改性自流平硅酮密封膠材在戈壁機(jī)場跑道灌縫中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：硅酮密封膠；白炭黑；交聯(lián)劑；拉伸強(qiáng)度；拉伸斷裂伸長率

中圖分類號：TQ436+.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0050-04

在我國傳統(tǒng)的混凝土道面接縫密封材料中，通常為有機(jī)密封材料，如瀝青等。這些密封材料施工后往往存在溫度穩(wěn)定性差、壽命短等諸多問題[1-2]。硅酮密封膠有著優(yōu)良的耐候性、壽命較長等優(yōu)點(diǎn)，是一種常溫固化的密封膠[3]。在美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，已使用硅酮密封膠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)密封材料[4]。為更好地保護(hù)混凝土道面，開發(fā)性能優(yōu)良的硅酮密封膠有重要意義，如選用納米碳酸鈣為補(bǔ)強(qiáng)材料，二甲基硅油為增塑劑，制備了一種改性硅酮密封膠[5]。通過加壓鼓泡碳化工藝，研制各種晶體形狀的納米碳酸鈣，研究納米碳酸鈣的不同晶體形狀對硅酮密封膠性能的影響情況[6]。在107基膠基礎(chǔ)上，以氣相法白炭黑作為優(yōu)選補(bǔ)強(qiáng)材料，結(jié)合復(fù)配交聯(lián)劑、催化劑等助劑，研制了一種硅酮密封膠[7]。本試驗(yàn)則嘗試使用不同黏度的復(fù)配聚硅氧烷和適量白炭黑以及各種功能助劑，制備一種自流平硅酮密封膠材料，并對其配方進(jìn)行優(yōu)化，同時研究了這種自流平硅酮密封膠材料在戈壁機(jī)場跑道砼灌縫中的應(yīng)用技術(shù)。

1材料與儀器

1.1主要材料

聚硅氧烷（工業(yè)純，黏度5000、20000mPa·s，吉鵬硅氟材料）；氣相法白炭黑（工業(yè)純，元晶礦產(chǎn)）；硅烷偶聯(lián)劑（工業(yè)純，KH-550、KH560，軒浩新材料）；甲基三丁酮肟基硅烷（AR，經(jīng)天緯化工）；RHCY催化劑（工業(yè)純，銳海環(huán)境科技）；擴(kuò)鏈劑（工業(yè)純，晟騰化工）。

1.2主要儀器

BOS3003型電子天平（搏仕檢測設(shè)備）；RJ-JBC型電動攪拌器（瑞景自動化設(shè)備）；WPH-140SC型萬能試驗(yàn)機(jī)（華鉑儀器）。

1.3自流平硅酮密封膠材制備

（1）按照1∶1的比例將黏度為5000mPa·s和黏度為20000mPa·s的聚硅氧烷攪拌混合[8]；

（2）按照總聚硅氧烷份數(shù)的一定百分比添加氣相法白炭黑?；旌虾?，在恒溫120℃環(huán)境中進(jìn)行脫水處理3h，然后使混合物料自然冷卻；

（3）按照總聚硅氧烷份數(shù)的一定百分比，向混合物料中添加甲基三丁酮肟基硅烷，以此作為交聯(lián)劑，進(jìn)行攪拌處理20min；

（4）分別按照總聚硅氧烷份數(shù)的1%和0.2%，添加硅烷偶聯(lián)劑和擴(kuò)鏈劑[9-10]。其中，硅烷偶聯(lián)劑以KH550和KH560按照1∶1進(jìn)行配制[11-12]。充分?jǐn)嚢?0min，得自流平硅酮密封膠，密封備用。

1.4性能測試

1.4.1自流平性能

將泊紙平鋪，然后將50mL的自流平硅酮密封膠注到泊紙上。使硅酮密封膠材料自然流平并固化。從硅酮密封膠材料開始流淌時計(jì)時，到不再流動為止，記為硅酮密封膠材料的自流平時間。然后，對固化后的硅酮密封膠中心厚度進(jìn)行檢測，并以此來表征材料自流平厚度。

1.4.2力學(xué)性能

將自流平硅酮密封膠材料注入到試驗(yàn)?zāi)＞咧?，然后將其放到恒溫?5±1）℃、相對濕度（60±1）%的環(huán)境中7d，使材料充分硫化。再將硅酮密封膠膠片制成一定規(guī)格的試樣，之后使用萬能試驗(yàn)機(jī)，按照100mm/min的速度對硅酮密封膠試樣進(jìn)行拉伸測試。

2結(jié)果與討論

2.1白炭黑添加量對性能的影響

2.1.1自流平性能

為探究白炭黑添加量對硅酮密封膠材料自流平性能的影響，本試驗(yàn)分別以1%、3%、5%、7%、9%添加量的白炭黑制備硅酮密封膠材料，并測試其自流平厚度和自流平時間，具體如圖1所示。

由圖1可知，隨著自流平硅酮密封膠材料中添加的白炭黑逐漸增多，材料的自流平厚度和自流平時間均逐漸增加。當(dāng)白炭黑添加量為1%時，自流平硅酮密封膠材料的自流平厚度和自流平時間分別是1.26mm、77s。當(dāng)白炭黑添加量為9%時，自流平硅酮密封膠材料的自流平厚度和自流平時間分別是7.64mm、147s。由此可見，當(dāng)白炭黑的添加量較少時，自流平硅酮密封膠材料可以有較好的流動性，自流平性能較好。

2.1.2力學(xué)性能

圖2為在不同白炭黑添加量情況下，使用萬能試驗(yàn)機(jī)對自流平硅酮密封膠材料試樣進(jìn)行拉伸測試的結(jié)果。

由圖2可知，隨著自流平硅酮密封膠材料中添加的白炭黑增多，拉伸強(qiáng)度不斷升高，且拉伸斷裂伸長率也呈現(xiàn)出不斷升高的變化趨勢。當(dāng)自流平硅酮密封膠材料中添加的白炭黑為1%時，材料拉伸力學(xué)性能較差，拉伸強(qiáng)度僅為0.32MPa，此時的拉伸斷裂伸長率則為208%。當(dāng)白炭黑添加量增加到3%時，自流平硅酮密封膠材料試樣的拉伸強(qiáng)度一定幅度提高，達(dá)到0.43MPa，提高了34.38%。此時的拉伸斷裂伸長率也有一定幅度提高，為232%，比1%白炭黑添加量時提高了11.54%。由此可見，白炭黑的添加，對這種自流平硅酮密封膠材料的補(bǔ)強(qiáng)效果明顯。特別是當(dāng)添加9%白炭黑時，自流平硅酮密封膠材料試樣的拉伸強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到0.77MPa，是1%白炭黑添加量時的兩倍以上。此時的拉伸斷裂伸長率也達(dá)到276%，比1%白炭黑添加量時提高了32.69%。這是因?yàn)?，氣相法白炭黑材料的粒子尺寸較小，同時其比表面積較大，且含有較多的硅醇基[13-14]。當(dāng)將適量氣相法白炭黑添加到自流平硅酮密封膠材料中時，在密封膠材料體系中，各白炭黑粒子之間可以構(gòu)建出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時，這些白炭黑粒子還可以和密封膠材料體系中的聚合物分子進(jìn)行相互作用，增強(qiáng)材料體系中的界面粘接性[15]。為保證密封膠材料的良好流動性，優(yōu)選白炭黑添加量為5%。

2.2交聯(lián)劑添加量優(yōu)化分析

2.2.1自流平性能

在優(yōu)選白炭黑添加量條件下，探究不同甲基三丁酮肟基硅烷交聯(lián)劑添加量對自流平硅酮密封膠材料性能的影響。各材料自流平性能測試結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著自流平硅酮密封膠材料中交聯(lián)劑添加量的增多，材料的自流平厚度和自流平時間均減小。當(dāng)交聯(lián)劑添加量為2%時，自流平硅酮密封膠材料的自流平厚度和自流平時間分別是4.63mm、158s。當(dāng)交聯(lián)劑添加量增加到4%時，自流平硅酮密封膠材料的自流平厚度和自流平時間分別是3.94mm、137s，其中，自流平厚度減小14.90%，自流平時間減少了13.29%。特別是當(dāng)自流平硅酮密封膠材料中添加8%交聯(lián)劑時，材料自流平厚度減小到3.17mm，減小幅度為31.53%。此時材料自流平時間減少到103s，減少幅度為34.81%。由此可見，交聯(lián)劑的添加對增強(qiáng)自流平硅酮密封膠材料的流動性是有利的。

2.2.2力學(xué)性能

圖4為在優(yōu)選白炭黑添加量條件下，不同交聯(lián)劑添加量的自流平硅酮密封膠材料拉伸試驗(yàn)測試結(jié)果。

由圖4可知，在不同的交聯(lián)劑添加量條件下，各自流平硅酮密封膠材料在拉伸強(qiáng)度方面整體上表現(xiàn)為增大，但增大幅度不明顯。當(dāng)交聯(lián)劑添加量在2%～8%時，材料拉伸強(qiáng)度在0.51～0.56MPa。除此之外，隨著自流平硅酮密封膠材料中交聯(lián)劑添加量不斷增多，材料拉伸斷裂伸長率則呈現(xiàn)逐漸減小的規(guī)律。從圖4中可以看到，當(dāng)交聯(lián)劑添加量為2%時，自流平硅酮密封膠材料的拉伸斷裂伸長率較大，為254%；當(dāng)交聯(lián)劑添加量增多到4%時，自流平硅酮密封膠材料的拉伸斷裂伸長率則減小到247%。特別是添加8%交聯(lián)劑的自流平硅酮密封膠材料，其拉伸斷裂伸長率已經(jīng)減小到230%，這比2%交聯(lián)劑添加量時降低了9.45%。由此可見，交聯(lián)劑的添加基本不會對自流平硅酮密封膠材料的拉伸強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響，但會使其拉伸斷裂伸長率減小。這是因?yàn)?，交?lián)劑可以增大自流平硅酮密封膠材料體系的交聯(lián)密度，使得材料體系中能夠承載應(yīng)力的網(wǎng)鏈數(shù)量增多[16-17]。因此，拉伸強(qiáng)度有一定提高。但是，交聯(lián)劑的添加，會使得自流平硅酮密封膠材料體系中的分子鏈排列有序程度減小[18-19]。因此，拉伸斷裂伸長率下降。為保證密封膠材料的良好流動性以及力學(xué)性能，優(yōu)選交聯(lián)劑添加量為6%。

2.3施工應(yīng)用技術(shù)優(yōu)化

本試驗(yàn)以最佳添加量下制備的自流平硅酮密封膠為樣品，將其用于戈壁機(jī)場跑道砼灌縫。為獲得較好的戈壁機(jī)場跑道砼灌縫密封效果，其施工要點(diǎn)為：縮縫寬度應(yīng)不低于6mm，最佳縮縫寬度為9mm。脹縫則需要對密封膠位移量以及板塊伸縮量進(jìn)行測試，進(jìn)而確定接縫尺寸。除此之外，硅酮密封膠膠層的寬厚比應(yīng)為2∶1。在以上基礎(chǔ)上，對戈壁機(jī)場跑道砼灌縫進(jìn)行施工。

首先，對戈壁機(jī)場跑道砼灌縫進(jìn)行清潔，使接縫面干燥、堅(jiān)實(shí)。然后迅速將背襯材安裝好，對混凝土基材進(jìn)行上底涂工藝，并對密封膠材料進(jìn)行施打。在自流平硅酮密封膠施打過程中，需要將膠槍嘴按照45°的止斜角直接深入到縫中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行穩(wěn)定且連續(xù)的施打[20]。并注意調(diào)整打膠機(jī)的壓力、速度等參數(shù)。另外，自流平硅酮密封膠的膠面應(yīng)比機(jī)場道路界面低7～9mm，不需要對密封膠進(jìn)行整平處理。最后，對戈壁機(jī)場跑道砼灌縫進(jìn)行檢查，確保密封效果良好。

3結(jié)語

（1）在自流平硅酮密封膠中，白炭黑添加量與材料自流平厚度、自流平時間、拉伸強(qiáng)度和拉伸斷裂伸長率均呈正相關(guān)。白炭黑添加量為5%較好，此時自流平硅酮密封膠自流平性能和力學(xué)性能均良好；

（2）隨著自流平硅酮密封膠中交聯(lián)劑添加量增加，材料的自流平厚度和自流平時間均減小，自流平性能更好。同時，材料拉伸強(qiáng)度提高，而拉伸斷裂伸長率則減小。交聯(lián)劑添加量為6%較好；

（3）在優(yōu)選白炭黑添加量、交聯(lián)劑添加量下，按照本試驗(yàn)中的密封膠應(yīng)用技術(shù)，這種自流平硅酮密封膠可以適用于戈壁機(jī)場跑道砼灌縫，密封效果良好。