南方地区高等级公路水泥混凝土路面填缝料选择试验研究_涂料配方网
南方地区高等级公路水泥混凝土路面填缝料选择试验研究
水泥混凝土路面由于强度高、耐磨性好等特点,已经得到了越来越多的应用。但不无担忧的是, 许多路面使用时间不长就出现了病害, 大多数发生在接缝位置。调查表明, 引起接缝位置破坏的主要原因是由于接缝未进行良好密封, 水和有害物质进入接缝, 降低了基层强度或阻碍水泥板块间自由位移所致。为此, 要保证接缝处于良好的状态, 必须采用优良的密封材料, 合理的密封结构和正确的密封施工。我国南方大部分地区夏季最高气温超过40 ,路表温度最高可达70 , 而且雨水较多。因此, 填缝料的选择除要考查其常规性能外, 还必须考查其高温流动性能和耐水性。
1 填缝料的发展及现状
20 世纪90 年代以前, 我国大部分地区使用的填缝料为沥青基填缝料。该类填缝料包括纯沥青、沥青砂、沥青玛蹄脂等。它们最大的优点为价格低廉, 但是其粘接力、抗硬物的嵌入能力、弹性和耐久性均不理想。以后, 人们又使用以聚氯乙烯胶泥、聚乙烯胶泥等为代表的胶泥类填缝材料, 并已经在机场跑道、高等级公路上有较多使用。但是这类填缝材料的硬度不足, 抵抗砂石的嵌入能力较差, 耐久性也较差, 污染大。1997 年以后, 焦油型聚氨酯填缝料开发成功,进入市场, 随后普通型聚氨酯填缝料也进入了市场。它们的优点为: 在常温下固化, 具有优秀的橡胶弹性; 固化前后收缩率较小; 只要使用底涂料, 有优越的粘合力; 耐油、耐化学药品性能优良; 在低温下也不会失去橡胶弹性; 耐磨耗性能好, 可长久使用; 施工较为简便。已较广泛用于屋内混凝土地板、天花板等装配式壁板建筑的接缝, 地铁及其地下各种土建工程的接缝, 高速公路和飞机场跑道膨胀伸缩缝等工程的接缝密封。
聚氨酯类填缝材料的缺点为: 双组分混合时需要很长时间, 当甲乙组分混合比例使用不当时, 固化后材料的物理性能与使用寿命会受到较大的影响;施工时温度较高( 特别夏季) 则可能发生气泡, 耐水性较差; 表面留下粘性, 容易污染[ 1] ; 固化时间较长,易影响交通; 耐候性及耐久性也较差, 很多路面在使用2 年左右时失效率已达到90% 。
近几年来, 国内开始采用弹性模量低的硅作为水泥混凝土路面特别是高等级公路、机场道面的填缝料。有机硅类填缝料具有复原性大、耐紫外线、耐候性好、低温下作业性好、耐久性好等优点, 但其价格昂贵粘着性差、抗裂性不佳、有刺激性气味、耐油性及化学药品性差等缺点影响了它的应用[ 2] 。预制橡胶嵌缝条类材料是国家 八五!计划后发展起来的, 大多数采用氯丁橡胶制成。用预制橡胶条后, 在行车车轮的作用下, 混凝土路面板的垂直位移使其粘结力消失, 从缝槽中跳出, 导致断面位移,失去密封效果, 因此预制橡胶条没有得到大规模应用, 但预制橡胶条在没有或有限交通量( 如停车场、广场等) 的地段是具有优越性的。
本世纪初, 随着材料科学的发展, 热熔弹塑性填缝材料也开始进入人们的视野。它是以热塑性橡胶以及多种热塑性树脂为基材, 添加了分散填充剂、增塑剂、抗氧剂、增粘剂、填料、紫外光吸收剂等材料,通过合理的配方, 特定的工艺参数, 让物料形成均匀稳定的在微观上具有三维立体空间网状结构的微相分离结构。硬相赋予其强度和耐嵌入能力, 软相赋予其拉伸性能。填缝料的微观相分离结构使其在140~ 190 时呈现出流动性, 在- 25~ 60 呈现的是有弹性和可塑性的固体; 在高频作用下( 如冲击,振动) 呈现的是高弹性, 在低频作用下( 如温度作用下的收缩, 自然状态下的徐变) 则呈现可塑性。其综合特点是: 140 以上呈熔融状态, 并有可浇灌性, 低温下的弹性, 高温下的不流淌性、永久的密封性, 耐腐蚀性和防水性。同时仍具有像聚氨酯一样的良好粘接性能和橡胶一样的高弹性[ 1- 3] 。
2 填缝料的常规性能
聚氨酯填缝料是国内常见的一种冷施工填缝料, 简称PU, 其高弹性型简称PU- 1。其主要技术性能见表1。
TS101 热熔弹塑性填缝料是一种以热塑性橡胶为主体材料, 且添加了各种助剂的新型热熔弹塑性填缝料, 其主要技术性能见表2。
从表1、表2 的试验结果看, 2 类填缝料均能满足规范要求, 但哪类填缝料更能满足炎热多雨的南方地区高等级公路的要求, 需进一步试验验证。
3 利用高温流动度评价填缝料的耐高温性能
填缝料的高温抗流淌性能采用高温流动度来表征。规范要求流动度的试验温度为60 , 不能模拟南方地区在夏季地表的实际温度, 因此设计了3 种试验温度, 并进行各种试验时间的流动度试验。试验结果见表3。
从表3 的试验结果看, 在60 、70 时, TS101填缝料的流动度明显小于PU 填缝料; 在80 、试验时间为5 h 时, PU 填缝料就开始起泡, 而TS101 各个试验时间下的流动度仍然满足规范对加热施工时填缝料的要求。
4 填缝料耐水性能评价
填缝料的主要作用是密封防水, 因此填缝料耐水性的基本要求为不与水发生反应, 不溶于水。但所有涉及到填缝料性能要求的技术规范中除#水泥混凝土路面嵌缝密封材料&( JT T 589- 2004) 中对硅酮类填缝料要求浸水性试验外, 其它的如#公路水泥混凝土路面设计规范&( JTJ 012- 94) 均未对填缝料的耐水性作出要求, 但南方地区高热、多雨的特殊地理条件对填缝料的耐水性提出了更高的要求。因此, 模拟了25 、40 、60 3 种温度下的浸水试验,具体试验结果如图1、图2 所示。
将数据进行回归, 结果见表4。
从图1、图2 中可知, 2 种填缝料的延伸率皆随浸水时间的增加而降低。温度不同, 降低的速率不同。随着温度升高, 降低速率增大, 即填缝料的耐水性降低。聚氨酯类填缝料的下降速率在25 和4 0 时是TS 的6倍左右, 在60 时是TS 的7倍左右。这主要是由于水对聚氨酯有2 个作用: 一是水对聚氨酯的增塑作用, 即水与聚氨酯中极性基形成氢键, 使聚合物本身分子间的氢键削弱, 物理性能降低; 二是水对聚氨酯的水解作用。它们的共同作用使聚氨酯填缝料的耐水性能降低, 在60 、120 h 时降低了32. 95% , 已经不能满足规范的要求。而TS101 填缝料采用疏水性高分子材料% % % 热塑性橡胶为主体材料, 其本身不溶于水, 也不与水发生反应, 在60 、水浸120 h 条件下仅降低了5. 55%, 具有优异的耐水性能。
通过将高温性能与耐水性试验结果与南方地区具体地理气候条件相结合进行对比分析, 结果表明:热熔弹塑性填缝料对聚氨酯填缝料具有更优的高温性能和耐水性能, 更能适用于炎热多雨的南方地区高等级公路水泥混凝土路面的嵌缝密封。
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聚氨酯密封胶用途之一--聚氨酯PU发泡填缝料在门窗安装中的应用特点
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1、前言 密封胶是现场嵌填、粘结接缝、常温固化的弹性密封材料，是近10年迅速发展起来的新型建材，其产业化得到国家的鼓励和支持。随着城市建筑现代化、建筑设计施工技术进步、装修档次的不断提高，密封胶在建筑工程和家庭装修中的消费量迅速增长，有力地推动着密封胶产业发展。目前已形成以聚氨酯、聚硫、硅酮等为主体的新兴密封胶产业。聚氨脂PU发泡填缝材料（以下简称PU填缝料），具有超低热传导率、低吸水性、不易收缩干裂、防腐、绝缘、隔声、自熄等性能，可用于各种建筑材料的填空补缝、密封堵漏、隔声保温和粘结固定，近年来在铝合金及塑料门窗安装中得到了广泛使用。
2、聚氨酯密封胶的主要原材料及其作用 聚氨酯密封胶有高度极性和活性，对各种金属与非金属材料都有较好的粘接强度和较大的韧性。此外，它还具有良好的耐低温性能，还有优良的耐溶剂性，耐油性和耐老化性能等。其主要原材料及其作用见表1
3、聚氨酯密封胶的种类及其组成 聚氨酯密封胶一般分为单组分和双组分2种基本类型，单组分为湿气固化型、双组分为反应固化型。单组分施工方便，但固化较慢；双组分有固化快、性能好的特点，但使用时需配制，工艺复杂一些。
3.1单组分聚氨酯密封胶 单组分湿固化聚酯密封胶是由端―NCO预聚体及填料、添加剂组成，其组成见表2。
3.2双组分聚氨酯密封胶 双组分聚氨酯密封胶由主剂和固化剂2个组分组成。其中主剂一般为端―NCO预聚体，固化剂一般由聚醚多元醇等活性氢化合物、填料、触变剂等添加剂组在，其组成见表3。
4、硬质聚氨酯防水保温材料的应用特点 硬质聚氨酯防水保温材料可以通过改变材料的组成、配方比例、合成条件等方法来制得不同软硬度、耐火
性、耐高温性、耐化学性以及不同机械强度的泡沫塑料。
4.1聚氨酯硬质泡沫是一种具有闭孔结构的低密度微孔材料，具有质轻、比强度高、导热系数小、隔热性能好、吸水率低、施工操作方便等特点。
4.2聚氨酯泡沫的导热系数受使用温度的影响而改变，并且与泡沫中的气体种类与密度有关。一般其导热系数与密度变化成正比关系，当密度为35kg/m3时，聚氨酯硬质泡沫塑料的导热系数较低，比较理想的密度为35-65kg/m3，此时导热系数可维持在0.018-0.025W/(m?K)，当密度较小（如小于30kg/m3）时，导热系数反而增大，这主要是因为泡沫塑料密度过低时开孔结构比例增大，从而导致热系数增大。
4.3聚氨酯泡沫塑料的许多物理性能都取决于它的泡孔结构，对硬质泡沫来说，泡孔以闭孔结构为宜，且闭孔率越高，制品吸水率越低，气密性越好，保温性能越优异。聚氨酯硬质泡沫既可以工厂化生产，也可以现场施工这是其它泡沫塑料如聚苯乙烯、聚乙烯等所不具有的优点。
5、聚氨酯PU发泡填料在门窗安装中的应用 我国目前最常见的铝、塑门窗填缝材料有PU填缝料、矿棉毡、玻璃棉毡、沥青麻丝和水泥砂浆等，其中水泥砂浆在门窗的安装中使用已不普遍，其作法不能满足规范要求，在多年的使用中已暴露出种种缺陷，如防腐措施不力造成框料的腐蚀、填塞不密实造成渗漏、保护不当造成框料的污染和限制框料的自由胀缩等。而PU填缝料却在门窗安装中具有独特的优势。
5.1 PU门窗填缝料效果分析 5.1.1 保温隔声性能 （1）PU填缝料热导性相对较低，热导系数仅为0.03－0.04W／(m?K)，且密度仅20kg／m3，有很好的保温和隔声效果。 （2）矿棉毡、玻璃棉毡的保温、隔声性能也较好，但随时间的推移会逐渐降低；而水泥砂浆则根本不具备保温性能。
5.1.2 防腐、绝缘性能 PU填缝料及矿棉、玻璃棉毡均具有防腐绝缘性能，水泥砂浆则不具备绝缘性能，且对铝合金有腐蚀作用，因此采用水泥砂浆填缝时，须对铝合金框与水泥砂浆接触面采取防腐措施。
5.1.3 防治渗漏效果 （1）目前门窗防渗的作法是在缝表面填嵌缝膏，但由于某些嵌缝膏自身质量不过关、易老化或由于施工前清理不净造成嵌缝膏粘结不牢、施工马虎造成嵌缝膏厚度不足等原因而引起渗漏，因此仅靠这一道防水屏障是不够的，若在填缝层内再设一道防水屏障，效果将大为改观。 （2）PU填缝料由于本身发泡膨胀保证了填缝密实，且其具有较强的粘性，使框与填缝料粘结处不会产生裂缝。从防治渗漏的角度看，采用PU填缝料比用水泥砂浆有效。
5.2 PU门窗填缝料施工事项 5.2.1 避免渗漏的产生 (1)产生原因：a、PU填缝料自身因素。现在市场上存在不闭孔的发泡材料，由于其发泡后孔与孔相通，有可能渗漏；b、填缝时速度过快，造成PU填缝料不连续，有断口情况，留下渗漏隐患；c、门窗框固定方法不妥，因外力造成扭动引起PU填缝料与框料接触面开裂而形成渗水通道。 ⑵预防措施：a、选用闭孔的聚氨酯PU发泡填缝材料；b、填缝操作时注意均匀慢速；c、将门窗框(特别
是容易产生扭动的铝合金窗下框)与主体结构的固定方法由一侧固定改为两侧固定。
5.2.2 低温不发泡的防治 (1)产生原因：PU填缝料具有随温度升高发泡量增大的特性，若温度太低则不能充分膨化，因此其施工温度不宜低于5℃。 ⑵预防措施：如确需低温施工，可对料罐采取保温措施，如将料罐放在保温水桶内、料罐用泡沫塑料包裹等。
5.2.3 注意施工安全 (1)产生原因： PU填缝料无致敏性物质，对人体无害，且不含氟利昂，有利于环境保护，但由于使用时会产生混合气体，对人体有一定的刺激，且其固化前有较强的粘性，因此使用时按产品说明书要求进行施工。
⑵预防措施：a、施工人员应戴工作手套和护目镜；b、现场须通风；c、料罐所处环境温度应不高于50℃。
6、结论 6.1聚氨酯密封胶是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团的密封胶，具有抗撕裂、耐磨抗穿刺、对基材不污染、耐酸碱、耐有机溶剂、可涂漆、对石材及混凝土无腐蚀等特性，从而在建筑应用中脱颖而出，其需求量将会逐渐增长。 6.2由于聚氨酯硬泡相对于其他保温材料有着更好的保温效果，再加上聚氯酯材料的迅速发展，全世界对节约能量的要求，国家对建筑节能的重视，聚氯酯泡沫在建筑保温材料的应用会更加广泛。实践证明，PU填料对于减少门窗的渗漏损失具有很大的帮助，可以极大的提高门窗的保温节能效果，是门窗安装填缝材料中其他材料无法替代的防水保温材料。
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