界面条件对嵌缝料与混凝土板壁粘结性的影响

刘宏晋

随着我国公路事业的迅速发展,水泥混凝土路面已成为高等级路面的主要铺装形式之一。在水泥混凝土面板中,为了防止因混凝土伸缩变形和翘曲变形而产生的不规则裂缝,需要设置纵向接缝和横向接缝,将面板划分为较小尺寸的板。接缝是水泥混凝土路面不可缺少的组成部分,同时又成为水泥混凝土路面最薄弱、最容易破损的部位。各类接缝的槽口需要采用嵌缝料来填封,以避免路面上杂物和水分的渗入,保证接缝嵌缝料与水泥混凝土板壁的良好粘结特性,防止雨水及砂石等杂物进入接缝,对提高水泥混凝土路面使用性能和延长结构寿命是极为重要的。因此,本文利用测力延度仪,分别对聚氯乙烯胶泥、橡胶沥青、聚氨酯和硅酮4种嵌缝料与水泥混凝土板壁的粘结性能进行拉伸试验,探讨水泥混凝土板壁的界面条件对嵌缝料与水泥混凝土板壁的粘结性能的影响。

1 试验部分

1.1 原材料

市场上嵌缝料种类繁多,综合考虑工程上所用品种和材料所属类型的不同,本研究欲采用2种加热施工式嵌缝料(热料)和2种常温施工式嵌缝料(冷料)进行研究,其试件代号、材料类别及生产公司见表1。

表1 4种嵌缝料的试验代号、材料类别及公司

界面条件:污染指潮湿的污泥等脏物沾满粘结界面;潮湿指在室温水中浸泡1 d以上;干燥指在70℃干燥箱内存放1 d;底涂剂指水泥混凝土板壁上均匀涂满底涂剂primerHM,待5 h后再灌入嵌缝料。

1.2 试验方法

试验方法参照JT/T 589-2004水泥混凝土路面嵌缝密封材料。粘结基材采用7 d龄期以上的水泥砂浆块,水泥砂浆块利用自制磨具,由普通硅酸盐水泥、水和砂混合组成,水灰比为 0.4,灰砂比为1∶3,水泥砂浆试块在常温下至少养护7 d。两块砂浆试块构成8字形,每一个试样包含两块干燥界面的水泥砂浆块,将两块水泥砂浆块平放,中间留12 mm距离,两端分别用12 mm×20 mm×40 mm的木头块,涂抹隔离剂后作为隔离垫块。在涂满隔离剂的铁板上将两块粘结基材与两块隔离木头块组装成空腔,将嵌缝料填入空腔内。在灌入过程中,尽量不要让嵌缝料流出空槽。将准备好的试样放置在温度为-18℃的冰箱中16 h左右,当粘结强度测试时,试样从冰箱取出后立即将试块放入LYY-9B型调温调速沥青测力延度仪的自备夹具里,以3 mm/min的速度均匀拉伸,如果嵌缝料从水泥基材块表面脱落或本身出现裂纹即停止拉伸,记录最大拉力值和伸长量。如果试样从粘结面破坏,则破坏值就是粘结强度,可认为拉伸强度大于粘结强度;如果试样从中间断裂,则破坏值就是拉伸强度,其粘结强度大于拉伸强度。

2 结果与讨论

将四种界面条件下的试样放入-18℃冰箱冷冻16 h左右,立即放入LYY-9B型调温调速沥青测力延度仪,按照3 mm/min的速度进行拉伸试验,试验结果见表2,并把最大伸长率和粘结强度与界面条件的关系绘制成如图1,图2所示的形式。

表2 四种界面条件下的嵌缝料与水泥混凝土的粘结性能

根据表2可以看出,污染、潮湿、干燥、底涂剂四种界面条件下,4种嵌缝料与水泥混凝土板壁的最大伸长率都是逐渐增大,粘结强度逐渐增大。在4种界面条件下,4种嵌缝料与水泥混凝土板壁的拉伸破坏形式都为粘附失效破坏。这说明这4种嵌缝料与水泥混凝土板壁的粘结强度均小于嵌缝料的拉伸强度。根据图1,图2可以看出,在水泥混凝土板壁上涂抹一层底涂剂后,嵌缝料与水泥混凝土板壁的粘结性能显著增加,聚氯乙烯胶泥与水泥混凝土板壁的最大伸长率增加了25.9%,粘结强度增加了103%;橡胶沥青与水泥混凝土板壁的最大伸长率增加了31%,粘结强度增加了3.5%;聚氨酯与水泥混凝土板壁的最大伸长率增加了17.5%,粘结强度增加了6.6%;硅酮与水泥混凝土板壁的最大伸长率增加了13.8%,粘结强度增加了20.6%。根据图1,图2还可以看出,在水泥混凝土板壁受潮或者受到污染时,嵌缝料与水泥混凝土板壁的粘结性能显著降低,比如潮湿情形下,硅酮与水泥混凝土板壁的最大伸长率降低了22.1%,粘结强度降低了31%;污染情形下,硅酮与水泥混凝土板壁的最大伸长率降低了30.4%,粘结强度降低了41.4%。

作为基材的水泥砂浆板并不是一个密实体,表面和内部存在很多空隙和孔隙。所以,当粘结面为污染时,由于污垢填满了水泥砂浆板中的空隙和孔隙,实际上由水泥混凝土板壁与橡胶沥青的粘结变成了污泥等杂物与橡胶沥青的粘结,从而粘结性能降低;当粘结面为潮湿时,由于水填满了水泥砂浆板中的空隙和孔隙,接缝材料渗入受到限制,两种材料间的粘结仅仅依靠接缝材料的自粘能力,从而粘结性能降低;当在粘结界面涂抹一层底涂剂后,由于底涂剂中含有稀料,将粘稠的高分子大分子变得稀薄,更容易渗入基体,所以施工过程中在水泥混凝土板壁涂上一层底涂剂,能够显著的增强嵌缝料与水泥混凝土板壁的粘结性能。

3 结语

1)试验结果表明,在污染、潮湿、干燥、底涂剂四种界面条件下,4种嵌缝料与水泥混凝土板壁的最大伸长率都是逐渐增大,粘结强度逐渐增大,即嵌缝料与水泥混凝土板壁的粘结性能逐渐增强。2)硅酮与水泥混凝土板壁的粘结性能受界面条件的影响最小,橡胶沥青与水泥混凝土板壁的粘结性能受界面条件影响较大,在潮湿多雨的地区,选择硅酮作为嵌缝料更加合适。

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