聚合物砂浆道路养护材料的工程应用探讨

韩晓丽

（山西省公路局阳泉分局，山西 阳泉 045099）

0 引言

某高速公路自建成运行以来，随着车辆载荷量增大及各种恶劣气候等的不利影响，沿线多处路段先后出现不同程度的裂缝、翻浆和坑槽病害，为保证行车安全舒适性，尽快恢复路用性能，延长使用寿命，须及时进行病害修复。公路管理部门在全面调查病害程度的基础上，考虑到病害路段交通量大，对快速开放交通有较高要求，故采用聚合物砂浆道路养护材料进行养护施工。

1 材料性能试验

1.1 试验仪器

材料性能试验主要选用长春某试验仪器有限公司所生产的WDW-3100型微机控制万能试验仪、沧州JG仪器设备有限公司所生产的JJ-6型水泥胶砂拌和机、浙江LJ仪器厂所生产的SJD-35型强制式单卧轴混凝土拌和机及设计尺寸40mm×40mm×150mm的水泥胶砂强度测试模具等试验仪器。

1.2 试验材料及方法

原材料主要采用鹤城某科技公司生产的SH-1双组份聚氨酯树脂、上海OS化工科技公司生产的SH-2双组份聚氨酯树脂、山东HC高科胶黏剂有限公司生产的SD-1和SD-2双组份聚氨酯树脂以及南京PN偶联剂公司生产的KH-650硅烷偶联剂、工程所在地当地生产的石英砂和矿粉。

按照《水泥胶砂强度检验方法》（GB/T17671—1999）所规定的试验方法，通过不同粒径石英砂和粉料的掺配得到级配砂，并按不同设计比将级配砂和聚氨酯材料混合，置入水泥胶砂拌和机搅拌均匀后浇入模具使其固化成型[1]。将试块取出后在25℃的温度、60%及以下的相对湿度下养护24h。测试试块的抗压强度、抗弯折强度及反映材料柔韧性能的挠度等力学性能指标，将所测得的性能参数取值与相关规范要求比较后进行性能优化。

1.3 试验结果

根据试验结果及材料的可取得性等，在性能试验的基础上选出SH-1、SH-2、SD-1、SD-2及LM-1五种聚氨酯树脂材料进一步进行其强度、黏度、韧性、裹附性、操作时间等性能的检验，以确定最适宜的聚氨酯树脂材料。待试验的双组份聚氨酯树脂材料均按1：1的质量比混合，并根据混合后的材料黏度确定级配砂的掺量，考虑到聚合物砂浆施工成本和材料性能受砂胶比影响较大，为增强树脂材料对石料的裹覆性，应选择黏度低[3]的聚合物砂浆材料。应在树脂材料组分充分混合且黏度开始增大、凝胶现象开始出现前进行使用。试验结果表明，SH-1聚氨酯树脂材料黏度4800mPa·s、裹覆性优、材料可操作时间为10min、24h拉伸强度2.1MPa、断裂伸长率380%；SH-2聚氨酯树脂材料黏度1750mPa·s、裹覆性优、材料可操作时间为8min、24h拉伸强度3.8MPa、断裂伸长率160%；SD-1聚氨酯树脂材料黏度7000mPa·s、裹覆性良、材料可操作时间5min、24h拉伸强度4.6MPa、断裂伸长率108%；SD-2聚氨酯树脂材料黏度5500mPa·s、裹覆性良、材料可操作时间6min、24h拉伸强度7.5MPa、断裂伸长率88.2%；LM-1聚氨酯树脂材料黏度9000mPa·s、裹覆性差、材料可操作时间3min、24h拉伸强度11.5MPa、断裂伸长率54.5%。

根据试验结果，SH-1、SH-2聚氨酯树脂材料可操作时间较长，黏度低，裹覆性较好，而其中SH-1材料强度低柔韧性好，SH-2强度和柔韧性均适中。综合比选后，本工程采用双组份SH-2聚氨酯树脂材料，该材料为无色透明状液体，A组份和B组份黏度分别为1040mPa·s和560mPa·s。

1.4 聚合物砂浆性能优化

1.4.1 级配优化

聚合物砂浆的密实性、强度等性能会因使用级配砂而显著提升，本工程级配砂主要由不同粒径石英砂和粉料按设计比掺加拌制而成。不同级配下石英砂粒径曲线见下图。

图1 石英砂粒径曲线

按照设计比及树脂与不同级配石英砂1:5的砂胶比进行双组份SH-2聚氨酯树脂材料试拌后，进行混合料的流动性、和易性及粘聚性等的观察。其中和易性是聚氨酯树脂材料对级配砂浸润及裹覆后对拌和均匀性的影响程度，和易性主要受树脂浸润能力、石英砂级配设计及粉料掺加比等的影响；混合料流动性主要通过模拟水泥砂浆流动性的测试方法进行检测；粘聚性是聚合物砂浆材料内部粘聚力大小的反映，也是砂浆材料密实性与强度的体现。试验表明，聚合物砂浆与级配D的混合料在流动性、和易性及粘聚性方面最佳，故选择级配D。

1.4.2 砂胶比优化

通常情况下，砂胶比越高则聚合物砂浆养护材料性能越好，但会增大施工成本，本工程主要基于试块强度、韧性、施工成本等因素通过试验确定砂胶比。将聚合物砂浆与级配D的混合料按照不同砂胶比成型并养护24h，试验结果显示，砂胶比3.5:1时试块挠度14.76mm、抗折强度9.34MPa、抗压强度23.75MPa；砂胶比4.0:1时试块挠度13.98mm、抗折强度9.89MPa、抗压强度24.49MPa；砂胶比4.5:1时试块挠度13.42mm、抗折强度10.84MPa、抗压强度26.59MPa；砂胶比5.0:1时试块挠度12.21mm、抗折强度11.78MPa、抗压强度28.41MPa。根据试验结果，砂胶比降低后聚合物砂浆试块的抗压强度和抗折强度明显提升，挠度则逐渐减小，且当砂胶比4.5:1时挠度减小最为明显，综合考虑各项性能后取砂胶比为4.5:1。

表1 聚合物砂浆性能与养护温度的关系

2 聚合物砂浆道路养护施工

2.1 路面施工

本公路养护施工设备主要采用小型卧式混凝土搅拌机，聚合物砂浆材料包括A、B、C、D组分，用量分别为聚氨酯树脂SH-2的A组分100g、聚氨酯树脂SH-2的B组分100g、级配D石英砂900g和KH550偶联剂10g。将砂浆材料拌和均匀后倒入修补槽，并从低向高施工，待施工至顶面后刮平处理，并在前方设置塑料挡板，以防止砂浆材料流淌，等聚合物砂浆黏度提升至设计值后再收平表面。

2.2 开放交通

养护施工路段聚合物砂浆材料完全固化后便可开放交通，其固化时间主要取决于环境温度，所以，应根据环境温度及聚合物砂浆材料硬化情况进行开放时间的调整。经测试，本工程病害养护路段养护施工时环境温度在23～25℃之间，且聚合物砂浆施工体量较大，其放热温度至少为35℃，所以养护结束后3h便可开放交通。

3 结语

本公路养护施工实践表明，聚合物砂浆养护材料具有施工简便、开放交通快速、不使用或少使用大型机械设备等技术优势，能延长养护路段使用寿命。但与沥青等常规性养护材料相比，聚合物砂浆材料的高成本制约了其高等级公路养护领域推广应用，可通过聚合物砂浆材料砂胶比的调整等方式适当降低其施工成本，使其在高等级公路养护施工领域具有更广阔的应用前景。