水泥混凝土路面嵌缝料及霪封工艺的研究.pdf

道路 与桥梁 防水 水 泥 混 凝 土 路 面 嵌 缝 料 及 霪 封 工 艺 的研 究 王 治 ， 王晋斌 2 ( 1 河南省科学院质量检验与分析测试研究中心， 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ； 2 郑州百和建材科技有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 0 ) 摘要： 介绍了国内外道路嵌缝料的基本使用情况， 通过对道路嵌缝料的常规性能进行试验 ， 辅以道路嵌缝料结构的力学 分析 ， 结合现场试验路的嵌缝实践和效果跟踪， 提 出了基于整个寿命周期性价比的道路嵌缝料选择原则及相应的修复 工 艺 。 关键词 ： 水泥混凝土路 面 ； 道路嵌缝料 ； 性能试验 ； 选择原 则 文章编号 ： 1 0 0 7 4 9 7 X ( 2 0 1 3 ) 一 0 6 0 0 3 5 0 7 中图分类号 ： U 4 4 3 3 1 ； T U 7 6 1 1 1 文献标识码 ： A Re s e a r c h o n Ca u l k i n g M a t e r i a l f o r Ce me n t Co n c r e t e Pa v e me n t a n d I t s Co n s t r u c t i o n Wa n g Z h i ， W a n g J i n b i n ( 1 He n a n A c a d e my o f S c i e n c e s Q u a l i t y I n s p e c t i o n a n d A n a l y t i c a l T e s t R e s e a r c h C e n t e r ， Z h e n g z h o u ， H e n a n 4 5 0 0 0 2 ， C h i n a ； 2 Z h e n g z h o u B a i h e B u i l d i n g Ma t e ri als T e c h n o l o g y C o ， L t d ， Z h e n g z h o u ， H e n a n 4 5 0 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e g e n e r a l s i t u a t i o n o f r o a d c a u l k i n g ma t e ria l i n C h i n a a n d a b r o a d I t p u t s f o r wa r d t h e s e l e c t i o n p rin c i p l e o f the ma t e ria l i n v i e w o f c o s t p e rf o r ma n c e d u ri n g t h e wh o l e l i f ec y c l e a n d i t s ma i n t e n a n c e b y t h e pe r f o rm a nc e t e s t s ，me c h a ni c a l a n a l y s i s a n d ap p l i c a t i o n t e s t s Ke y wo r d s ：c e me n t c o n c r e t e p a v e me n t ； r o a d c a u l k i n g ma t e ria l ； p e r f o rm a n c e t e s t ； s e l e c t i o n p ri n c i p l e 我国水泥混凝土路面的使用寿命大大低于设计 预期的现象还很突出，尤其以货运为主的重交通干 道 ， 早期损坏严重 ， 往往在开放交通的 3 5年 内， 就发 生 了路面结构|I生损坏 。 而在水泥混凝土路面多种损坏 类型中， 近半数的损坏类型与接缝嵌缝料 的失效脱落 有关。 因此 ， 确保接缝嵌缝料的防水和防砂石嵌入 ， 对 收稿日期： 2 0 1 2 1 2 1 7 作者简介： 王治， 男， 1 9 7 6 年生， 工程师， 主要从事防水材料及 化 学建材的性能研 究、 测试和标 准化 。联 系地 址 ： 4 5 0 0 0 2郑州 市红旗路 3 4号。 减少水泥混凝土路面的损坏、 提高使用寿命具有重要 意义。 由于接缝施工不受重视 ，填封质量往往不太理 想。另外 ， 嵌缝料种类繁多 ， 其价格和性能差异大 ， 而 现行水泥混凝土路面设计和施工规范 中， 对嵌缝料的 选择缺少简明的规定 ， 对建设者而言， 选择合适的嵌 缝料较难。笔者从研究嵌缝料 的一般性能人手 ， 辅以 嵌缝料结构的力学分析 ， 通过现场试验路的嵌缝实践 和效果跟踪 ， 提 出了基于整个寿命周期性价 比的嵌缝 料选择原则及相应的嵌缝料修复工艺。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 道路与桥梁防水 1 国内外道路嵌缝料的使用情况 1 1 道路嵌缝料的基本类型 道路嵌缝料根据其施工方式分为 3种 ： 加热施工 式嵌缝料、 常温施工式嵌缝料和预制密封条。 加热施工式嵌缝料在国内外应用广泛。 从道路沥 青 、 沥青玛碲脂到沥青橡胶类 、 聚氯 乙烯胶泥类直至 高弹性的高分子改性沥青 ， 嵌缝材料的原材料也 由单 一 型向复合型发展 ， 性能不断得到提高和完善。 常温施工式嵌缝料具有冷施工的特点 ， 简化了施 工步骤 ， 降低了劳动强度 ， 节省了能源 ， 并避免 了因加 热而导致 的环境污染。 用于水泥混凝土板接缝的常温 施工式嵌缝料主要有 ： 聚氨酯类 、 硅酮类 、 聚硫类等。 据报道 ，用氯丁橡胶密封的接缝 9年 内不需修 理 。 但是 ， 在行车车轮的作用下 ， 橡胶条可能会从槽内 跳 出并绕在滚动 的车轮上 ， 从而引发交通事故。 所以， 在一般道路和干线公路的车行道上不宜采用预制嵌 缝条 ；在低交通量 的路段上使用预制嵌缝条 比较合 适 ， 如停车场、 站台等。 1 2 国外道路嵌缝料 的使用概况 美国、 日 本、 英国等国家早在 8 O 年代就已淘汰了 沥青油膏和聚氯乙烯胶泥，代之以聚合物改性沥青、 聚氨酯材料 、 聚硫橡胶和硅酮橡胶等新型嵌缝料 。 1 ) 英国 N o 8 4公路道路嵌缝料应用试验 在英国的 N o 8 4 公路上 ， 进行了接缝构造及嵌缝 材料的试验。接缝缝槽做成不同深度和宽度 ， 嵌缝料 有传统的以沥青为主的封缝胶 、 以聚氨酯和多硫化物 为主的冷凝固双组分封缝胶以及氯丁橡胶嵌缝条。 试 验路 由 5 1 个路段组成 ， 每一个路段 中由 2 0个相同的 接缝构造组成 。 通过现场使用观察 ， 评价封缝施工工艺 以及嵌缝 料的质量， 结果如下： 以沥青为主的传统嵌缝料， 夏 季时 因高温和车辆的作用 ， 会从缝槽中挤 出， 冬季时 刚性增加 ， 与混凝土缝壁 的粘结力丧失 ， 水和杂物会 进入嵌缝料及其与混凝土面板之间的缝隙中。所 以， 在使用 1 3 年后， 需要重新灌缝。以改性沥青为主 的嵌缝料 ， 在使用第 1年内， 密封效果较好 ， 随着时间 推移， 其粘结力和内聚办陛能很快下降。以聚氨酯 和多硫化物橡胶为主的封缝胶能很好地密封各种尺 寸 的缝槽 。 混凝土路面运营初期 ， 缝槽的密封性较好 ， 但到第 2个冬天以后 ， 密封性能下 降 ， 随着车轮的作 用 ， 封缝胶从缝槽脱出而失去密封性。 2 ) 美国道路嵌缝料 美国有 3种硅树脂密封胶 ，分为高弹性模量 、 中 弹性模量和低弹性模量 ，它们抗压缩性能非常好 ， 压 缩后 的弹性变形值为 9 0 1 0 0 。通过研究表明 ， 如 果接缝的拉伸量不超过硅树脂嵌缝料 的可能变形量 ， 就能保证混凝土缝槽 的密封性 。用硅树脂密封 接缝 时， 必须考虑封缝形状 。 通常缝槽深度应为缝宽的 1 2 左右 ，并建议在施工中用背衬垫条来控制缝槽深度 。 美国曾在 9个州 中修建了 1 5个路段 ，对低弹性模量 的硅树脂嵌缝料性能进行观i 贝 4 ， 缝中嵌缝料的使用年 限约为 6年。 3 ) 法 国道路嵌缝料 法 国使用 以硅酮为主的嵌缝料密封水泥混凝 土 路面缝槽 ，曾修建了 4 8 k m的水泥混凝土路面进行 野外试验。 研究表明， 在各种气候条件下 ， 用低分子硅 树脂封缝胶进行封缝 ， 可使缝槽完好地使用 6年 。 1 3 我国道路嵌缝料的使用概况 2 0世纪 6 0 _ _ 7 0年代 ， 我 国大部分地区对混凝土 板伸缩缝 内填入嵌缝材料问题不重视 ， 不少混凝土路 面接缝 中甚至不用嵌缝料 ， 致使石子落入 ， 混凝 土板 没有膨胀余地 ， 造成混凝土板 的缝边破裂 、 挤碎等 ； 有 些混凝土板接缝中虽有嵌缝料， 但因质量不佳， 嵌缝 料流淌严重 ， 没有起到密封的作用， 致使接缝处平整 度差 ， 邻板高度不等。8 0年代 ， 我国的嵌缝料主要采 用沥青玛E 帝 脂和沥青油膏 。 前者由沥青与矿质填充料 混合而成 ， 后者以石油沥青为基料 ， 加入废 旧橡胶粉 等改性材料混合而成。这两种嵌缝料的粘结性 、 高温 稳定性 、 低温柔韧性和耐久性都较差 。9 0年代以来 ， 随着高等级公路建设迅猛发展， 对混凝土路面嵌缝料 提出较高的要求， 如聚氨酯、 橡胶沥青类等优质嵌缝 料被研发或引进 ，但是对嵌缝料作用 的认识仍不够 ， 使用较多的仍是抗老化性和粘结性较差 的沥青玛碲 脂 、 沥青软木屑 、 聚氯乙烯胶泥类等低端嵌缝料 ， 使用 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 道路 与桥梁 防水 效果不佳 ， 由此带来 的嵌缝料脱落缺失是造成我国水 泥混凝土路面寿命偏低的主要原因之一 。 2 道路嵌缝料性能试验 2 1 道路嵌缝料的一般性能测试 试验选取了 5种加热施工式嵌缝料和 6种常温 施工式嵌缝料进行常规j 生能试验 ， 见表 1 。 表 1 嵌 缝料 常规性能试验 的试件代号、 材料类别及产地 项目 试样代号 材料类别 产地 Q B 复合改性沥青 进 口 S L 橡胶沥青 上海 加热式嵌缝料 L X T 聚氯 乙烯胶泥 浙 江 L D P V C改性沥青 河南 B H 橡胶沥青 郑州 HLMX x x 双组分聚氨酯 上海 硅酮 x x x 硅酮 北京 ( 合资 ) 常温式嵌缝料 硅酮 x x x S L S WKYN 双组 分聚氨酯 上海 L ) ( T 双组分聚氨酯 浙江 ME G 双组分聚氨酯 进 口 加热式嵌缝料的常规性能测试 的主要 内容有针 人度 、 弹性恢复、 流动度等。 常温式嵌缝料的常规性能测试 的主要内容有针 人度 、 弹性恢复 、 流动度和失粘时间。 失粘时间试验的 目的是测定常温施工式嵌缝料 的凝 固时间 ， 特别是对 于双组分聚氨酯类嵌缝料 ， 固化时间和固化过程是评 价材料性能和确定施工工艺的重要参数 。 测试时先将 嵌缝料灌人模框内( 6 0 ram 4 0 mm 4 m m) ， 用小刀刮 平后用聚乙烯薄膜覆盖试样表面， 并在上面放置一块 压重板( 5 0 m m 3 0 m m， 3 5 3 6 g ) ， 水平放置在( 2 0 + 3 ) 的养护室或恒温烘箱内。养护 3 h后 ， 取下压重板 ， 慢慢卷起聚乙烯薄膜 。若试样仍与聚乙烯薄膜粘结 ， 则说明试样未发生失粘。继续养护试件 ， 每隔 1 h检 测一次 ， 直至试样与聚乙烯薄膜不粘结为止 。总养护 时间即为失粘时间。 2 2 道路嵌缝料 的老化性能测试 热老化性能测试采用薄膜烘箱试验 ， 1 6 3下加 热 6 0 mi n 。测试项 目包括 ： 外观与质量损失 、 加热式 嵌缝料热老化后的模量变化 、 常温式嵌缝料的压力老 化 、 置放时间对常温式嵌缝料性能的影响。 2 _ 3 道路嵌缝料的粘结强度 嵌缝料应与水泥混凝土面板缝壁有较强的粘结 力。当接缝随着水泥混凝土板冷缩时， 将对嵌缝料施 加一定 的拉力 ； 当水泥混凝土面板底部脱空时 ， 行车 荷载将对嵌缝料施加一定的动态剪力 。 在这两种受力 状态下 ， 嵌缝料应能与混凝土面板缝壁牢固粘结而不 脱开 ， 同时嵌缝料还应具有一定的抗拉强度以保持 自 身完整性 。 粘 结强 度测试 有 3种试 验方 法 ，一 种是 J T 厂 r 2 0 3 - 1 9 9 5 ( 公路水泥混凝土路面接缝材料 规定的方 法采用砂浆模具进行测试 ； 第二种是利用沥青测力延 度的试验方法( 分别采用 自制模具和延度模具进行测 试， 试验温度一 1 0， 拉伸速率 0 0 5 m m m i n ) ； 第 3 种 是采用沥青胶结料直接在拉力试验机上进行测试( 试 验温度一 1 0， 拉伸速率 0 0 5 m r n mi n ) 。加热式和常 温式嵌缝料均需进行该项 目测试。 3 嵌缝料性能试验结果分析 3 1 加热式嵌缝料的一般性能试验结果分析 5种加热式嵌缝料 的一般技术性 能指标 的测试 结果 ， 见表 2 。 表 2 加热施工方式嵌缝料一般性能测试结果 试样代号 项目 L x T L X T Q B S L L D ( 1 ) B H( 1 ) L O( 2 ) B H( 2 ) ( 1 ) ( 2 ) 2 5 针 入 度 ( 1 1 0 6 2 2 2 4 2 6 6 1 2 7 8 4 9 1 l 3 1 m m J 弹 2 5 1 2 6 8 4 6 1 l O 8 6 5 0 5 7 3 6 性 1 O 8 5 3 4 8 0 7 5 恢 复 2 5 老化后 8 2 6 0 1 2 1 4 1 3 9 4 6 7 6 4 l 流动度 m m 0 6 O 5 O 2 O 1 3 1 O 高 类别 低弹 高 弹 高弹 低 弹 高弹 低弹 弹 从测试结果 可知 ， 5种嵌缝 料技术指 标均满 足 J T G F 3 0 - - - 2 0 0 3 ( 公路水泥混凝土路面施工技术规范 中加热施工嵌缝料的技术要求 。其中 Q B和 B H产品 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 道路与桥梁防水 具有 良好的弹性恢复和抗热老化性能 ， 属于高弹性产 品 ； L X T ( 1 ) 在热老化前的弹性恢复值较大 ， 老化后弹 性恢复降低一半 以上 ，严格来讲应属于低弹性产品 ； L D的针人度值较低 ，弹性恢复和抗热老化性能均较 差 ， 也属于低弹性产品。 综合分析 ，这几种试样性能由高到低 ，排列为 ： Q B B H S L L D ( 2 ) L X T ( 1 ) L D( 1 ) L X T ( 2 ) 。 3 2 常温式嵌缝料的一艘 陛能测试结果分析 6种常温式嵌缝料 的一般技术性能指标的测试 结果 ， 见表 3 。 表 3 常温施工方式嵌缝料一般性能测试结果 试样代号 项目 硅酮 硅酮 HL S WK x x x S L L xT MEG Mx x x YN 2 5针入度 ( 1 1 0 m m) 5 2 5 8 2 5 1 8 2 8 4 2 2 5 o C l 1 3 1 7 8 9 9 1 1 8 1 1 7 1 4 6 1 0 1 2 9 1 5 5 1 o o 1 2 2 1 1 O 7 5 弹性恢 复， 2 5 老化后 2 0 5 1 2 7 8 9 1 0 8 9 8 9 4 流动度 ram 0 1 O 1 O 0 O 1 O 1 失粘时间 l 1 7 1 0 8 9 5 1 3 根据失粘时间、 弹性恢复和流动度指标 的测试结 果 ， 这 6种嵌缝料均属于高弹性型 。3种聚氨酯嵌缝 料 ( M x x x 、 Y N和 L x T ) 均具有 较为合适 的失粘 时间 、 较小的针人度 、 弹性恢复值对温度变化不敏感且老化 后弹性性能损失较小 的特征 ， 即具有良好 的高温抗变 形能力 、 抗杂物嵌入能力和较高的弹性恢复性能 。硅 酮 x x x的黏度较大 ，在试验过程中试件成型较为困 难 ， 可能会造成施工困难 ； 而硅酮 x x x S L黏度适中 ， 且 成型试件时表面会 自动水平( 即自流平材料 ) ， 现场施 工 比较方便。 综合分析 ， 这几种试样的性能由高到低 ， 排列为 ： 硅 酮 X X X 硅 酮 x x x S L H L M x x x S WK Y N L X T MEG。 3 3 嵌缝料的老化性能测试结果分析 1 ) 加热式嵌缝料热老化后的外观与质量损失 以聚氯乙烯胶泥为基材和以煤焦油 、 石油沥青为 基材 的加热式嵌缝料 ， 在热老化 ( 温度 1 6 3， 加热时 间 6 0 mi n ) 后 ， 试样表面均呈现明显裂纹 ， L X T和 L D 的嵌缝料 已经硬化变脆 ，无法制模并进行拉伸试验 。 这是由于在加热过程 中，由于基材中的轻质组分挥 发 ， 并与空气产生氧化反应 ， 致使嵌缝料严重老化。 由于加热式嵌缝料在施工时其加热温度是根据 产 品性能确定的， 结合各个产品的特点 ， 在后来的试 验中调整了热老化试验条件 ， 选择温度 1 0 0 o C， 加热 时间 5 h ，并测试了 L D、 B H和 L X T三种产 品的加热 质量损失 ， 其结果见表 4 。 表 4 加热式嵌缝料热老化质量损失 试样代号 项目 L D( 2 ) B H( 2 ) L X T ( 1 ) L x T ( 2 ) 质量损失 O _ 3 2 O 1 O O 5 0 0 6 7 从表 4也可知 ， 有 的材料耐热老化性能好 ， 有的 材料则不耐热。 2 ) j 热式嵌缝料热老化后的模量变化 上述 4种加热式嵌缝料热老化后的模量变化 ， 见 表 5 ， 热老化后的模量 比， 见表 6 。 表 5 加热式嵌缝料热老化( 1 0 0 。 5 h ) 后 的模量 试 拉 伸 速 应变 O 0 5 模量 MP a 应变 8 1 0 模量 MP a 样 率 ( O 0 5 试验温度 q c 试验温度 代 号 m m m i n) 0 -6 -1 2 O - 6 -1 2 1 4 6 5 6 粘附 L D 失效 ( 2 ) 3 7 8 2 5 断裂 5 1 2 8 2 8 断裂 1 27 4 7 1 8 1 6 0 7 0 1 2 O8 9 O - 3 7 BH 3 46 2 1 2 8 5 1 6 9 2 0 41 O9 6 0 4 9 ( 2) 5 648 1 5 6 9 1 8 6 2 0 4 9 1 23 O 6 l 1 763 2 6 3 5 1 01 6 1 5 2 1 49 2 5 3 LXT 3 1 1 5 4 3 9 5 5 1 7 1 5 1 1 6 3 3 5 5 6 6 2 ( 1 ) 5 1 7 8 9 5 7 6 2 2 0 6 4 9 1 4 4 402 3 81 1 1 0 0 5 3 02 5 1 2 6 O 2 O 8 3 1 5 9 3 6 9 L XT 3 1 8 O 6 3 7 7 8 1 8 1 9 l 1 1 l 2 6 5 粘附失效 ( 2 ) 5 2 5 6 8 5 7 6 8 2 o 4 9 9 1 6 1 3 O 6 粘附失效 由表 5和表 6可以看出， 以聚氯乙烯胶泥为基材 的 L X T嵌缝料对受热过程非常敏感 ，经热老化后其 小变形( 0 0 5 ) 的模量增加 3 0倍以上 ， 大变形( 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 6 加热式嵌缝料热老化( 1 0 0 ， 5 h) 前后的模量 比 应变 O 0 5 模量 MP a 应变 8 1 0 模量 MP a 试样代号 试验温度， 试验温度 0 -6 1 2 O - 6 1 2 L D( 2) 1 3 1 9 s n( 2 ) 2 9 3 9 2 6 - 3 3 1 O 2 3 1 0 2 0 1 9 2 7 0 5 O 6 L X T ( 1 ) 4 4 - 4 3 4 6 6 6 5 2 1 2 4 1 3 1 9 1 1 l 8 6 - 4 1 3 L X T ( 2 ) 2 8 - 3 4 1 1 - 3 0 7 6 1 6 1 0 1 1 7 1 8 5 3 4 5 2 1 0 )的模量增加 1 0 倍左右，低温变形能力急剧降 低 ； L D嵌缝料在热老化后 的低温模量也增加了 1 O 倍 以上 ； B H嵌缝料 经热老化 后弹性模 量增 加 2倍 左 右 ， 变形模量没有增加反而有降低趋势 。 综合分析 ， 这 几种试样的性能由高到低 ， 排列为 ： B H L D L X T 。 3 )常温施工式嵌缝料的压力老化 虽然常温施工式嵌缝料在施工时不需要加热 ， 但 是在使用过程中仍然会受到外界光和热的综合作用 ， 因此 ，这个过程采用 P A V压力老化仪进行老化模拟 试验。试验条件为 ： 加热温度 1 0 0 o C， 压力 2 2 MP a ， 加热加压时问 2 0 h 。 在温度为 0、 速率为 2 ra m ra i n 的条件下 ，采用拉伸试验评价经 P A V压力老化后嵌 缝料的模量变化情况， 结果见表 7 。 表 7 常温式嵌缝料 P A V压力老化前后的模 量 应变 O 6 模量 MP a 老化前后 试样代号 1 # 2 # 3 # 平均值 比值 老化前 0 5 6 8 0 5 2 8 0 5 3 0 0 5 4 2 1 硅酮 XXX 老化后 0 4 5 8 O 4 2 l 0 2 9 5 O - 3 9 1 0 7 2 硅酮 老化前 0 2 1 8 0 6 0 1 0 1 5 4 0 3 2 4 1 x x x S L 老化后 0 0 7 0 0 0 5 2 0 0 5 3 0 0 5 8 0 1 8 老化前 1 9 1 5 2 0 4 2 1 9 5 3 1 9 7 0 1 L XT 老化后 0 9 1 8 0 9 0 5 0 8 8 5 0 9 0 2 0 4 6 老化前 2 9 7 7 3 O 1 1 3 1 9 8 3 0 6 2 1 HL MX X X 老化后 3 1 3 O 3 3 5 2 3 1 1 1 3 1 9 7 1 0 4 由表 7可见 ， 聚氨酯嵌缝料 Mx x x在 P AV压力老 化前后的模量变化不大 ，其他 3种嵌缝料在 P A V压 力老化后的低温模量均有所降低 ， 又以硅酮 x x x S L 降 低幅度最大。通过比较表 7与表 6中的数据 ， 可见 常 温式嵌缝料的低温变形能力对热老化并不敏感 。 4 ) 置放时间对常温式嵌缝料性能的影响 道路与桥 梁防水 为了进一步了解常温式嵌缝料的置放时间对其 性能的影响 ，将嵌缝料 P A V压力 老化试样在室 内置 放 1 5 0 d ( 时间为同年的 6月一 1 0月 ) ， 然后测试其拉 伸割线模量变化 ， 结果见表 8 。 表 8 常温式嵌缝料 P AV压 力老化前后置 放 1 5 0 d前后模量变化 结果 割线模 量 MP a 老化前 试样代号 1 2 3 平均值 后 比值 老化前 0 4 5 7 0 4 2 1 0 2 9 5 O -3 9 1 1 硅酮 X X X 老化后 1 50 d 0 5 3 1 0 44 6 0 4 3 0 0 4 6 9 1 2 0 硅酮 老化前 O O 7 O O 0 5 2 0 0 5 3 0 0 5 8 1 x x x S L 老化后 1 5 0 d 0 O 8 1 0 1 5 5 O 1 3 5 O 1 2 4 2 1 2 老化前 0 9 1 8 0 9 0 4 0 8 8 4 0 9 0 2 1 L XT 老化后 1 5 0 d 0 9 4 6 O 9 l 3 0 9 2 5 0 9 2 8 1 O 3 老化前 3 3 1 O 3 - 3 5 l 3 1 1 O 3 1 9 7 1 HL Mx x x 老化后 1 5 0 d 3 1 9 3 3 1 4 0 3 1 8 8 3 1 7 4 0 9 9 由表 8可见 ，硅酮系列嵌缝料在经 P A V压力老 化后 ， 经 1 5 0 d置放 ， 其模量还在继续增加 ， 而聚氨酯 类嵌缝料的模量变化不大。 3 4 道路嵌缝料 的粘结强度测试结果分析 3 4 1 加热式嵌缝料的粘结强度测试结果分析 1 ) 以不同的测试方法测试 同一种嵌缝料 S L公司的嵌缝料 以不同试验方法 的测试结果 ， 见表 9 。 表 9 同一种加热式嵌缝料 以不 同试验方法 进行拉伸试验的结果 破坏荷载 面积 粘结强度 粘结强度统计 试验方法与条件 N m m ， MP a 结果 MP a J T ， I 1 2 0 3 - 1 9 9 5 公 7 5 0 2 2 5 6 0 3 3 2 平均 值 0 1 8 6； 路 水 泥 混凝 土路 面 1 7 5 2 2 8 0 0 0 7 7 标 准 差 0 1 3 ； 接缝 材料 3 2 5 2 1 8 4 0 1 4 9 变异 系数 7 0 7 2 4 6 8 O 1 5 4 平 均 值 0 5 5 6 ； 1 0测力延度 ( 自 2 1 O 4 8 6 0 4 3 2 标 准 差 0 5 2 ； 制模具 ) 6 5 3 4 9 5 1 3 1 9 变异系数 9 4 1 5 8 4 9 5 0 l 3 1 9 由表 9可见 ， 不论采用何种方法 ， 粘结强度试验 结果的离散性均较大 ， 同一组试件粘结强度的最大值 与最小值之差达 4倍 以上 ， 变异系数达 7 0 以上。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 道 路与桥梁防水 2 )以同一种测试方法对不 同的道路嵌缝料进行 测试 采用 同一种方法测力延度法( 一 1 5 2， 延度 模具 )分别测试 3种嵌缝料与混凝土的粘结强度 ， 其 结果 见表 1 0 。 表 1 O 同一种方法测试不 同厂家嵌缝料与混凝土的粘结强度 试样代号 项 目 Q B S L B H( 2 ) 破坏荷载， N 7 4 1 5 9 1 1 面积 e ra 1 1 1 粘结强度 MP a 0 7 4 0 1 5 9 0 O 1 1 0 针人度， ( 1 1 0 mm) 6 2 2 2 9 1 由表 l 0可见 ， S L公 司嵌缝料的粘结强度最大 ， B H( 2 ) 嵌缝 料的粘结强度最小 ， 这个排序 与针入度 ( 见表 2 ) 的排序是相同的。 通过 比较表 9和表 1 0中的测试结果可见 ，同为 s L公 司的嵌缝料 ， 采用不同的测试方法时 ， 可 以得到 完全不同的试验结果 ，以 J T T 2 0 3 -1 9 9 5的方法最 小 ， 以延度方法最大。 在一 1 0 c I = 下 ， 采用 自制模具 ( 粘结面积为 6 m m 6 0 m m= 3 6 0 m mz ) 在沥青延度仪上测试不同厂家嵌缝 料 的粘结强度 ， 其结果见表 1 1 。在热老化之前 ， 除 L D ( 2 ) 嵌缝料与夹具有较大的低温粘结力外， 其余两种 嵌缝料均与模具脱开。在热老化之后 ， B H( 2 ) 嵌缝料 与夹具的粘结力大大下降 ， L X T ( 1 ) 和 B H( 2 ) 嵌缝料 与夹具的粘结力略有增加。 表 l l 同一种 方法测试不 同厂家嵌缝料热老化前后 与混凝土的粘结强度 热老化前 热老化后 试 样 粘结 粘结 代号 破坏荷载 k N 强度， 备注 破坏荷载 k N 强度， 备注 M P a MPa L X T ( 1 ) 0 0 7 7 O 1 0 2 O _ 2 5 脱开 O 1 3 0 O 36 脱开 L D( 2) 0 2 0 3 0 5 6 断裂 0 0 6 0 0 O 1 1 0 1 O 脱开 B H( 2 ) 0 0 4 7 0 0 6 1 O 1 5 脱开 0 1 2 6 0 0 4 8 0 2 4 脱开 3 ) 采用沥青胶结料拉伸仪进行测试 3种加热式嵌缝料在拉伸试验仪上 的拉伸试 验 ( 一 1 O， 拉伸速率为 0 0 5 mm m i n ) 结果 ， 见表 1 2 。在 拉伸试验 中， 大部分试样还未达到极限强度时就与模 具脱开 ， 其 中以 L D嵌缝料 的粘结强度最大 ， 这个 结 果与延度仪拉伸试验结果一致 ，尤其是在热老化后 ， L D嵌缝料将试模端部的石料与原夹具拉脱 。 表 1 2 用拉伸试验仪测试加热式嵌缝料 与混凝土的粘结强度 粘结 强度 MP a 变形量 mm 试样 亚 亚 备注 代号 1 # 2 # 3 # 均 1 # 2 # 3 # 均 值 值 L X T 与石 料 脱 热 ( 1 ) 0 6 9 O 2 8 O -3 O 0 _ 2 9 1 5 3 5 6 1 7 7 3 5 6 7 6 开 老 L D O 8 3 0 8 4 0 8 4 20 5 1 1 1 1 5 8 为 一 l 2 化 ( 2 ) 的结果 止 月 U BH 0 4 6 0 43 04 5 0 4 5 0 40 0 3 4 04 8 041 与 石 灰 岩 ( 2 ) 脱开 L XT 1 4 7 1 2 9 2 6 7 1 2 8 0 1 2 0 5 4 O6 0 O 5 7 与试 模 脱 热 ( 1 ) 开 老 L D 2 1 8 1 5 8 2 1 O 2 1 4 O 5 6 O 1 0 0 48 0 5 2 石料 与夹 化 ( 2 ) 具脱开 后 B H 0 7 0 0- 2 5 0 4 6 O 5 8 05 4 1 48 O 9 6 O7 7 与 试 模 脱 ( 2 ) 开 由表 1 2可见 ， 3种嵌缝料均不能满足规范 J T G F 3 0 - - 2 0 0 3中一 l 0 c I = 要求的拉伸量 ( 1 0 m m) 。但由 于试验方法不 同， 这个结果有一定局限性。 笔者计算 了这 3种嵌缝料热老化后与热老化前 的粘结强度 比和变形量 比， 发现 L X T与 L D嵌缝料经 热老化后粘结强度增加 ， 但极限变形量都较大幅度下 降 ， 而表征低温抗裂性能的粘结强度 比和极限变形量 比之乘积也下降 ，说明 L X T与 L D嵌缝料老化后变 脆 ，低温抗裂能力下降 ； B H嵌缝料经热老化后粘结 强度基本不变 ， 极 限变形量有所增加 ， 低温抗裂能力 明显增加 ， 这说明该材料具有 良好 的低温抗裂性 。 3 4 2 常温式嵌缝料的粘结强度 由于样品保存不当 ，待试验时部分嵌缝料 已失 效 ， 仅有 3种( 硅酮 X X X 、 硅酮 x x x S L和 H L Mx x x ) 嵌 缝料在拉伸试验仪上进行拉伸试验 。 受设备对试样最 大伸长量 的限制 ，硅酮 x x x S L在变形量为 1 6 m m时 就 自动停机 了， 虽然应力较低但试件并未脱粘 ； 硅酮 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 道路与桥梁防水 瓣鞭 嚣 l黼 辫 辫 嬲 ； 嚣 ：嘲 雕 嫩 雕 蔫 瓣 鬻 嫩 X X X和 HL Mx x x的粘结强度和伸长量则均满足规范 J T G F 3 0 - - 2 0 0 3对高弹性嵌缝料的技术要求。显然常 温式嵌缝料 的粘结性 明显优于加热式嵌缝料 的粘结 性 。 3 5 嵌缝料的构造和受力特征分析 在水泥混凝土路面使用期 内， 嵌缝料 主要受拉伸 和剪切两种作用。 拉伸是指水泥混凝土路面板的温度 下降引起板收缩而导致 了接缝的张开 ， 剪切是指汽车 行驶经过接缝时 ， 受荷板与相邻的未受荷板间形成 的 位移差。 与接缝宽度相 比， 板长宽可视为无限， 因此嵌 缝料的拉伸和剪切均可处理为平面应变问题。 接缝槽 壁 的混凝土弹性模量远大于嵌缝料的有效模量 ， 可将 槽壁视为刚性体 。 嵌缝料的结构应力采用大应变有限元法计算l1 l 。 由于接缝槽壁采用刚性体假设 ， 嵌缝料与槽壁接触角 点处有应力集 中现象 ， 因此 ， 采用角点处 1 m m范围 内的节点平均应力代替角点应力。 有限元计算结果表 明， 无论是拉伸还是剪切 ， 嵌缝料的最大应力出现在 嵌缝料上部的两个角点处。由于背衬垫条的存在 ， 嵌 缝料结构底部呈 圆弧形 ， 通过计算发现 ， 对于结构最 大应力而言 ， 可忽略不计背衬垫条的圆弧部分 。 3 6 道路嵌缝料现场试验 道路嵌缝料施工完毕后 ， 分别于 2 0 0 4年 7月 2 8 日和 2 0 0 5年 3月 2日进行了现场观测 。 从观测结果看 ， 在加热式嵌缝料 中， L D( P V C改 性沥青 ) 在高温时软化 ， 与缝壁的粘结性严重不足 ， 施 工后半年 内就会大量脱落 ； B H( 橡胶沥青 ) 和 L X T ( 聚 氯乙烯胶泥类 ) 基本稳定 。 在常温式嵌缝料 中， 硅酮材 料的粘结性能表现最好 ， 个别接缝出现局部脱落 的原 因是 ，施工时嵌缝料 的厚度没有达到规定要求 ； H L Mx x x ( 双组分聚氨酯 ) 基本 没有损坏 ； L X T ( 双组分聚 氨酯类 ) 的弹性和与缝壁 的粘结性不足 ， 出现 了大量 脱落和失粘现象。 从不 同路段的使用情况来看 ， 常温式嵌缝料 H L Mx x x ( 双组分聚氨酯 ) 在鄞县大道 、 甬临线 、 江拔线等 3个路段均保持 良好 的使用性能 ， 而 L X T ( 双组分 聚 氨酯类 )不适宜该地区的水泥混凝土路面嵌缝施工 ； 加热式嵌缝料 B H( 橡胶沥青 ) 和 L X T ( 聚氯乙烯胶泥 类 ) 的产品性能要优于 L D ( P VC改性沥青 ) 。 3 个路段 中， 甬临线交通量最大 ， 但其接缝损坏数量却较另外 两个路段明显少 ， 初步分析是因为另外两个路段车速 较该路段要高 ， 嵌缝料在车辆动荷载冲击作用下更容 易发生损坏 。 4 结语 1 ) 无论是低温抗裂性还是抗老化性能， 常温式嵌 缝料 的性能优于加热式嵌缝料。 就接缝的嵌缝工程费 用而言 ，优质嵌缝料在性能价格 比上具有明显 的优 势 ， 因此 ， 对于新建水泥混凝土路面的嵌缝料选择原 则 ， 笔者建议 ： 尽量不要选用沥青玛碲脂、 沥青胶 泥 、 聚氯乙烯胶泥类等低端产 品； 新建高速公路或 城市快速道路宜采用硅酮类嵌缝料 ； 二级 以上公路 应采用聚氨酯类或橡胶沥青类嵌缝料； 改性沥青类 嵌缝料可用于低交通量的三 、 四级公路。 2 ) 在接缝嵌缝料修复时 ， 二级以上公路应采用聚 氨酯类常温式嵌缝料 ， 在交通繁忙路段 ， 可采用高质 量 的加热式嵌缝料 ， 如橡胶沥青类 。 3 ) 接缝壁干净和干燥是保证修复质量的关键 ， 因 此 ， 旧接缝的处理方式有两种 ： 扩缝( 即采用 比接缝宽 1 m m左右的锯片对接缝清理 ) 和清缝 。 两种方法的采 用取决于新旧嵌缝料的相容性： 聚氨酯类嵌缝料与 沥青类嵌缝料不相容 ， 相互之间的粘绪l 生差 ， 需扩缝 ， 以保证缝壁无 旧嵌缝料残留； 聚氨酯类嵌缝料老化 后与新聚氨酯类嵌缝料 的相容性也较差 ，需扩缝 ； 沥青类( 沥青胶 泥 、 改性沥青 ) 嵌缝料之间相 容性较 好 ， 不必扩缝 ， 但应刷净缝壁。 4 )现行的 J T G F 3 0 - - 2 0 0 3规定 的嵌缝料技术指 标并不能很好地反映实际路用性能。 现场试验路所选 用 的 6种嵌缝料均满足该规范的技术指标 ， 但使用性 能相差较大。其 中， 个别嵌缝料的寿命不足半年 。因 此 ， 需要制定更符合路用性能的技术指标 以及更合适 的技术标准 。 参考文献 ： 1 】 王勖成， 邵敏 有限单元法基本原理和数值方法【 M 】 北京： 清华大学 出版社 ， 1 9 9 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m