丙烯酸酯树脂在排水性沥青路面铺装中的应用研究.pdf

7 8 江苏建筑 2 0 1 4年第 1 期 ( 总第 1 6 0期 ) 丙烯酸酯树脂在排水性沥青路面 铺装中的应用研究 周 晓 ， 杨 冲 ， 孙 德 文 ( 江苏省建筑科学研究院有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室 。 江苏南京2 1 0 0 0 8 ) 摘 要1 以高性能聚氨酯丙烯酸酯作为防水粘结材料进行排水性沥青路面铺装，有效改善 了传统沥青混凝土路面抗滑 性差 、 排 水功能欠佳 带来的安全性 问题及 因积 水、 渗水导致防水粘结层失效造成的道路病 害。 解决 了排 水性路 面的关键 技术 问题。通过对排水性沥青路面综合技术研 究实现路 面铺 装高温 1 6 0 5 h无流淌， 路表温度 5 O 不粘轮等技 术要 求 并 实现 防水粘结材料与沥青混凝土粘结强度 为 4 0 7 MP a ， 与水 泥混凝土粘结强度为 4 5 1 MP a ， 低 温柔韧性 可达一 2 0 。 2 0 MP a压 力下 2 4 h不渗水 耐磨性优 良 以上优异性能保证 了其作为防水层材料 的高效性。 f 关键 词1 聚氨酯丙烯酸酯树脂； 防水材料； 耐磨性； 排水铺装 f 中图分类 - T U 5 7 1 文献标识码1 A f 文章m l O 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 4 ) O 1 0 o 7 8 0 2 Ac r y l a t e Re s i n W a t e r pr o o f M a t e r i a l s i n t he Ap pl i c a t i o n o f Dr a i na g e As p ha l t Pa v e me n t Z HOU Xi a o Y AN G C h o n g S UN D e - we n ( S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f Hi g h P e r f o r ma n c e Ci v i l E n g i n e e r i n g Ma t e r i a l s J i a n g s u R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Bu i l a n g S c i e n c e C o ，L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 8 C h i n a ) Ab s t r a c t ：T r a d i t i o n a l a s p h a l t c o n c r e t e p a v e me n t h a s p o o r s k i d r e s i s t a n c e ， p o o r d r a i n a g e f u n c t i o n a n d i s e a s y t o k e e p w a t e r ， t h e wa t e r c a u s e d a wa t e r p r o o f b o n d i n g l a y e r l o s e e f f e c t i v e n e s s c a u s e d b y r o a d d i s e a s e s T o s o l v e t h e k e y p r o b l e ms o f d r a i n a g e p a v e me n t a n d a c h i e v e u r b a n r o a d p a v e me n t e f f i c i e n t t r a n s f o r ma t i o n ，w e d e v e l o p h i g h- p e rf o rm a n c e p o l y u r e t h a n e a c r y l a t e a s a wa t e r p r o o f a d h e s i v e ma t e r i al a s p h alt p a v e me n t T h e r e s e a r c h P a v e me n t c a n e n d u r e 1 6 0 。 C h i g h t e mp e r a t u r e f o r 5 h o u r s ， a n d i t c a n t b o n d t h e wh e e l wh e n t h e t e mp e r a t u r e w a s 5 0 。 C Th e a d h e s i v e s t r e n g t h b e t we e n wa t e rpr o o f b o n d i n g ma t e r i al a n d a s p h a l t c o n c r e t e w a s 4 5 MP a， wi t h c e me n t c o n c r e t e b o n d s t r e n gth w a s 3 0 MP a ， a n d c a n b e a r 2 0 MP a p r e s s u r e 2 4 h Ke y wo r d s ：p o l y u r e t h a n e a c ryl a t e ； wa t e rpr o o f i n g ma t e r i a l ； w e a r a b i l i t y ； d r a i n a g e p a v e me n t O前 言 目前路 面铺装铺设 的防水层主要有 刚性 、 柔性两大类 。 刚性防水层 主要是通过加强水泥混凝土 的密实性 以及 减少 或封闭水泥混凝土裂缝达到阻 隔桥 面雨水渗透来 实现 防水 功能 其主要应用于刚性桥面铺装层( 水泥混凝 土基层 ) ， 这 种 刚性 防水层在 交通量大 、 车速快 、 车辆载重量大 的高速公 路 中使用 往往 因为不能承受拉应力及压应力而造成变形 、 裂缝 修补较麻烦 ， 且 抗伸缩 、 抗 冲击性 能差【 l】 ， 同时环境适 应性 差 因此往往存在破坏 。 柔性防水层则 由于与混凝土具 有很好 的相 容性及性 能优 势填补 了刚性防水层 在亲和性 、 抗裂性 、 粘结性 、 防老化性和低温条件下的柔韧性与抗裂性 的缺陷 能够适应桥 面铺装所在 的 自然环境变化 ， 起到很好 的防护作用 但 目前作为柔性防水层的防水材料参差不齐 。 基金 项 目： 国家 自然科 学基 金 资助 ( 项 目批 准号 ： 5 1 2 0 8 2 3 6 ) 主要有 高分子涂 料 、 沥青防水卷材等 。 但 在使 用中存在如下 缺陷 ： 高分子 防水涂料 防水层施工虽然 简易 、 价格低且 与混 凝土表层的粘结性好 但 是在沥青 混合料摊 铺中会因 为强 度 不高 、 耐磨性差 的性能缺陷而受损 ； 沥青防水卷材是一种 强度 、 延伸性 、 耐高温性及 抗渗性能均优于高分子涂料类材 料的高性能柔性 防水材料 。但 其造 价高 不利于大面积使 用 。 且抗剥离性差 。 使用不灵活 2 1 。 高性能聚氨酯丙烯酸酯是绿色环保型高性能 沥青 混凝 土树脂防水材料 ， 其 具有 与沥青混凝 土 良好的粘结效果 低 温柔韧性 佳 ， 耐老化性 能好 。 耐磨性能强 。 能够有 效地抵抗 铺装层剪切滑移 、 脱层及开裂 ： 避免 了因雨水下渗 对混凝土 【 收稿日 1 2 0 1 3 1 2 - 1 8 【 作者简介】 周 晓 ，( 1 9 8 7 一 ) ， 江 苏 省 建 筑 科 学 研 究 院 有 限 公 司 高 性 能 土 木 工 程 材 料 国 家 重 点 实 验 室 。 助 理 工 程 师 主 要 从 事 高 性 能 防 水 防 护 材 料 的 开 发 与 研 究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 4年第 1 期 ( 总第 1 6 0期 ) 7 9 桥 梁造 成的主梁 钢筋锈蚀 、 碳化和混凝土保护层冻涨 、 盐霜 析出等病害 有效地保证 了混凝土桥梁的使用寿命 。 1 实验 部 分 1 1 试验 原材 料 聚醚多元醇 ： 工业 级 。 南 京金陵石化 化工二 厂 ； 异佛尔 酮二 异氰 酸酯 ( I P D I ) ： 工 业级 。 江苏 汉商 进 口贸 易有 限公 司 ； 甲基 丙烯 酸羟 乙酯 ( H E MA) ： 工业级 ， 浙江金 字塔 树脂 有限公 司 ； 2 。 6 一 二叔 丁基对 甲酚 ( B H T ) ： 化 学纯 ， 上海 凌峰 化学试剂有限公 司 ； 甲基 丙烯酸 甲酯 ( MM A) ： 化学纯 ， 上海 凌峰化学试剂有限公司。 1 2 测试仪器 L X A型邵 氏硬度仪 ：江都市 明珠试 验机械 厂 ： C MT 一 4 3 0 4微控电子万能试验机：深圳新三思计量技术有限公 司： S F J C - 2型不透水仪 ：南 京赛峰科技仪器有限公 司； S F D W l 型低温弯折仪： 南京赛峰科技仪器有限公司 ： - - 6 0 F D W 2 0 0型 低温试验箱 ：苏州东华试验 仪器有 限公 司 ： L H S 一 2 5 0 S C恒 温恒湿养护箱 ： 上海红华仪器有 限公 司。 1 3 试验方法及结果 试验 在标准条 件下进 行 ： 温度 2 3 2 湿度 6 O 士 2 试验进行 之前将所需原材料在 标准条件下放置 2 4 h 聚氨酯丙烯酸酯树脂 ( M)在使用时添加 固化剂形成 A组 分 ， 添加促进 剂形 成 B组分 ， A、 B在标 准条件下喷 涂成膜 ， 膜厚 1 5 mm - 0 2 m m与标 准环 境下 养护 7 d进 行性能 测 试 测试 方法按 照 G B T 1 6 7 7 7 2 0 0 8 建 筑 防水涂 料试验 方 法 进行 。 其高温 流变性能 采用 D S R动 态流变剪 切流变 仪 进行测试 表 1 、表 2为树脂 M主要性能指标及耐 候性结 果 。 裹 l 粘结性及不透水性测试 结果 表 2 防水粘结层高温性能研究 表 l 、表 2中的数据均 以超 出聚氨酯防水涂 料的性能 指标 范围 ， 且耐高温性能极佳 ， 解决了沥青路面铺装过程 中 因沥青 温度高导致 的防水粘 结层 受到破坏 的问题 更有利 的保 证了防水 粘结 层的有效性和耐久性。 2 施工设计 与研 究 M树脂防水材料性能上的优势 为其应用 奠定 了基础 。 针对其与沥青混凝土及水泥混凝土之间 良好的相容性与适 应性 ， 开辟 了其在沥青混凝土 中的应用 。因此 ， 将此材料应 用于沥青混凝土排水铺装中作为防水层解决了近几年 因桥 面铺装防水层破坏产生的病害 对桥梁耐久性 问题提供 了 现实的技术方案。因此 ， 在实验室模拟施工 ， 寻找 出一套合 理的施工方法 ( 1 ) 施工方法及 可使用 时间的调整 本 M树脂 防水材料是通过在树脂 中分别加入 固化剂 、 促进 剂形成 A、 B组分 进行 喷涂施工 的 。针 对不 同环境 温 度 、 不同施工要求 。 固化剂 的加入量是控制可使用 时间的关 键因素 因此 通过调整不 同固化剂用量来调整 可使用 时 间 皇 厘 譬 旺 划 厘 誓 旺 窟 温度 图 1 固化剂 用量对可 使用时间的影响 温度 图 2 温湿度对可使用 时间的影 响 从图 1 中 可 以通过调整固化剂用量实现 可使 用时间 的可 调性 一般 将可使 用时 间调 整在 2 0 mi n _ 4 0 m i n 既能 够保证 固化的完全性又能保证交通开放 的快捷性 对工程 效率至关重要 。图 2显示 。 针对不同的施 工环境 ， 通 过调整 固化剂可实现施工 时间的可控性 。 ( 2 ) 排水性铺装施工方法设计 通过在实验室进行不断摸索 、 施工 ， 归纳 出一套 针对沥 青混 凝土排水性铺装完 整的施工工艺及流程 图 3为 M 树 脂防水材料应用于排水性铺装 的施工工艺 。 通过对 图 3的树脂铺装流程 、施工现场及 完工路面 的 研究发现 ：以聚氨酯丙烯 酸酯树脂 防水材 料作 为沥青混凝 土排水铺装 中的柔性 防水层 有效地 改善 了传 统柔 性防水 ( 下转 第 8 9页) 弱 钙 柏 为 侣 竹 竹 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 4年第 1 期 ( 总第 1 6 0期 ) 8 9 义 ， 但 目前还 没有学 者提 出 E C C高温下 、 高 温后 的损 伤模 型 。 因此 如何得到一个工程可用的又具有一定精度 的高温 损伤模型 ， 发展 简便 有效 的损 伤力学数值计算方 法， 是该领 域的一个重要研究方 向 参考文献 【 1 】李贺 东 超高韧性水泥基复合材料 试验研 究 【 D 大连 ： 大连理工 大学 2 0 0 8 f 2 1高淑玲 P V A纤 维增 强水泥基 复合材 料假 应 变硬 化及 断裂特性研 究【 D】 大连 ： 大连理工大学 ， 2 0 0 6 【 3 】L i V C， WA NG S ， wu C T e n s il e s t r a i n h a r d e n i n g b e - h a v i o r o f P V A E CC 】 A CI Ma t e r i a l s J o u m ， 2 0 0 1 ， 9 8( 6 ) ： 4 83 -4 92 【 4 】 L i V C E n g i n e e r e d c e me n d d o u s c o mp o s i t e s t a il o r e d c o m- po s i t e s t hr ou g h mi c r o mec ha nic al mo de l i n g fi be r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ： p r e s e n t a n d t h e f u t u r e C Mo n tr e ， 1 9 9 8 ： 6 4 9 7 【 5 】5 Ma e j M， L i V C F l e x u r s tr e n g t h o f fi b e r c e me n fi fi o u s c o mp o s i t e田 A S CE J o u mal o f Ma t e r i al i n C i v i l E n gin e e ri n 一 蜀1 9 9 4 ， 6 ( 3 ) ：3 9 0 4 0 6 【 6 】6 Ma a l e j M， A h me d S F U， P a r a ma s i v a n P C o r r o s i o n d u r a - bil i t y a nd s t r u c t ur al r e s po ns e o f f un c don a ll y g r a de d c onc r e t e b e a m s IJ J o u r n a l o f A d v a n c e d Co n c r e t e T e c h n o l o g y ， 2 0 0 2 ， 1 ( 3 ) ： 3 0 7 3 1 6 【 7 】 付 宇方，唐 春安 水泥基复 合材 料 高温 劣化 与损伤【 M】 北京 ： 科 学出版社 2 0 1 2 【 8 8 Mu s t a f a S a h ma r a h ， Mo h a me d L ， L i V CA s s e s s i n g me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a nd mi c r o s t r uc t ur e o f fir e d a ma g e d e ng i ne e r e d c e me n t i t i o u s c o mp o s i t e s 】 AC I Ma t e ri a l s J o u rnal ， 2 0 1 0 ，1 0 7 -4 - f 上接第 7 9页 ) ( 3 ) ： 2 9 7 - 3 0 4 【 9 】Ko s t a s y ，F S ， We i s s ，R ， Wi e d e ma n n ，G C h a n g e s o f p o r e s t r u c tur e o f c e me n t mo r t a r d u e t o t e m p e r a tur e IJ Ce me n t a n d Co n c r e t e ke s e a r c h ， 1 9 8 0 ，1 0 ( 2 ) ： 1 5 7 -1 6 4 【 1 0 】 Mu s t a f a S a h ma r a n ， E r d o g a n Oz b a y ， Ha s a n E Y u c e l ， Mo h a me d La c h e r niEffe c t o f fl y a s h a nd P VA fibe r o n n1 i c r o s t r u c t u r a l dama g e a n d r e s i d u al p r o p e r t i e s o f e n gi n e e r e d c e me n t i t i o u s c o mp o s i t e s e x p o s e d t O h i g h t e mp e r a t u r e s J J o u rna l o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n gi n e e ri n g 2 0 1 1 ， 2 3 ( 1 2 ) ： 1 7 3 5 1 7 4 5 f 1 1 】 朋改非 ， 郝挺 宇， 李保华 ， 等 普通强度 高性 能混凝 土的 高温性 能试验研 究 】 工业建筑， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 2 7 - 3 1 1 2 】田露 丹 ，张径伟 等 P v A纤维增韧 水泥基复合材料 高 温后 力学性 能研 究 】 混凝 土， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 3 1 4 8 【 1 3 1 Xu Y， Wo n g Y L ， P o o n C S ， A n s o n M I mp a c t o f h i g h t e mp e ra tur e o n P F A c o n c r e t e Ce me n t Co n c r e t e Ke s e a r c h ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 7 ) ： 1 0 6 51 0 7 3 【 1 4 】 Xu Y ， Wo n g Y L ， P o o n C S ， A n s o n M I n fl u e n c e o f PFA on c rac k i n g of c o nc r e t e a nd c e me nt p a s t e a f t e r e xp os ur e t O h i g h t e mp e r a t u r e s叨 C e me n t C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 1 2 ) ： 2 0 0 9 2 0 1 6 【 1 5 】 Di as， W P S ， K h o u r y ， G A ， and S u l l i v a n ， P J E Me c ha ni c al p r op e r t i e s o f ha r de n e d c e me n t p a s t e e x pos e d t o t e m- p e ra tur e s u p t O 7 0 0 。 C ( 1 2 9 2 。 F ) AC I Ma t e r i a l J o u r n a l ， 1 9 9 0 ， 8 7 ( 2 ) ： 1 6 01 6 6 【 1 6 】T a y l o r ， H F WT h e c h e mi s t r y o f c e me n t s ， A c a d e mic Pr e s s ， 1 9 64 ， Lon do n 1 7 】P e t z o l d A ， Ro h r MC o n c r e t e f o r hi gh t e mp e ra t u r e s ， M c Le n a nd So n s ， 1 9 70，Lon don 图 3 树脂防水材料应用于排水性铺装的施工工艺 层存在 的防排水性能差的缺陷 增强 了排水系统 的持续性 及耐久性 其从根本上满足 了沥青混凝土排水铺装 中对柔 性 防水层相容性 好 、 强度高 、 耐高温性 能优异 、 耐久性 能好 的技术要求 同时 此树脂 防水 材料不存 在挥 发性 的有 害物 质 耐久性能好 是一种绿色环保型 防水材料 。以聚氨酯丙 烯 酸酯 树脂 防水材 料为沥 青混凝 土排水 性铺 装柔 性 防水 层 便利 的施工方法 以及 良好 的防水效果从根本上解决 了 在 沥青混凝 土路 面排 水铺装设计 、施工 以及性能方 面的问 题 是一种绿色环保性的高性能防水材料 。 同时通过对排水 性铺装 防水层进行 工艺设计 发现 排水性铺装简单方便 ， 施 工快捷 施工 2 h 一 5 h后便 可开放交通 极大 的减轻 了因道 路铺装导致 的交通压力 3结论 聚氨酯丙烯酸酯树脂防水材料 的顺利研发 解决 了因 防水粘结层破坏导致水分渗入 引起水损坏造成 的道路病害 导致的道路使用寿命缩短 的问题 在研究 中以失效机 理指 导宏观性能与微观结构之 间的构建 对 防水粘结 层材料性 能进行科学 的评价与调控 解决其存在 的性 能缺陷与使用 耐久性 问题 ； 同时结合排水性沥青路面防水粘结层在性能 、 施工及质量方面 的特殊要求 以 自由基聚合为基础 以丙烯 酸酯改性反 应型聚氨酯形 成交 联网状结 构 形成高强度 、 高 弹性 、 耐候性能优异的防水材料 极 大地解决 了工程应用中 难 以攻 克的技术难题 参考文献 n 1 马翔 ， 倪 富键 ， 沈恒 排水性 沥青 混合料 强度影响 因素分 析 】 东南大学学报 ( 自然科 学版 ) ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 0 8 7 1 0 9 0 f 2 1 许道坤 ， 吕伟娅。地冲 击开发模 式应用 透水路 面发 展 综述 】 新型建筑材料 ，2 0 1 2 ( 3 ) ： 3 1 3 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m