国外水泥混凝土路面用填缝材料

作者：山东鲁能发展集团公司朱元龙

摘要 本文阐述了国外水泥混凝土路面用填缝材料的历史、发展、现状，通过分析和比较有机硅填缝胶和聚氨酯填缝胶的性能，并结合其实际使用情况，预测了水泥路面填缝材料的发展趋势。 关键词 填缝胶水泥路面发展 前言水泥混凝土路面在世界范围内得到广泛应用，而一条新的水泥混凝土路面的建成，需要性能优良的填缝材料对其缝隙进行填缝。水泥混凝土路面的填缝材料的作用是:一、防止接缝渗水。若地面水渗入混凝土板下的基层中，造成地基承载力降低和强度不均匀，在交通荷载作用下会使混凝土板底脱空，以及在冬季加剧不均匀的冻胀等，致使板断裂破坏;二、防止缝料外溢。即气温较高时混凝土板膨胀，板块之间的缝隙缩小，如填缝料本身压缩性能和热稳定性差，就容易流淌并从缝中溢出，在车轮的碾压下，外溢出的填缝料压粘在缝的两侧，影响路面平整和路容;三、防止杂质嵌入。抗嵌入能力差的填缝料，杂质容易嵌入缝内，从而使接缝失去胀缩性能，使板面产生拱胀和断裂，尤其在小粒径石块嵌入胀缝时会导致接缝处板端压力集中，把接缝附近混凝土板挤碎等不良后果[1] 。

纵观历史，国外水泥路面填缝材料经历了最初的焦油，沥青，PVC胶泥，预制胶条，改性沥青，氯丁橡胶，焦油聚氨酯，聚氨酯，改性聚氨酯，以及有机硅，聚硫橡胶等材料的使用发展历程。随着公路化学建材科技的发展，许多性质优良的高分子材料已广泛应用水泥混凝土路面的填缝，使水泥混凝土路面的质量得到提高，同时路面使用寿命得到有效地延长。 1 填缝材料的早期应用 1906年，美国在东部华盛顿、马萨诸塞州最早使用热熔型焦油沥青作为填缝材料[2]，此时人们认为填缝材料的主要功能是填充而不是其它。1960年，美国在Michigan水泥路面上首次采用氯丁橡胶作填缝材料。此后有关水泥路面填缝胶的研究和生产蓬勃发展起来，填缝材料发展迅速，也带动了填缝材料施工和生产的发展。1912年，美国国家水泥协会(现称美国混凝土研究所)制定了第一部涉及填缝材料标准，称为“水泥混凝土路面的标准规格”。许多年以来，这项标准一直作为水泥路面填缝胶(joint fillers)的性能指标的参考，直到现在许多标准依然在沿用该填缝胶的部分内容。进入19世纪70年代，人们改变了对填缝胶的性能要求，认为填缝胶必须具备一定的防止水分渗入的能力，众多研究单位和生产厂家开始将填缝胶的主要性能要求从充填性能转化为防水性能。 2 近代填缝材料的应用现状 随着公路水泥路面施工和水泥填缝材料工业的发展，美国联邦公路协会认为:现在被广泛接受的接缝填缝材料的标准要求，一是填缝材料必须除了保证地表水的最少渗入(即防水功能)，而且要具备足够的抗嵌入度，以防止硬物侵入接缝处、损伤缝隙; 二是填缝胶必须有足够的抗腐蚀能力，以防止清除路面冰层时用的化学试剂的侵入;三是填缝胶必须有一定的弹性，能够经受住车轮碾压产生的震动和气温变化所致的缝隙的伸缩。水分能够侵蚀路基和路面地基，路面地基受水腐蚀，地层松软。路面受重型车辆的碾压，容易造成路面板块波动而造成路面下沉、塌落、碎化。建造一条完全不渗水的水泥混凝土路面是不可能的，根据公路实际施工经验，现在比较可行的方法是在水泥路面的切缝处灌注填缝胶，尽量减少水分的渗入，而且还提供了凹面填缝胶表面，使得雨水能够尽快排出路面。填缝胶的另一个主要作用就是防止坚硬物体嵌入填缝胶内部。坚硬物质侵入缝隙中，阻碍水泥路面板块因热胀冷缩引起缝隙大小变化，在夏季高温的情况下阻碍了水泥路面缝隙的减少，使得路面接缝处水泥遭到破坏、粉碎，影响了正常行车。 1970年以来，水泥路面的接缝中大多数使用热熔型填缝材料，如改型沥青、PVC改性胶泥等。这类热熔型填缝材料是在灌缝现场，材料加热后立即人工灌入水泥缝隙内。热熔型填缝材料经过多年的研究和发展，已经取得很大的进展。它们完全不同于上世纪中叶最早应用水泥路面填缝的高温熔化焦油和沥青，它们的弹性和耐久性有了一定提高。随着对填缝材料防水、弹性和粘结功能的认识，人们改进了填缝胶的粘结能力，而且已经制造出低模量高弹性的填缝胶材料。目前美国大约25%的筑路公司使用热熔型填缝胶进行填缝，多数热熔型填缝胶被用作水泥路面的伸缩缝和高速公路的纵缝充填。 19世纪60年代压缩式嵌缝条开始投入使用，这种材料完全不同于流体填缝胶，填缝条是已经加工成型的条状材料。跟填缝胶不同，嵌缝条在保持压缩状态时被压入缝隙，随着缝隙的热胀冷缩循环而被压缩或膨胀。因此，它们的能力主要取决于水泥板块长期保持对其的压缩作用。压缩嵌缝条经过了多次改进，最初的网状嵌缝条被淘汰。橡胶混和物的组分的改进，提高了嵌缝条的性能，由于氯丁橡胶能保持长期弹性恢复率而被广泛用于水泥公路路面接缝处的嵌缝材料，如今大约有20%公路路面横切缝采用这种嵌缝条作为其填缝材料。随着高分子材料不断的在水泥路面上的使用，尤其是为了寻求可以保持耐久性好的热压冷拉性能的高档水泥路面填缝材料，目前世界范围内的耐老化、弹性高、粘结强度大，可以室温固化的高分子材料，如有机硅和聚氨酯胶等被人们所重视。国外发达国家目前普遍采用以有机硅树脂为主要组分的有机硅填缝胶是一种冷施工液体室温固化填缝胶，在常温下就能保持液体性能，可以和空气中的水分反应而交联成型固化变成橡胶状固态，也可以外加时期固化的化合物固化为固态。有机硅填缝胶应用于水泥路面填封缝的施工工艺为室温下灌入缝隙，数小时后液体填缝材料逐渐变为弹性固态，并且与混凝土壁面保持一定强度的粘结。现在美国等发达国家的筑路公司 52%采用有机硅填缝胶作为其水泥公路路面的横切缝的填缝材料 [3]。目前对有机硅的改进是自流平式有机硅填缝胶的产生，这种有机硅填缝胶流动性比较好，灌入缝隙后可以依靠本身良好的流动性能自己流平，不需要其它工具将其整平。聚氨酯填缝胶由于其价格较低，优良的耐磨性，低温柔软性，粘结好，耐油性优良等优质特点，最近十年发展迅速。1985年，美国聚氨酯填缝胶的产量与有机硅填缝胶相当。90年代其聚氨酯填缝胶的产量已经超过有机硅[4]。聚氨酯填缝胶的常温流动性能比较好，其施工工艺类似于自流平式有机硅填缝胶，但聚氨酯有老化性能差的缺点。 3 产品性能对比及发展趋势 随着填缝胶由最初的简单的热熔型焦油材料发展为结构复杂、冷施工的有机硅、聚氨酯等高分子材料，水泥混凝土路面也逐渐发展起来。而今，新建水泥混凝土路面的横切缝隙下都设有暗销，这样做有利于转移水泥板块位移在接缝处产生的巨大作用力。二十五年以来，水泥横切缝之间的距离由以前的15～20英尺，发展到现在的20～100英尺，这明显的提高了水泥公路行车的舒适度。

在日本生产的聚氨酯具备优秀的性价比，而美国生产的有机硅填缝胶在公路填缝应用比较广泛，其最突出的优点就是具有优异的防老化性能和独有的渗水性能加以固化速度快、不起泡、能与无孔材料表面牢靠粘结，胶层底热稳定性好，使其得以广泛应用。但由于其价格昂贵，没有良好的性价比，严重影响了它的应用范围的扩大。聚氨酯填缝胶具有回弹性好，耐磨性优，对尖锐物体的抗嵌入能力强，抗腐蚀，抗化学药剂，耐油性良好，在恶劣的路面环境下仍能保持良好的性能等优点。但聚氨酯类填缝不能长期受热，易受紫外线照射而老化，高湿环境下容易产生气泡和裂纹，影响其性能[7-9]。聚氨酯虽然价格便宜，但是由于其防老化性较差(使用年限为2-3年)，重新灌缝工艺繁琐，这也影响聚氨酯作为水泥路面填缝胶的发展。 4 结论 综上所述，聚氨酯和有机硅作为水泥路面缝隙填缝材料，各有自己的性能特点和缺陷。因此，今后水泥路面填缝胶的发展趋势将朝着一种能够终合二者优点的产品发展，做到防老化，高弹性，高防水，高抗嵌入度，高粘结性和高抗热压冷拉循环性。