常温施工式填缝料的试验分析及评价

0  引言
水泥混凝土路面具有承载能力大、稳定性好、使用寿命长、日常养护费用低等优点, 同时我国水泥产量大、分布广, 各地都可以就近供应。因此自上世纪80 年代初开始, 水泥混凝土路面就被广泛用于公路和城市道路的主次干道上, 近几年来更得到迅速发展。水泥混凝土路面在使用过程中常出现裂缝、唧泥、错台等病害, 这些病害严重影响混凝土路面的承载能力和使用寿命。产生这些病害的原因很多, 但在很大程度上与接缝所采用的填缝料有关, 填缝料质量的好坏是保证水泥混凝土路面是否可以正常使用的关键。由于填缝料性能差, 极易直接造成接缝渗水、填缝料外溢、杂质嵌入等危害, 造成水泥混凝土路面板出现裂缝、唧泥、错台。因此准确评价水泥混凝土路面填缝料是十分重要的。
本文根据东北地区的气候特点, 在分析了现有规范推荐评价方法不足的基础上, 补充了用于评定填缝料与水泥混凝土粘结性能的弯曲试验和拉伸试验, 并对7 种常温施工式填缝料进行室内试验研究。试验结果表明弯曲试验和拉伸试验简便、有效, 能够准确反映材料的使用性能, 并根据试验结果采用模糊评定方法对填缝料的综合性能进行了定量评价。

1 常温施工式填缝料的技术指标体系分析[ 1, 2]
根据交通行业标准??公路水泥混凝土路面接缝材料 ( JT/T 203-95) , 主要采用灌入稠度、失粘时间、弹性复原率、流动度和拉伸量等指标评价常温施工式填缝料的性能, 其技术指标见表1。
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失粘时间是测定填缝料的固化时间, 特别是对于双组分聚氨酯类填缝料, 固化时间和固化过程决定了开放交通的时间; 流动度反映了填缝料在高温时发生流淌的程度, 以表征填缝料在夏季高温时抵抗粘失的能力; 灌入稠度是检验施工的和易性, 确定填缝料的稠度是否适宜灌入水泥混凝土接缝内; 弹性试验是表征填缝料适应混凝土板胀缩的弹性恢复能力; 拉伸试验是测定填缝材料在低温时的拉伸性能, 即测量填缝料与混凝土块脱离或填缝料自身开裂时的伸长量。
填缝料的失效一方面是材料本身的性能不能满足要求, 另一方面在本身性能良好情况下, 由于填缝料粘结能力不好造成填缝料与混凝土板脱开, 是填缝料失效主要原因, 特别是在低温条件下, 材料的收缩量增大, 板与填缝料的界面内产生较大的弯、拉应力。
我国东北地区冬季寒冷, 最低月平均温度达到- 20 !以下, 而且在冬末和初春季节, 昼夜气温变化剧烈,使路面处于冻融循环的加载方式下, 此时混凝土板会产生较大的收缩, 从而发生翘曲变形, 使填缝料实际上处于受弯拉的状态。因此, 常用的试验方法不能充分模拟填缝料在实际路面中的受力状态。
为此, 本文设计了填缝料与水泥砂浆粘结强度试验来模拟填缝料与水泥混凝土板界面的粘结能力。

2 填缝料与水泥砂浆粘结强度试验[ 3]
为补充现有规范推荐评价方法的不足, 模拟填缝料在使用时的受力状态, 自行设计了填缝料与水泥胶砂试件之间的抗弯强度和抗拉强度及伸长量试验方法。

( 1) 试件的制作
弯曲试验的试件采用水泥胶砂试件( 尺寸为40mm ∀ 40mm ∀ 160mm 的标准水泥胶砂强度试件) , 从中间锯成相等的两段, 在其间形成尺寸约为40mm ∀40mm ∀ 10mm 的空槽, 将各种填缝料灌入空槽中, 刮平后冷却待用。
拉伸试验的试件是采用水泥#砂= 1#1 的水泥砂浆制作的8 字型模, 中间形成约23mm ∀ 25mm ∀ 10mm的空槽, 同样将各种填缝料灌入空槽中, 刮平后冷却待用。

( 2) 弯曲试验
弯曲试验采用图1 所示的3 分点加载, 试验温度为25 ! 左右, 加载速率为1mm??min。
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( 3) 拉伸试验
拉伸试验采用8 字模试件, 拉伸速度为50mm??min, 试验温度分别为25, – 10, – 20 ! , 记录破坏时的最大拉力值和对应的拉伸量, 并求出试件的抗拉强度。

3  填缝材料的性能试验及分析
3 1  试验材料
常温施工式填缝材料主要有: 聚胺酯焦油类、聚胺酯类、氯丁橡胶类、乳化沥青橡胶类等。本次试验搜集了国内常用的7 种常温施工式填缝料, 编号如下: 1- 硅酮密封胶( 白色) ; 2- U Seal 907 ( 黑色) ;3- PU AM111 032 ( 黑色) ; 4- 法国索普瑞马防水涂料( 灰绿色) ; 5- 聚氨酯填缝胶( 甲#乙= 1#2, 黑色) ; 6- 聚氨酯类1 号( 甲#乙= 3#5, 白色) ; 7- 聚氨酯类3 号( 甲#乙= 1#1??5, 白色) 。

3 2  试验结果分析
7 种填缝料的试验结果分别列在表2 和图2~ 图4中。进行抗弯强度、抗拉强度及伸长量试验时, 试验时间均为从填缝料失粘后再继续养护48h 后进行, 以便于比较分析试验结果。

3 2 1 失粘时间试验分析
由表2 可见, 1、6、7 号的失粘时间比较短, 小于标准规定的6h; 3、4、5 号的失粘时间接近标准规定的上限值, 失粘时间比较长, 2 号的失粘时间处于标准规定的中值。既达到了满足失粘时间大于6h 的要求, 又不会导致开放交通时间太晚。

3 2 2   流动度试验分析
只有4 号填缝料的流动度不符合标准要求, 其余6 种填缝料的流动度均满足标准的要求。

3 2 3  灌入稠度试验分析
只有4、5、6、7 号可以测出灌入稠度, 5、6、7号都属于聚氨酯类, 即聚氨酯类的填缝料的流动性比较大。但其20 ! 的数值均大于标准规定, 在3 个试验温度下, 1、2、3 号填缝料均不流动, 无法测出其灌入稠度值。可见, 标准规定20s 的灌入稠度值过小, 是否合理值得商榷。

3 2 4   弹性试验分析
图2 中每种填缝料的3 个柱形从左到右依次为-10 ! 和20 ! 及老化后的弹性复原率。在低温和老化下, 除1、4、6 号以外, 其余4 种填缝料的弹性复原率都大于其常温的数值。由于未测出20 ! 弹性复原率, 因此4 号填缝料无法进行全面比较, 在低温和老化后, 1、6 号的抗变形能力降低, 其余4 种填缝料的抗变形能力增强。

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