聚氨酯混合料坑槽修补工艺.pdf

方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期聚氨酯混合料坑槽修补工艺余沛东1，徐磊1，张均2*，田新伟2，程佳俊3，姚俊凯3（1.宁波招商公路交通科技有限公司，浙江 宁波 315105；2.北京化工大学，北京 100029；3.浙江交工高等级公路养护有限公司，浙江 宁波 315133）我国高等级公路路面形式以沥青混凝土为主1。由于沥青具有高温软化、低温脆裂的特点，沥青混凝土路面容易出现裂缝、车辙、坑槽等病害2。其中，坑槽是影响沥青路面正常使用的主要病害形式3，一旦发生，需要及时进行修补，否则在雨水和重载的耦合作用下会迅速发展，将严重影响行车安全性与舒适性，缩短路面使用寿命。近年来，新型坑槽修补材料不断出现。吕文江等4制备了水性不饱和聚酯树脂改性乳化沥青坑槽胶结料；苗超杰5和杨川文6分别制备了水性环氧乳化沥青混合料；盛兴跃等7将基质沥青、稀释剂和聚氨酯预聚体按一定比例混合得到反应型沥青胶结料；Liu 等8制备了聚氨酯胶结料，用于低温、潮湿条件下的坑槽修补；韩赣等9以双组分环氧树脂为胶结料预制得到环氧树脂混凝土修补块。可以看出，聚合物改性沥青混合料或聚合物混合料已经成为坑槽修补领域研究的热点。聚氨酯混合料是由聚氨酯胶结料和粗细集料等拌和而成的新型路面材料，具有强度高、刚性大、耐久性好、温度敏感性低、可常温拌和与固化等特点10。本文借鉴聚氨酯混合料在透水路面铺装11、钢桥面铺装12、防冰路面铺装13等领域的研究成果，制备施工和易性好、力学性能优异、耐久性好的单组分聚氨酯作为胶结料，在实验室研究聚氨酯混合料的路用性能，通过路面坑槽修补施工，探究聚氨酯混合料坑槽修补施工工艺，评价坑槽修补的效果，为聚氨酯混合料在坑槽修补中的应用提供参考。第一作者简介：余沛东（1993-），男，助理工程师。研究方向为道路与桥梁。*通信作者：张均（1982-），男，博士，助理研究员。研究方向为路面工程用聚氨酯材料。摘要：以自制单组分聚氨酯为胶结料，制备 AC-13 级配的聚氨酯混合料，研究聚氨酯混合料的马歇尔稳定度、劈裂强度和肯塔堡飞散损失率，并探究聚氨酯混合料坑槽修补工艺和修补效果。结果表明，该聚氨酯混合料标准马歇尔稳定度为 17.6 kN、浸水马歇尔稳定度大于 30 kN，冻融后劈裂强度为 1.54 MPa，浸水飞散损失率为 2.19%；坑槽修补时无须加热，无须切割和喷洒界面剂（乳化沥青），修补后的坑槽表面平整，接缝处紧密、平顺；开放交通 24h 后，测试路面构造深度、摩擦系数和渗水系数分别为 1.06mm、62 BPN 和117 mL/min。关键词：聚氨酯；混合料；坑槽；修补工艺；修补效果中图分类号院U418.6文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤25-0135-04Abstract:Using self-made one-component polyurethane as binder,AC-13-graded polyurethane mixture was prepared.TheMarshall stability,splitting strength and Kentucky dispersion loss rate of polyurethane mixture were studied,and the pothole repairtechnology and repair effect of polyurethane mixture were explored.The results show that the standard Marshall stability of thepolyurethane mixture is 17.6 kN,the immersion Marshall stability is more than 30 kN,the splitting strength after freezing andthawing is 1.54 MPa,and the immersion loss rate is 2.19%.The potholes are repaired without heating,cutting and sprayinginterface agent(emulsified asphalt),the surface of the repaired potholes is smooth,and the joints are tight and smooth.Afteropening the traffic for 24hours,the structural depth,friction coefficient and water permeability coefficient of the pavement are 1.06mm,62 BPN and 117 mL/min,respectively.Keywords:polyurethane;mixture;potholes;repair technology;repair effectDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.25.033135-2023 年 25 期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application1试验部分1.1试验原料胶结料为单组分聚氨酯，自制，具体性能指标见表1。粗集料（玄武岩）产地为浙江丽水，细集料（石灰岩）产地为浙江衢州，矿粉厂家为浙江衢州超群钙业有限公司，具体性能指标和配合比见表 2。表 1聚氨酯胶结料性能表 2集料性能与配合比1.2样品制备采用表 2 配合比得到的混合料符合 AC-13 级配，混合料的筛分曲线如图 1 所示。马歇尔试块制备：首先，将粗集料与细集料放入纸杯中混合均匀，然后加入定量聚氨酯胶结料拌和均匀，最后加入矿粉，继续拌和均匀倒入马歇尔试块模具中，通过马歇尔击实仪击实，正反面各 50 次，空气中放置 10 min 后取出得到马歇尔试块。聚氨酯胶结料与集料拌和时间不超过 3 min。混合料质量为 1 1201 150 g 时，得到的马歇尔试块符合 63.5 mm依1.3 mm 的要求。图 1混合料筛分曲线1.3测试表征1.3.1稳定度采用马歇尔稳定度试验仪（FY-3A 型，北京中科建仪电子科技有限公司），依据 JTG E202011 公路工程沥青及沥青混合料试验规程14（T 07092011 沥青混合料马歇尔稳定度试验）测试马歇尔试块的稳定度。马歇尔试块从模具中取出后立即进行标准马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度测试，恒温水槽温度为 25 益。1.3.2劈裂强度采用沥青混合料劈裂试验仪（SYD-0716 型，河北恒测仪器设备有限公司），依据 JTG E202011 公路工程沥青及沥青混合料试验规程14（T 07162011沥青混合料劈裂试验）测试马歇尔试块的劈裂强度。测试前，马歇尔试块在空气中放置 24 h。1.3.3肯塔堡飞散损失率采用洛杉矶磨耗试验机（LHFS-2S 型，北京中科路建仪器设备有限公司），依据 JTG E202011 公路工程沥青及沥青混合料试验规程14（T 07332011沥青混合料肯塔堡飞散试验）测试马歇尔试块的标准和浸水肯塔堡飞散损失率。测试前，马歇尔试块在空气中放置 24 h。2聚氨酯混合料性能依据施工经验和前人研究成果15-17，确定聚氨酯混合料的油石比为 5.7%，所得聚氨酯混合料马歇尔试块的稳定度、劈裂强度、肯塔堡飞散损失率见表 3。从表 3 可以看出，聚氨酯混合料的标准马歇尔稳定度远大于传统热补沥青混合料或聚氨酯改性沥青混合料17的马歇尔稳定度，且浸水马歇尔稳定度大于 30kN，超出试验仪的量程。所用胶结料为单组分聚氨酯，其与环境中的湿气反应实现固化，在测试标准马歇尔稳定度时，击实后的聚氨酯混合料浸泡于 25 益水中，聚氨酯胶结料的固化速度加快，30 min 的稳定度可以达到17.6 kN，是 JTG F402004 公路沥青路面施工技术规范18规定的沥青混合料技术标准的最低值（8 kN）的 2倍多，表明该聚氨酯混合料施工后强度上升速度快，可以快速开放交通，而且能够在潮湿环境条件下进行施工。冻融后劈裂强度为 1.54 MPa，强度保持率为58.8%，可见尽管冻融劈裂强度绝对值较高，但强度保持率低于 JTG D502017 公路沥青路面设计规范19规定的不小于 80%的要求。标准飞散损失率和浸水飞测试项目 单位 指标 NCO 含量%12.5 黏度（25）mPas 980 拉伸强度 MPa 15.5 断裂伸长率%257 硬度（邵 A）/85 撕裂强度 kNm-1 66.8 集料种类 粒径/mm 配合比（%）表观相对 密度 毛体积相对 密度 吸水率（%）玄武岩 1015 28.0 2.974 2.853 0.56 玄武岩 510 33.0 2.951 2.845 0.65 石灰岩 05 33.5 2.698 2.627 0.71 矿粉 0.075 5.5 2.651/筛孔尺寸/mm136-方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期聚氨酯混合料油石比（%）标准马歇尔稳定度/kN 浸水马歇尔稳定度/kN 冻融前劈裂强度/MPa 冻融后劈裂强度/MPa 标准飞散损失率（%）浸水飞散损失率（%）5.7 17.6 30 2.62 1.54 3.28 2.19 表 3马歇尔试块稳定度尧劈裂强度尧肯塔堡飞散损失率散损失率均小于 5%，且浸水飞散损失率小于标准飞散损失率，表明水环境有利于提高聚氨酯混合料的强度上升速度，材料的水稳定性较好。3坑槽修补施工采用聚氨酯混合料进行坑槽修补施工过程主要包括以下几个步骤：淤坑槽开挖、清理；于聚氨酯混合料拌和；盂聚氨酯混合料摊铺；榆聚氨酯混合料碾压。聚氨酯胶结料常温下具有良好流动性，与集料拌和所得聚氨酯混合料摊铺后能够与坑槽内壁和底面形成牢固黏结，因此，采用聚氨酯混合料修补坑槽时，无须喷洒乳化沥青，也无须采用切割机对坑槽进行切割处理。3.1坑槽开挖尧清理根据坑槽病害的严重程度和“圆洞方补”原则，划定比实际坑槽大 1015 cm 的开挖作业区域，直接用风镐进行开挖清理。开挖时，从中心区域向轮廓线边缘进行破碎，将松散、不坚固的部分清理干净，确保破碎区域不超过开挖轮廓线，开挖出的内壁应垂直于路面，最后用吹风机或压缩空气将坑槽内的碎料吹扫干净，保证底部密实和基本平整（图 2）。图 2清理干净的坑槽3.2聚氨酯混合料拌和在转筒式搅拌机中加入 1015 mm 和 510 mm 的玄武岩碎石，搅拌 35 圈后，加入聚氨酯胶结料，搅拌3060 s，然后加入 05 mm 的石灰岩碎石和 0.075 mm的矿粉继续搅拌 90120 s。如果搅拌量较大，可以适当延长搅拌时间，确保聚氨酯胶结料与集料拌和均匀。聚氨酯混合料拌和可以与坑槽开挖同步进行，以缩短施工时间。3.3聚氨酯混合料摊铺将拌和好的聚氨酯混合料倒入坑槽四周，四周填满后，再将坑槽中间填满；聚氨酯混合料摊铺厚度高出路面 12 cm，且坑槽中间位置的高度略高于四周，聚氨酯混合料表面呈弧形。3.4聚氨酯混合料碾压用手攥聚氨酯混合料，聚氨酯混合料可以抱团，距地面 1 m 可以摔散时，进行碾压。碾压从坑槽四周向中间进行，先横向碾压再纵向碾压，新旧路面处采用骑缝碾压；碾压遍数：用手扶压路机静压 12 遍，然后振动碾压 35 遍，间隔 35 min 再静压 12 遍。如果坑槽深度大于 6 cm，需进行分层摊铺、逐层压实，每次摊铺厚度 34 cm，压实设备采用平板夯或人力夯。4坑槽修补效果评测聚氨酯混合料修补坑槽后的路面状况如图 3 所示。可以看出，坑槽修补后表面平整，接缝处紧密、平顺，外观与采用热补沥青混合料或冷补沥青混合料修补无明显差异。开放交通 24 h 后，参照 JTG 34502019 公路路基路面现场测试规程，通过铺砂法、摆式摩阻系数测定仪和路面渗水仪测试路面的构造深度、摩擦系数和渗水系数分别为 1.06 mm、62 BPN 和117 mL/min。图 3聚氨酯混合料修补坑槽后的路面状况137-2023 年 25 期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application5结论以单组分聚氨酯为胶结料制备了 AC-13 级配聚氨酯混合料，通过路用性能测试和坑槽修补施工工艺研究，得到以下结论。1）聚氨酯混合料在常温下拌和得到，击实后测试标准马歇尔稳定度为 17.6 kN，强度上升快，最终马歇尔稳定度大于 30 kN；抗水损性能优异，冻融劈裂强度为 1.54 MPa，浸水飞散损失率为 2.19%。2）确定了聚氨酯混合料坑槽修补的适宜施工步骤和关键工艺参数；与采用热补沥青混合料修补坑槽相比，采用聚氨酯混合料修补坑槽时无须加热、切割路面和喷洒乳化沥青界面剂，施工更加简便、能耗更低，而且允许坑槽底部潮湿，或有少量明水，施工宽容度更高。参考文献院1 王超群.高速公路沥青路面养护坑槽修补工艺J.交通建设与管理，2022（2）：86-87，139.2 洪斌，陆国阳，高峻凌，等.路用聚氨酯胶结料的抗紫外老化性能J.中国公路学报，2020，33（10）：240-253.3 陈磊磊，马雯琦，钱振东，等.沥青路面坑槽修补界面失效机理分析J.东南大学学报（自然科学版），2022，52（3）：571-577.4 吕文江，王琛锐，孙梦青，等.水性不饱和聚酯树脂改性乳化沥青坑槽黏结料J.公路，2022，67（8）：353-361.5 苗超杰.基于水性环氧乳化沥青的坑槽冷补料研究 D.重庆：重庆交通大学，2018.6 杨川文.水性环氧乳化沥青混合料材料组成设计J.大连交通大学学报，2020，41（3）：78-81.7 盛兴跃，李睿，李璐，等.反应型沥青冷补料制备与性能研究J.公路交通技术，2016，32（1）：48-52.8 LIU M，HAN S，SHANG W，et al.New polyurethane modifiedcoating for maintenance of as phalt pavement potholes inwinter-rainy 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