探討鋼橋面鋪裝高性能封層預防性養(yǎng)護技術

鄭 彬

（貴州省公路建設養(yǎng)護集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

封層預防性養(yǎng)護技術有多種，其施工簡便、技術成熟，已經在瀝青路面養(yǎng)護工程中廣泛應用[1]。傳統(tǒng)的霧封層技術主要是將改性的乳化瀝青作為鋪裝材料，以實現(xiàn)對細小裂紋的密封，提高道路的密水性。但它在路面上形成的一層油膜，會降低結構層的厚度，從而導致其早期的抗滑能力衰減[2]。含砂的霧封層主要是在路面上加入微細骨料，如金剛砂等，在路面上形成一種較粗的界面，從而改善其抗滑性能，但是由于其附著力的限制，使金剛砂容易脫落，造成了后期路表抗滑能力的下降[3]。因此，為了解決含砂霧封時金剛砂容易脫落的問題，該文選用了一種新型的水性環(huán)氧樹脂膠黏劑，以改善其黏合性能、使用壽命，形成了高性能、高耐磨的封層預防性養(yǎng)護技術。

1 高性能封層原材料性能

以環(huán)氧樹脂、固化劑、乳化瀝青為主要原料，采用以下方法合成高性能的膠黏劑。

1.1 水基環(huán)氧樹脂

所選擇的水性環(huán)氧樹脂的各項性能參數(shù)如表1所示。

表1 水性環(huán)氧樹脂性能

1.2 固化劑

所選擇的樹脂環(huán)胺類固化劑的各項性能參數(shù)如表2所示。

表2 固化劑性能

1.3 乳化瀝青

乳化瀝青的主要原料是SK70號瀝青，使用的是陽離子性的乳化瀝青，其技術參數(shù)如表3所示。

表3 改性乳化瀝青性能

2 高性能封層膠結料摻量優(yōu)選

高性能封層聚合物，根據(jù)其本身的特點，對其力學性能、凝膠性能、相結構性能進行了研究，最后得出了合適的配比[4]。

2.1 力學性能

2.1.1 黏結性能

通過外摻法，研究不同用量的環(huán)氧樹脂水性溶液對改性后的乳化瀝青的性能的影響，其摻配比例見表4。

表4 不同試樣組水性環(huán)氧樹脂摻量配比

在25 ℃、45 ℃的環(huán)境下進行了拉伸實驗，實驗設備示意圖見圖1，測試結果和分析如表5所示。

圖1 黏結強度測試示意

從表5可以看出，在相同的溫度下，隨著環(huán)氧含量的增加，拉拔強度也隨之增加，聚合物比例在5∶5時，拉拔強度達到了3.62 MPa，比5∶1時的拉拔強度提高了3倍；在45 ℃下，隨著環(huán)氧含量的增大，拉拔強度比5∶1時提高了7倍。這是由于環(huán)氧樹脂加入量的增大，導致聚合物的內部分子結構發(fā)生變化，黏結附著力得到較大的改善。

表5 拉拔強度測試結論（平均值）

2.1.2 拉伸強度

用萬能試驗機對水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的斷裂伸長和抗拉強度進行了測試，其試驗結論見圖2。

圖2 拉伸試驗結果

從圖2可以看出，環(huán)氧的用量對聚合物的拉伸性能有很大的影響，盡管聚合物的抗拉強度隨環(huán)氧含量的增加而提高，但斷裂伸長率則顯著降低，這一結果表明聚合物的韌性隨環(huán)氧含量的增大而迅速下降。如圖2所示，2#與3#樣品組的數(shù)據(jù)變化線坡度最大，應同步協(xié)調考慮材料的抗張強度和斷裂伸長率，所以應以5∶2~5∶3為好。

2.2 膠體性質

用膠體時間自動測試儀對不同溫度下的環(huán)氧樹脂乳化瀝青的膠凝性能進行了測試。其試驗結論見表6。

表6 凝膠試驗結論

通過對表6的分析，發(fā)現(xiàn)在相同的溫度下，隨著環(huán)氧含量的增加，凝膠的時間縮短；在相同的環(huán)氧混合比例下，隨著溫度的升高，聚合物的固化時間也會加快。鑒于現(xiàn)場施工時間的限制，聚合物的固化時間必須在30 min以上，而我國夏天的極端氣溫通常在40 ℃以上，所以要確保在極高的高溫下，聚合物的充足作業(yè)時間，所以環(huán)氧混合比不宜超過5∶3。

2.3 相結構

在室溫（25 ℃）條件下，用均膠儀將乳化瀝青與水基環(huán)氧樹脂均勻涂覆于載玻片上，利用熒光顯微鏡觀察其顯微組織。

從觀察到的特定圖象中可以看出：當環(huán)氧樹脂摻量增大時，聚合物從單相連續(xù)轉變?yōu)閮上嘟徊孢B續(xù)結構，當比例為5∶3時，其相反轉，以乳化瀝青為分散相，以水溶液為連續(xù)相。所以從實際應用的角度來看，乳化瀝青和水性環(huán)氧樹脂的配比不宜大于5∶3[5]。

3 高性能封層共混物性能分析

在以上試驗結論數(shù)據(jù)的基礎上，通過對高性能封層的配比設計，并分析耐磨性能、黏結性能、鹽霧試驗以及環(huán)境溫度等方面的性能，得出了適合于高性能封層的預防性養(yǎng)護方案。

3.1 高性能封層聚合物制備

根據(jù)上述實驗結果，乳化瀝青與水性環(huán)氧樹脂的混合比不應大于5∶3。在高性能封層配合比的設計中，金剛石的用量是影響其性能的重要因素。

在設計高性能封層配合比時，應保證乳化瀝青與水性環(huán)氧樹脂的比例不大于5∶3，金剛砂比例為25%、35%、45%、55%，其具體組分如表7所示。

表7 高耐磨SCS高性能封層配比

3.2 高性能封層路用性能分析

3.2.1 黏結性試驗

將高性能的封層共混材料涂覆于瀝青混凝土試件上，在溫度25 ℃以下的環(huán)境養(yǎng)護24 h后，進行拉伸試驗。主要測定氣溫在25 ℃、60 ℃時的黏結強度，試驗結論數(shù)據(jù)見表8。

表8 高性能封層共混物黏結強度

從表8可見，采用高性能密封層方案后，隨著金剛砂含量的增加，與原有道路的結合強度呈現(xiàn)先增后減的趨勢，而在3#樣品中，金剛砂含量為35%時，其結合強度最高，因此，金剛砂用量不宜超過35%。

3.2.2 耐磨性能的評定

采用磨耗實驗對磨損特性進行評定，以1.0 kg/m2的金鋼砂材料和25 ℃的實驗溫度，選擇500轉，1 000轉，1 500轉，各平行試驗3次，對檢定數(shù)據(jù)進行平均值計算，試驗結論見表9。

表9 磨耗試驗結論數(shù)據(jù)

由表9可知，在聚合物中添加金剛砂后，其抗磨能力先增后減，金剛砂用量為25%時，抗磨損能力最高，而3#樣品則稍有下降，因此，金剛砂用量應控制在25%~35%之間。

3.2.3 防滑性的評估

瀝青路面的抗滑移能力可用結構深度、擺式摩擦儀等實驗室測試手段進行評估[6]，但由于金剛砂在瀝青路面上形成了粗糙的界面，因此難以用構造深度進行表征。該文應用摩擦系數(shù)法對其進行了評估。為了評估SMA-13混凝土板的抗滑性，首先將SMA-13混凝土板按1.0 kg/m2的用量進行高性能涂層的涂刷，測試結果如表10所示。

表10 不同配比的BPN值

從通過表10的抗滑性測試，發(fā)現(xiàn)在使用高性能封層后，金剛砂的用量對抗滑性有很大影響，且金剛砂用量越大，抗滑性越好。但在5#試樣中進行高性能封層抗滑試驗，其抗滑性雖較好，但其表層仍有大量分散的金剛砂，故應以25%~45%為宜。

4 高性能封層養(yǎng)護時間

高性能封層養(yǎng)護將干燥過程分成兩個階段：1）表面干燥，用手指觸摸材料表面，感覺有點黏稠，但是沒有附著在手指上；2）完全干燥，把過濾紙鋪在被涂過的物料表面，然后用手擠壓[7]。完全干燥后，可以很輕易地把過濾紙拿下來，而且不會把未干燥的瀝青帶走。

采用軟毛刷將所選定的最佳配比的高性能封層材料，根據(jù)抗滑測試所得的加入量，在車轍試件上進行涂刷，分別在室溫25 ℃和60 ℃條件下進行試驗檢測，并以10 min為一次，測試其固化度。檢測結果顯示：1）在AC-13基面上，室溫下（25 ℃）的高效密封層的固化時間為150~180 min；2）在SMA-13基面上，室溫下（25 ℃）的高效密封層的固化時間為90~140 min；3）SMA-13的表面構造深度較大，容易進行高效的滲透，所以SMA-13的固化時間比AC-13要短。

5 結論

綜上所述，該文提出常規(guī)的鋼橋面板鋪裝層養(yǎng)護方案，其乳化瀝青的黏附力有限，且金剛砂容易脫落，針對此質量病害問題，提出了鋼橋面鋪裝采用高性能封層的預防性養(yǎng)護技術。通過試驗分析，得出的主要結論包括：1）對高性能膠結料的力學性能、凝膠性能、相結構性能等進行了測試，得出乳化瀝青與水性環(huán)氧樹脂的最佳配比為5∶3；2）通過對高耐磨、高性能密封材料的黏結、耐磨、抗滑移等性能的分析，得出金剛石用量應控制在25%~35%之間；3）通過測試高耐磨高性能封層的養(yǎng)護時間，發(fā)現(xiàn)在AC-13基面上的固化時間為150~180 min，而在SMA-13基面上的固化時間為90~140 min。