带水施工修补材料研发及其在渗水路面修补中的应用

尹昌宇，彭馨彦，刘建钊

（1.广州市市维新材料科技有限公司，广东 广州 510280；2.广州市市政工程维修有限公司，广东 广州 510280；3.中国国检测试控股集团股份有限公司，北京 100024）

0 引言

坑槽、孔洞修补是道路养护的重点内容之一。目前，常用的路面坑槽修补材料有磷酸镁水泥、聚合物改性水泥、高铝水泥等无机修补材料[1-2]和环氧树脂、聚氨酯等有机类修补材料[3]。由于路面受多种因素作用，对修补材料性能有较高要求，如优良的粘结强度、防水抗渗性、抗冲击性能及耐久性等，并要求施工快、养护期短[4]。

有机类修补材料以其界面粘结强度高、韧性佳、弹性优于无机材料等特征得到广泛关注[5-6]。但是，有机类修补材料如环氧树脂对于带水基面的粘接效果不佳，修补时需清除积水并烘干，然而在有隧道或有渗水的路段，无法烘干基面，造成工期延长，且难以保障施工质量。因此，有必要针对渗水基面研发一种可带水施工、粘结强度好、抗压抗折强度高且能快速开放交通的修补材料。本文从环氧树脂胶改性研究入手，将其与砂石料混合，形成可带水施工的高性能坑槽修补材料（super epoxy resin,SER）。采用SER对渗水路面进行修补可缩短施工及养护围蔽时间，减少维修频率，大幅降低道路养护施工对交通的影响，有明显的经济和社会效益。

1 试验

1.1 胶黏剂

SER主要由胶粘剂、填料及骨料组成，其中，胶粘剂为SER-16型改性环氧胶，填料为氧化钙（CaO），骨料由中砂及瓜米石组成。SER-16由广州市市维新材料科技有限公司研发，经对环氧树脂增韧改性并结合腰果酚改性酚酫胺技术制备而成，主要技术指标见表1。附着力促进剂7130购自佛山泰格聚合物技术有限公司。中砂与瓜米石符合JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》要求，使用前经干燥处理，含水率0.9%，含泥量0.7%，瓜米石粒径5～10mm。

表1 SER-16型胶粘剂主要技术指标Tab.1 Technical properties of SER-16

从表1可以看出，SER-16的固含量为99.5%，基本不含挥发性组分。这能有效减少修补材料对施工人员健康和环境的危害。此外，SER-12具备优异的力学性能和耐老化性能，良好的粘接强度保障了修补料与原水泥路面结构的粘结效果，可延长使用寿命，减少维修次数。在行车荷载作用下，修补材料会频繁受到剪切作用，SER-16的抗剪强度达到19.2MPa，远高于普通修补材料。同时，SER-16具备较高的断裂延伸率，可赋予修补材料良好的柔韧性。耐腐蚀试验和加速老化结果表明SER-16还具有良好的耐久性。

1.2 试样制备

将SER-16的A、B两组分按固定配比调配，加入适量填料搅拌均匀后备用。将搅拌均匀的胶液与定量骨料（砂石比为5:5）按设定胶石比混合均匀后备用。

砂浆块粘接试样：将混合均匀的混合料按预定用量均匀摊铺在水泥混凝土块上，按设定条件养护对应时间后用植筋胶将钢制接头粘在面层上，在室温下（23±2℃）养护3d（条件）后备用。制备浸水砂浆块粘接试样时需提前将砂浆块在水中浸泡24h，在成型时保持浸水，保持水面距砂浆块顶面约1cm。

水煮老化：将成型的浸水砂浆块试样在80℃热水中煮设定时间，取出后粘上接头备用。

马歇尔试样：将调好的胶液与骨料按照1:9质量比搅拌均匀，然后按Φ101.6mm×63.5mm尺寸通过手工插捣成型试样。

抗压、抗折强度：将搅拌均匀的胶液与定量骨料混合制备混合料，胶石比为1:9，砂石比为5:5，参考水泥混凝土立方体抗压试验方法，插捣成型150mm×150mm×150mm抗压试件和150mm×l50mm×600mm抗折试件。

1.3 测试与表征

粘接性能：在电子万能试验机（GMT 4104，深圳市新三思材料检测有限公司）进行测试。试验速率为2mm/min。

马歇尔试验：按JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，在马歇尔稳定度测定仪（(LD190-Π,北京朝阳路达仪器有限公司）进行测定。

抗折强度与模量：按JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》，在电子万能试验机（GMT 5105，深圳市新三思材料检测有限公司）进行测定。抗折强度试验速率0.06MPa/s，抗折弹性模量试验速率0.15kN/s。

抗压强度：在电子万能试验机（YAW 54306，美特斯工业系统中国有限公司）按JTG E30-2005测定。试验速率0.7MPa/s。

2 结果与讨论

2.1 粘接性能

表2为填料用量对浸水砂浆块粘接性能的影响。由表2可知，填料用量对浸水砂浆块粘接性能有明显影响。在添加2.5%的填料后，浸水砂浆块的粘接强度由添加前的1.76MPa提高到2.07MPa，破坏形式由界面破坏变为复合破坏。随着填料用量的增大，粘接性能逐渐提高。当添加量为7.5%时，粘接强度达到3.12MPa，破坏形式变为混凝土破坏。可见，添加氧化钙可明显改善胶粘剂对浸水砂浆块的粘接性能。

表2 氧化钙用量对SER浸水砂浆块粘接性能的影响Tab.2 Influence of amount of CaO on bonding property of SER mortar blocks

2.2 耐水煮老化性能

表3为氧化钙填料用量对耐水煮老化性能的影响。由表3可知，加入填料可明显提高SER耐水煮老化性能。未添加氧化钙时，SER在80℃热水煮168h后粘接强度由老化前的1.76MPa下降到0.42MPa，破坏形式为界面破坏；添加7.5%的氧化钙时，水煮老化后的粘接强度达到2.07MPa，且破坏形式仍为混凝土破坏。但延长水煮老化时间至14d，添加7.5%氧化钙的粘接强度进一步下降至1.13MPa，破坏形式也变为复合破坏。为提升材料耐水煮老化性能，添加了1.2%的7130树脂，其在80℃水煮14d的粘接强度保持在2.5MPa以上，且破坏形式仍为砂浆块破坏。可见，添加氧化钙可提升SER对浸水砂浆块粘接耐久性，加入附着力促进剂可进一步提升粘接耐久性。

表3 SER耐水煮老化性能Tab.3 Water boiling aging resistance of SER

2.3 水稳定性能

表4为SER动稳定度数据。从表4可以看出，SER具有很好的高温稳定性。在测试条件为70℃、0.9MPa时，SER动稳定度达到35480次/mm，在相同温度压力条件下，浸水后动稳定度有所下降，但仍达到20160次/mm。优良的高温稳定性可赋予桥面良好的抗车辙能力，满足南方湿热地区对道路材料的特殊要求。

表4 SER混合料动稳定度Tab.4 Dynamic stability of SER mixture

表5为混合料马歇尔试验结果。由表5可知，混合料的吸水率随胶用量下降而升高，常规马歇尔稳定度及残留稳定度则随之下降。当胶石比为1:9时，混合料吸水率为0.33%，常规马歇尔稳定度及残留稳定度分别为37.76kN、92.4%。综合成本、性能考虑，建议胶石比为1:9。

表5 SER混合料马歇尔试验结果Tab.5 Marshall test results of SER mixture

2.4 力学性能

表6为混合料抗压抗折强度。由表6可知，SER混合料具有优良的力学性能。SER混合料在23℃养护3h，抗压强度可达21.6MPa，抗折强度可达5.4MPa；在23℃养护7d，抗压强度及抗折强度可分别达到45.9MPa、11.5MPa；抗折弹性模量仅为5148MPa，不到混凝土的1/6。可见，SER混合料具有优良的早期强度及最终强度，可在施工后养护较短时间即开放交通。同时，其也具有较低的弹性模量，在抵抗车辆行车冲击方面具有优势。

表6 SER混合料抗压和抗折强度Tab.6 Compressive strength and flexural strength of SER mixture

3 工程应用

广州北环高速某隧道路面出现多处破损及渗水现象，由于该路段车流较多，且重型货车占比较高，故对修补材料的强度、养护时间及界面粘接性能等均有很高要求。采用SER对隧道路面进行修补，施工流程如下：1）用切割机沿破损区外扩10cm进行切割并开槽；2）清除表面残留混凝土块、灰尘等杂物，将积水尽量排出；3）按计算用量将定量胶液搅拌均匀后与定量骨料混合，搅拌均匀后备用，同时取少量拌和好的胶液预涂在槽底部及侧壁上；4）将拌和好的SER混合料倒入槽中，分层插捣并振实后收面完成；5）养护预定时间后开放交通。

对破损处进行开挖清理后，基面积水如图1所示。对基面简单清理积水及杂物后，采用SER混合料对破损进行修补。对其进行定期跟踪，使用3年后状况良好，未发现病害，如图2所示。

图2 隧道路面修补及使用3年后照片Fig.2 Photos of tunnel pavement in repair and after 3 years of use

目前，SER修补材料被广泛应用于市政道路、高速公路的修补中，特别是在积水较严重的隧道、桥梁路面，效果良好（如图3、图4所示）。采用SER修补料，可减少修补施工对基面的处置要求，提高施工效率，降低施工成本。

图3 广州某市政路修补照片Fig.3 Photos of a municipal road pavement repair in Guangzhou

图4 广州某桥面修补照片Fig.4 Photos of a bridge pavement repair in Guangzhou

4 结语

1）添加氧化钙和附着力促进剂可显著提高SER对浸水基面的粘接性能及耐久性。在添加7.5%的氧化钙后，SER对浸水砂浆块的粘接强度由添加前的1.76MPa提高到3.12MPa，破坏形式由界面破坏变为混凝土破坏；在80℃热水中煮7d后，粘接强度仍达到2.07MPa，且为混凝土破坏；但在80℃水煮14d后，粘接强度下降到1.13MPa，破坏形式变为复合破坏；继续添加1.2%的7130树脂后，80℃水煮14d的粘接强度仍达到2.79MPa，且破坏形式为砂浆块破坏。

2）SER具有优良的力学性能、早期强度、高温稳定性及水稳定性。在23℃养护3h，SER混合料的抗压强度及抗折强度分别达到21.6MPa、5.4MPa；23℃养护7d，抗压强度及抗折强度分别达到45.9MPa、11.5MPa；吸水率为0.33%，常规马歇尔稳定度及残留稳定度分别为37.76kN、92.4%；70℃、0.9MPa时，SER动稳定度达到35480次/mm，浸水稳定度仍达到20160次/mm。

3）将SER应用于广州北环高速某隧道渗水路面修补中，大大减少了处理积水的时间，施工简单快捷，养护时间短，效果良好。