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水泥混凝土路面切割缝的界面状态对填缝料性能的影响
寿崇琦, 尚 盼, 宋南京, 康杰分
(济南大学化学化工学院, 山东济南 250022)
水泥混凝土在硬化过程中会产生一定的收缩变形;硬化后的混凝土由于温度升降也会产生收缩和膨胀,因此水泥混凝土路面要每隔一定距离预设缝隙,使混凝土板块能自由胀缩,避免出现不规则的裂纹。同时路面施工也不可能连续浇筑,也必须设置施工缝[ 1 ] 。这些接缝将随温度的升降改变宽度,地面水也将沿缝下渗,破坏路基;同时接缝中易落入石子,沙子等硬物,当板块膨胀时,接缝处混凝土往往被挤坏[ 2 ] ,所以应接缝进行填塞,将其密封,以提高水泥混凝土路面行车的舒适性,同时提高混凝土路面的质量,延长其使用寿命[ 3 – 6 ] 。
接缝施工在水泥混凝土路面施工中所占的比例很小,很容易被忽视,施工人员为了施工方便,快速完工,不按照规范要求操作,不对切割缝进行清缝处理就进行填缝施工,以致路面在投入使用后不久就会出现填缝料脱粘现象,导致填缝料无法有效地防止雨水和砂石杂物进入接缝,导致水泥混凝土路面出现裂缝、唧泥、沉陷、破碎以及板底脱空等现象发生[ 7 ] 。本实验对水泥混凝土路面切割缝的表面状态进行模拟,探讨其对填缝料性能的影响。
1 实验部分
1. 1 水泥模块的制备
根据JC /T – 2005《道桥嵌缝用密封胶》对试验基材的要求标准,将42. 5普通硅酸盐水泥、标准砂按配比制成砂浆,然后制备便于性能测试的半“8”字形水泥模块,用水养护7d后,烘干备用。
1. 2 粘结界面处理
①用水泥浆处理粘结界面。将42. 5普通硅酸盐水泥加适量水配成水泥浆,在烘干后水泥模块的粘结面上轻刷一层。用来模拟切割缝施工过程中没有做清缝处理即进行填缝的情况。
②用水润湿粘结界面。用自来水润湿粘结界面后进行填缝,用来模拟切割缝没有充分干燥就进行填缝的情况。
③清洁粘结界面。将水泥模块的粘结界面用自来水清洗后,晒干后填缝,用来模拟切割缝经过清缝处理后再进行填缝施工的情况。
④用界面处理剂处理粘结界面。用乙醇作溶剂将有机硅偶联剂KH550配成1%的稀溶液,制成界面处理剂[ 8 ] ,在水泥模块的粘结面上涂上薄薄的一层。
1. 3 填缝料的处理
将填缝料用量15%的甲苯加入填缝料中,充分搅拌后,进行填缝。
1. 4 试样制备
用焦油型、聚氨酯型、有机硅型填缝料粘结经界面处理后的水泥模块,制成试样(见图1所示) ,在标准固化条件[温度为(23 ±2) ℃,相对湿度为( 55±5) % ]下固化7 d后,测其性能。
1. 5 性能测试
粘结性能测试按GB /T528— 92在XL— 100A型万能拉力机上进行,拉伸速度5 mm /min。
2 实验结果与分析
2. 1 水泥浆对填缝料性能的影响(见表1)
当切割缝的粘结界面粘有水泥浆时,聚氨酯型、焦油型和有机硅型3种填缝料的粘结强度都有所降低,有机硅型填缝料的粘结强度的折减系数甚至达到了0. 636。可以看出粘结界面的清洁与否对填缝料的粘结性能有很大影响。从焦油型填缝料的实验情况看,粘结界面清洁时,其破坏形式为内聚破坏,当粘结界面粘有水泥浆时其破坏形式变为界面破坏,这是因为粘接是通过胶粘剂和被粘物界面上分子相互扩散产生的[ 9 ] ,当粘结界面粘有水泥浆时,填缝料粘接到这些弱的边界层上而不是基体上,只有少数链段通过布朗运动扩散到基体表面,与基体分子形成分子水平的接触,通过分子间作用力产生粘接,所以填缝料的粘结强度大幅度降低。
2. 2 水对填缝料性能的影响(见表2)
当切割缝的粘结界面处于潮湿状态时,聚氨酯型、焦油型和有机硅型3种填缝料的粘结强度都有所降低,可以看出粘结界面的干燥程度对填缝料的粘结性能也有很大影响。双组分焦油型和聚氨酯型填缝料在配比甲乙组分时异氰酸基均设计为过量,以便填缝料能与基体产生化学吸附产生粘结,当粘结界面不是很干燥时,这些游离的异氰酸基和基体中的水分发生化学反应,生成CO2 ,由于填缝料的黏度很大,生成的CO2 不可能完全逸出,在粘结界面处产生气泡,使填缝料和基体的粘结处产生缺陷,受力时缺陷附近局部范围内的应力急剧地增加,产生应力集中,这些缺陷就是粘结界面破坏的薄弱环节;单组分有机硅型填缝料的固化是通过和空气中的水分反应,粘结界面处多余的水使填缝料与基体成分无法形成分子水平的接触,不能产生很好的物理吸附,从而导致粘结强度降低。
2. 3 界面处理剂对填缝料性能的影响(见表3)
粘结界面经有机硅偶联剂KH550处理后,焦油型填缝料的粘结强度没有变化,其破坏形式为内聚破坏,界面没有出现脱粘的现象;聚氨酯型、有机硅型两种填缝料的破坏形式虽然均为界面破坏,但粘结强度有所提高。因为KH550是带有氨基和硅氧烷基两种反应基团的物质,硅氧烷可以水解生成硅醇,并与混凝土粘结界面上的羟基进行脱水缩合反应,形成耐水的化学键(见图2) ;氨基上的活泼氢和填缝料的活泼基反应,形成化学键。填缝料和混凝土基体通过化学键结合[ 10 ] ,粘结强度有了很大提高。
2. 4 溶剂对填缝料性能的影响(见表4)
聚氨酯型和有机硅型填缝料加溶剂稀释后,粘结强度都有所提高,这是因为聚氨酯和有机硅都是聚合物,分子量大,分子间作用力很大,分子链不容易运动,溶剂的加入,增大了分子链的运动性,有利于大分子扩散到混凝土基体界面,使填缝料和基体很好地接触,形成物理吸附,提高填缝料的粘结强度。而对于焦油型填缝料,溶剂的加入同样能起到增大分子链运动性、润湿粘结界面的作用[ 11 ] ,但其内聚能较低,在界面破坏之前材料已经破坏,所以破坏形式表现为内聚破坏。但对内聚能大的填缝料来说,溶剂的加入对提高粘结性能是有利的。
3 结论
①水泥混凝土路面切割缝经切割后残留的水泥浆必须清除,否则容易造成填缝料脱粘,粘结强度降低;
②水泥混凝土路面切割缝的填缝施工必须在路面干燥后进行,否则混凝土里的水分会造成填缝料产生缺陷,使粘结强度降低;
③水泥混凝土路面切割缝经界面处理剂处理后,粘结强度提高,说明对粘结界面进行界面处理,对提高填缝料的粘结性能是有利的;
④用溶剂稀释填缝料,有效地改善了填缝料的流动性,有利于填缝料向基体界面扩散,填缝料在界面处的粘结强度提高。
