并進行冷熱循環(huán)后，材料粘附性能完全喪失，失去工作性能。

1）切縫工藝對灌縫料粘附性能影響

經(jīng)過切縫處理后，裂縫壁一些細小孔洞或微裂縫被封堵，降低了灌縫料與界面的機械粘附力。經(jīng)過切縫處理后，對裂縫壁進行清理過程中，要確保界面的干燥，經(jīng)過切縫處理的裂縫壁，由于壁面光滑，水對灌縫料的剝離作用更易發(fā)生，使得水對裂縫修補材料的影響變大，甚至導致裂縫修補工作的失敗。

2）冷熱循環(huán)對灌縫料粘附性能的影響

材料所具有的冷縮熱脹性質(zhì)，低溫下試件裂縫間距變小灌縫料受冷變硬發(fā)脆，在60℃水槽中試件裂縫間距變大，灌縫料受熱變軟。同時冷熱交替循環(huán)下裂縫間距的熱脹冷縮會將裂縫修補材料擠出裂縫，導致裂縫修補工作的失效。

4 結語

1）水的存在降低了灌縫膠的粘附性。界面水膜層一方面降低了灌縫膠與切面之間的粘附性，另一方面阻礙了灌縫膠在粘附界面形成錨固作用。

2）界面經(jīng)過腐蝕作用后，灌縫膠的粘附性基本消失。

3）灌縫膠灌縫過程中切縫處理對灌縫膠的粘附性能產(chǎn)生較大幅度的削弱，水膜層的存在對灌縫膠粘附性能的削弱遠大于未經(jīng)切縫處理界面環(huán)境下水對灌縫料粘附性能的影響。

4）溫度冷熱循環(huán)引起灌縫膠粘附性下降，同時冷熱交替循環(huán)下裂縫間距的熱脹冷縮會將裂縫修補材料擠出裂縫，導致裂縫修補工作的失效。