環氧改性聚氨酯裂縫修復材料性能研究

徐彥峰

內鄉縣公路事業發展中心,河南 南陽 456300

0 引言

填縫、抗裂貼封縫是目前我國半剛性基層瀝青路面裂縫最常用的修補方法[1],經長期實踐發現,此類修補方法耐久性不足,且具有較高的失效率,為此,開展瀝青路面裂縫修補性能研究具有重要意義。本文針對工程實例,提出了使用環氧改性聚氨酯修補裂縫,旨在通過試驗測試路面的水穩定性和低溫抗裂性能,以期修復裂縫病害,改善路面的路用性能。

1 試驗分析

本文以某公路工程為例,原路面面層結構為“改性AC-13(5 cm)+改性AC-20(6 cm)+瀝青AC-25(7 cm)”,為了保證路面面層裂縫經環氧改性聚氨酯材料修補基本上和原路面結構保持一致,在該試驗研究中,均采用AC-13C型瀝青混合料為全部瀝青混凝土試件。表1為集料合成級配組成。

表1 集料合成級配組成

經馬歇爾試驗可知,瀝青混合料的最佳油石比和密度分別為5.1%、2.487 g/cm3。根據試驗相關規定,結合路面裂縫實際統計情況,基于適用性考慮,以5 mm寬裂縫為馬歇爾試件進行分析,并同時進行無裂縫完好標準馬歇爾試件的制備。

2 水穩定性分析

2.1 浸水馬歇爾試驗及結果分析

為評價裂縫修補組合結構體系的水穩定性,本文采用了浸水馬歇爾穩定度試驗,并利用平行對比試驗法,對修補后的組合結構體系和原狀混凝土試件進行對比分析。

試驗中采用自動馬歇爾試驗儀,加載速度為50 mm/min。馬歇爾試驗浸水時,應完全浸沒在60 ℃恒溫水箱內[2]。按公式(1)計算試件的浸水殘留穩定度。

(1)

式中：試件的浸水殘留穩定度由MS0表示;浸水48 h后的穩定度由MS1表示;試件的穩定度由MS表示。

以5.1%為油石比,經測試可得標準試件浸水馬歇爾試驗結果,如表2所示。

表2 浸水馬歇爾試驗結果(標準試件)

根據現行規定,改性瀝青混合料殘留穩定度大于等于85%,表明在標準試件,即無裂縫試件當中,馬歇爾試件的殘留穩定度可滿足規定。

為了解環氧改性聚氨酯材料修補裂縫的效果,進行5 mm寬裂縫試件浸水馬歇爾試驗,其試驗結果如表3所示。

表3 浸水馬歇爾試驗結果(5 mm寬裂縫試件)

由此可見,5 mm寬裂縫試件在通過浸水馬歇爾試驗后,其殘留穩定度為85.6%,仍可滿足規定要求,表明修補效果良好。

相比標準試件,修補后的試件殘留穩定度為其95.4%,表明環氧改性聚氨酯材料的水穩定性良好,同樣也說明,裂縫經修補后,具有良好的耐水損壞性能。

2.2 凍融劈裂試驗及結果分析

為了檢驗混合料是否能夠經受住凍融循環后的影響,本文進行了凍融劈裂試驗,以此對混合料的綜合水穩定性進行評價[3]。

按公式(2)～(3)計算劈裂抗拉強度,具體如下。

RT1=0.006 287PT1/h1

(2)

RT2=0.006 287PT2/h2

(3)

式中：未進行凍融循環的每一個試件的劈裂抗拉強度由RT1表示;未經凍融循環的每一個試件的試驗荷載值由PT1表示;未經凍融循環的每一個試件的高度由h1表示。凍融循環后的每一個試件的劈裂抗拉強度由RT2表示;凍融循環后的每一個試件的試驗荷載值由PT2表示;凍融循環后的每一個試件的高度由h2表示。

按公式(4)計算凍融劈裂抗拉強度比(TSR),具體如下。

(4)

根據試驗可知,表4為標準試件的凍融劈裂試驗結果,表5為5 mm寬裂縫試件的凍融劈裂試驗結果。

表4 凍融劈裂試驗結果(標準試件)

表5 凍融劈裂試驗結果(5 mm寬裂縫試件)

按照現行規定,凍融劈裂抗拉強度比應滿足大于等于80%,2種試件的凍融劈裂抗拉強度比均可滿足規定要求。

為了更好地掌握2種不同試件在未經凍融劈裂和經過凍融劈裂的抗拉強度情況,對兩者進行了對比分析,圖1為2種試件未經與經過凍融劈裂的劈裂抗拉強度對比圖。

圖1 不同試驗條件下2種試件劈裂抗拉強度圖

由圖1可見,相比標準試件,無論是在未經凍融劈裂前,亦或是經過凍融劈裂后,5 mm寬裂縫試件的劈裂抗拉強度均較小。究其原因在于,通過切割機切割后的標準馬歇爾試件,其原有整體結構已被破壞,這種情況下,切割界面拉毛程度很難媲美自然開裂狀態的程度,因此,降低了裂縫修補材料和切割界面之間的粘結效果。通過凍融劈裂試驗分析,可得出裂縫采用環氧改性聚氨酯材料修補后,其抗水損壞能力較強。

3 低溫抗裂性能分析

混合料的低溫抗裂性能可通過彎曲拉伸試驗檢測,采用小梁彎曲拉伸試驗法[4],可按公式(5)～(7)計算相關試驗指標。即試件破壞時的抗彎拉強度(RB)、最大彎拉應變(εB)、彎曲勁度模量(SB)。

(5)

(6)

(7)

式中：試件跨中斷面寬度由b表示;跨中斷面高度由h表示;跨徑由L表示;試件破壞時最大荷載由PB表示;試件破壞時跨中撓度由d表示。

在試驗中,針對標準試件和5 mm寬裂縫試件2種試件,提出測試0、5、15、20、25 ℃不同溫度下,小梁試件的彎拉強度、彎拉應變(ε×10-3)及彎拉勁度模量,試驗結果如表6所示。

表6 彎曲拉伸試驗結果

根據表6可得出以下結果。

3.1 抗彎拉強度方面

裂縫修補后,隨著溫度的升高,試件的抗彎拉強度仍有所下降,表明即便修補裂縫,但小梁結果內部存在的損壞,仍舊無法完全修復,一定程度上,其抗彎拉強度下降。但對比分析不同溫度條件下,修補后的小梁試件和標準試件之間的彎拉強度比,下降幅度較小,整體上來講,通過環氧改性聚氨酯材料修補后,路面結構的低溫抗裂性能仍較好。

3.2 彎拉應變方面

隨著溫度的升高,2種試件的最大彎拉應變均有所增大。當溫度小于5 ℃時,修補后的小梁試件最大彎拉應變具有很小的變化,其原因主要在于低溫條件下,瀝青混合料和裂縫修補材料的彈性模量基本一致,壓力影響下,兩者協調變形,說明低溫條件下,環氧改性聚氨酯材料修補之后,試件仍具有良好的抗變形能力。

3.3 彎曲勁度模量方面

隨著溫度的升高,2種試件的彎曲勁度模量均有所下降,但相比標準試件,修補后的5 mm寬裂縫試件彎曲勁度模量均在同溫度條件下的標準試件以下,與相關要求相符,即抗彎拉強度與破壞時彎拉應變相關數據,說明在低溫狀態下,修補后的試件具有良好的抗彎曲開裂性能。

4 結束語

經浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗及彎曲拉伸試驗評價分析,瀝青路面層裂縫經環氧改性聚氨酯材料修補后,其水穩定性、低溫抗裂性能良好,具有良好的施工應用效果,可滿足工程施工要求。