新型沥青路面灌缝胶的研制

张显安 叶峻宏 夏建芳 陈 晶

（1.湖北交通工程检测中心有限公司，湖北 武汉 430223；2.广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东 广州 510503；3.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南 长沙 410114；4.湖北交通工程检测中心有限公司，湖北 武汉 430223）

0 引言

目前，沥青路面灌缝材料主要分为热灌沥青[1]、冷灌沥青[2]及化学材料[3]。热沥青材料作为传统的灌缝胶虽价格低廉，但其耐久性差、寿命短[4]，且经济和环保效应较差。因此，有学者提出将冷灌沥青应用于裂缝修补中。乳化沥青作为胶结料，因其常温呈流动状态、可冷施工且受低温潮湿环境影响较小等优点，常被用作道路粘层材料[5]，但单纯的乳化沥青粘结性差、柔韧性差、强度形成慢，限制了其在养护中的应用[6]。为了研制出具有填补裂缝、防渗水的新型灌缝胶，笔者在改性乳化沥青中掺入水性环氧树脂，通过抗剪强度试验确定改性乳化沥青与水性环氧树脂的最佳掺配比，其接触角试验表明，该灌缝胶在处治路面裂缝的粘附性良好，具有提高路面使用性能和防止雨水渗入，避免路面进一步损坏的作用，工程应用表明，达到了对路面预防性养护的目的。本文就新型沥青路面灌缝胶的研制方法与成果进行介绍。

1 试验目的

针对沥青路面灌缝材料存在粘结性不高、低温脆裂、高温流淌等问题，采用水性环氧树脂和改性乳化沥青研制填补裂缝、防渗水的新型灌缝胶。

2 原材料与试验方法

2.1 原材料

（1）改性乳化沥青。

本文采用的是SBS改性乳化沥青（MEA），具体指标见文献[7]。

（2）水性环氧树脂。

水性环氧树脂（WER）分为A和B两组份，A组份为水性环氧树脂，B组份为固化剂。试验取质量比分别为A∶B=3:1、2:1、1:1三种配比，通过低速剪切的方法将每种配比材料充分混合到SBS改性乳化沥青中，最后借助拉拔试验确定其最佳配比为2:1。

2.2 试验方法

2.2.1 抗剪强度试验

抗剪强度试验参照《道桥用防水涂料》（JC/T975-2005）[8]中的方法，将AC-13 的车辙板切割成100mm×100mm×50mm的试件，按照要求在试件上涂刷灌缝胶。当灌缝胶破乳固化时，两个试件100mm×100mm的截面粘在一起。再用压力机施加荷载到0.5MPa，并稳压5min，卸载压力后将试件放于室内常温条件下养生固化。然后，采用剪切仪进行抗剪强度试验。

2.2.2 接触角与粘附功

灌缝胶的接触角采用KRÜSS液滴形状分析仪进行测量，以检测胶体与固体界面的接触角。主要步骤如下：将SBS改性乳化沥青（MEA）和灌缝胶分别涂覆在两个载玻片上，使表面尽可能平整光滑，并标记。待其固化后，用脱脂棉蘸取少量蒸馏水，将MEA和灌缝胶表面擦拭干净，除去灰尘等杂质，然后放入干燥器内干燥12h得到标准测试样。将沥青样品放到载物台上，调节分析仪的放大倍数和焦距，使试样成像清晰；在滴定窗口设置液滴体积和滴定速率，选择自动基线，待接触角清晰稳定后进行测量。

3 结果与讨论

3.1 水性环氧树脂含量与抗剪强度的关系

为研究灌缝胶的粘结强度，分别设置了5℃、25℃与60℃三种实验温度，保温时间均为45min，以此表征低温、常温与高温的不同温度状态。各温度下的试件分别按水性环氧树脂（WER）掺量为0%、10%、20%、30%、40%和50%，灌缝胶涂布量均为0.8kg/m2[9]，进行粘结材料的剪切实验，结果如图1所示。

图1 不同温度下各WER掺量的抗剪强度

由图1可知：（1）在一定掺量范围内，不同温度下的灌缝胶随WER掺量的增加，抗剪强度逐渐增加。40%掺量的灌缝胶，其强度达到最大值，相较于掺量为0%的灌缝胶，抗剪强度提高约30%。这表明改性WER作为灌缝胶是可行的，且WER 与MEA 的最佳掺配比为2:3。（2）当WER掺量超过40%时，随WER掺量的增大灌缝胶抗剪强度降低。（3）在WER掺量相同时，低温状态下的抗剪强度明显高于高温条件下的抗剪强度。（4）在三种温度状态条件下，抗剪强度变化规律一致，0~40%时抗剪强度逐渐增大，在40%时强度达到最大，掺量继续增大强度不再增长反而有所下降。

3.2 接触角与粘附功

采用接触角试验测量MEA与WER加入后的疏水性能，试验结果为：常温下MEA和灌缝胶两种材料与水的接触角平均值分别为82.6°和91.2°。

常温状态时，MEA的接触角小于90°，比正常情况下沥青的接触角更小。加入WER 后的接触角增大，大于90°，呈现疏水特性。可见WER的加入可使材料的亲水性得到改变，使材料具有更好的防水性能。

接触角测量只能定性评价材料的疏水与亲水性，采用粘附功可以定量评价两种材料与沥青混合料的粘结性能。可选择水和甘油两种测试液体并测量两种材料的接触角参数，通过计算得出，水的表面能γl、色散分量和极性分量分别为72.8mJ/m2、51mJ/m2和21.8mJ/m2，甘油的表面能γl、色散分量和极性分量分别为63.4mJ/m2、37mJ/m2和26.4mJ/m2，并结合SBS改性沥青的表面能参数评价其粘附性能。然后，应用Fowkes理论的计算公式[10]计算两相物质表面张力的色散分量和极性分量，可以得到SBS改性沥青与灌缝胶的粘附功，计算结果如图2所示。

由图2可知：（1）当温度相同时，灌缝胶的粘附功比MEA的粘附功大。（2）20℃时的灌缝胶与MEA粘附功均高于70℃的粘附功。（3）70℃时的灌缝胶粘附功仍比20℃时的MEA粘附功大，因此灌缝胶的抗高温性能较MEA得到了增强。（4）通过粘附功的计算进一步验证了抗剪强度试验的正确性，WER灌缝胶的抗剪强度高于MEA。

图2 不同温度测试材料与SBS改性沥青的粘附功对比

4 结束语

综上所述，本文采用水性环氧树脂和改性乳化沥青研制出填补裂缝、防渗水的新型灌缝胶，结论如下：

（1）随着水性环氧树脂掺入量增加，灌缝胶的抗剪强度不断增加。但达到一定量时，趋于稳定，从而得到水性环氧树脂和改性乳化沥青的最佳掺配比例为2:3。

（2）水性环氧树脂的加入能够增大改性乳化沥青的接触角，灌缝胶的接触角大于90°，呈现疏水特性。

（3）灌缝胶的表面能大于改性乳化沥青的表面能，且灌缝胶的粘附功大于改性乳化沥青的粘附功，20℃和70℃时分别大6.64%、6.45%。