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沥青路面灌缝材料研究进展(二)

(常温)灌沥青

随着社会的发展,人们的环保意识不断提高,对工作环境也提出了更高的环保要求,而热灌沥青施工时挥发出有害物质,危害工人的身体健康,造成沿路空气污染,而乳化沥青产生有害物质很少,宋哲玉等研究表明,乳化沥青挥发产生的有害物质比热沥青大大下降,其中致癌物质苯并芘下降7.4倍,酚类下降136倍,总烃下降9倍。近年来,由于乳化沥青具有无需加热,施工方便,节省能源,更加环保的显著优点,以乳化沥青为基础的冷(常温)施工灌缝材料发展迅速。冷灌沥青材料主要包括乳化沥青、改性乳化沥青等。

乳化沥青。乳化沥青是将沥青热融、经过机械的高速剪切作用,将沥青破碎成微小颗粒分散于含有乳化剂的水榕液中,形成一种均匀分散胶体。乳化沥青在常温下呈液态,有极好的流动性和浸润能力,可渗透到裂缝中,待裂缝中的沥青乳液水分逐渐蒸发,直至乳液破乳后便可封堵裂缝,因此,沥青乳液完全可以作为灌缝材料,尤其是在潮湿的路面使用,施工时无需加热,对路面清洁度要求低。乳化沥青较热沥青具有显著的优点阳,乳化沥青一般是水包油型乳状液,不怕水,能裹覆潮湿石料,低温不影响其流动性和浸润性,故可在雨后、潮湿裂缝或低温条件下进行施工,而热沥青在潮湿状态或低温条件下的效果极差;由于乳化沥青具有极好的流动性和渗透性,因而用于未成熟的轻度裂缝的效果较好,而热沥青浸润性略差些,更多地用于成熟裂缝;乳化沥青不需或稍许加热便可使用,更加环保,其施工费用较低,使用安全方便且节约能源。所以,乳化沥青在某些特定情况下也用于裂缝的修补。但是,乳化沥青的黏结性能比热沥青差,故其更多的用于没有或是有较小水平位移裂缝的修补,且多在裂缝处于潮湿状态或低温天气等环境条件较恶劣情况下,作为裂缝的应急补缝材料。所以,若要扩大乳化沥青应用的范围,必须提高其性能以满足灌缝材料性能的需要,可根据不同情况掺人添加剂或改性剂,制成高性能改性乳化沥青后使用。改性乳化沥青。沥青乳化只是改变沥青的物理状态,并不改变沥青的化学性质,因而乳化沥青灌缝破乳后起封堵裂缝作用是沥青,但沥青的性能远不能满足灌缝材料的性能要求。需要根据不同情况加入改性剂制成性能不同的改性乳化沥青,通常使用的乳化沥青改性剂是聚合物乳液,改性工艺是将聚合物乳液与乳化沥青和其它添加剂均匀混合。改性乳化沥青的性能主要取决于聚合物乳液的类型和添加量。目前常用的聚合物有丁苯橡胶(SBR)、乙烯-酯酸乙烯共聚物(EVA)及环氧树脂(EP),且都可制成乳液作改性剂使用。其中SBR是合成橡胶中应用最广的一种,其综合性能较好,强度较高、延伸率大,抗磨性和耐寒性亦较好。用SBR乳液改性得到的乳化沥青破乳后具有很好的低温抗裂性能,同时具有较好的延展性和弹性,非常适合严寒地区使用。

化学类材料。化学类灌缝材料一般是由AB两种组分通过化学反应制得,A组分一般为高分子聚合物单体,B组分为固化剂、交联剂和催化剂等助剂。AB两组分通过化学交联反应使之从液态转变为固态。包括有机硅橡胶、聚硫橡胶和聚氨酯橡胶等。

有机硅橡胶。有机硅橡胶是单体烧氧基硅与固化剂、交联剂混合后发生化学反应,使组分从液态变为固态而自我成形的材料。发生化学固化反应后的有机硅橡胶是一种高分子聚合物,具有良好的耐老化、抗紫外线及自流平性能闹。根据SHRP-89-H-106的研究表明,该类路面灌缝材料的有效期可以达到6-7年。因而有机硅橡胶作为路面灌缝材料使用。聚硫、聚氨酯橡胶及其复合型。聚硫密封剂于20世纪50年代问世,是以液态聚硫橡胶为基体材料,配合增蒙古剂、固化剂、促进剂、补强剂、增塑剂等助剂制成的密封剂。其具有优良的耐紫外、耐燃油、液压油、水和各种化学药品性能以及耐热、耐大气老化性能。聚氨酯密封剂中含有强极性和化学活泼性的-NCO(异氨酸酯)、-NHCOO(氨基甲酸酯基团),与含有活泼氢的材料如泡沫、塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料,以及金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的化学黏接力,并具备优异的柔韧特性。聚硫、聚氨酯橡胶均属于室温硫化橡胶类产品,其模量低、位移能力较高,在普通道路、高速公路、机场等路面的嵌缝密封中应用广泛。近年来对聚硫、聚氨酯密封胶的研究主要集中在物理改性上,即通过不同的功能添加剂和助剂来改善聚合物的性能。万小龙等发明了一种道路裂缝修补用双组分聚氨酯嵌缝剂,是由多元醇混合物和聚氨酯预聚体发生交联反应形成聚氨酯得到。该材料伸长率、拉伸强度、撕裂强度等力学性能优异,抗老化性能好,且更加环保。杨元龙等在此基础上通过制备工艺的改进及耐老化剂助剂的加人,聚氨酯的耐久性优越。王硕太等以自主制备的聚硫氨酯液体橡胶为原股,加入活性填料、增塑剂、缓硫化剂等助剂,再加人硫化剂、助硫化剂、增塑剂等固化剂,制备出了兼具聚氨酯、聚硫橡胶结构特征的新型聚硫氨酯密封胶。Roklin公司开发出用于可用于路面裂缝快速修补的聚氨酯树脂,其突出特点是固化快,最大限度减少施工时间,施工人数少,不需要专用设备,非常适合于应急修补,可以在寒冷天气进行。化学类材料虽然具有耐老化、抗紫外线及良好的白流平性能,但其大多数用于机场跑道、水泥混凝土路面的嵌缝及接缝处理中,要大规模应用于高等级沥青路面的灌缝及嵌缝施工中还需要解决廉价型施工设备等问题。

结语

交通运输“十二五”发展规划指出,要加快推行预防性养护。加强预防性养护新设备、新材料、新技术和新工艺的研究,推行低碳、环保、节能养护,努力形成成套技术标准体系。因此,预防性养护在国内公路交通运输中将占有越来越重要的地位。近年来,公路路面灌缝材料的研究是预防性养护技术领域最重要的研究方向之一,而且也取得了重要进展,但高性能、低成本路面灌缝材料的开发仍然是道路养护工作者的一项长期、艰巨的任务。热灌沥青材料应用较早,技术较为成熟,但是复杂的施工步骤和昂贵的灌缝设备限制了其应用范围;化学类材料的性能很好,专用性强,价格昂贵,适用于高等级的路面;冷灌沥青由于无需加热,能耗低,更环保,施工简便,性价比高,成为近年来灌缝料开发的热点和重点,具有不可估量的发展潜力。不论是路面灌缝新型材料还是传统材料,未来都必须沿着:(1)使用方便,操作简单,施工快捷,迅速开放交通;(2)污染小,更加环保,对工人的身体伤害小;(3)使用性能优良,性价比高的方向发展。


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