硅酮道路密封膠及其工程應(yīng)用

硅酮道路密封膠及其工程應(yīng)用李萬(wàn)華陳思斌張冠琦謝春政廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司摘要：介紹了道路嵌縫材料及性能要求，分析了道路用聚硫、聚氨酯、硅酮密封膠的優(yōu)缺點(diǎn)，比較了道路用硅酮密封膠與門(mén)窗幕墻用膠的異同點(diǎn)并簡(jiǎn)要說(shuō)明了工程應(yīng)用的施工要求及典型案例。關(guān)鍵詞：道路嵌縫硅酮密封膠工程應(yīng)用刖言目前我國(guó)的硅酮密封膠行業(yè)已日趨成熟，其在建筑幕墻中已得到普遍廣泛的應(yīng)用，此外近年來(lái)在電子電器等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也正在快速增長(zhǎng)，而相對(duì)于蓬勃發(fā)展的公路建設(shè)而言，硅酮密封膠在國(guó)內(nèi)道路工程中的應(yīng)用，仍然是尚待推廣的新型路面嵌縫材料。由于道路嵌縫的本身的應(yīng)用特點(diǎn)，道路嵌縫材料有其相應(yīng)的特殊性能和標(biāo)準(zhǔn)要求，因此現(xiàn)有的普通硅酮密封膠并不能適合路面的應(yīng)用，在此本文將著重介紹道路嵌縫材料要求、道路用硅酮密封膠的主要技術(shù)性能及其工程應(yīng)用的施工要求。道路嵌縫材料及性能由于材料熱脹冷縮的特性，道路建設(shè)中必須預(yù)留接縫以適應(yīng)環(huán)境變化。但該接縫處如果密封不良，雨水容易滲入地下，長(zhǎng)期沖刷腐蝕以致路面下形成空洞，從而導(dǎo)致路面坍塌[1]此外在冬季雨雪漏入地基，由此產(chǎn)生的凍融現(xiàn)象也會(huì)造成崩角、脹壞路面等現(xiàn)象。因此選擇適合的性能優(yōu)良的道路嵌縫材料是保證道路工程質(zhì)量，提高道路使用壽命的重要因素。1.1道路嵌縫材料性能要求根據(jù)道路實(shí)際工程施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合路面接縫失敗的現(xiàn)象分析，道路嵌縫材料的性能要求應(yīng)滿足：首先密封良好是防止?jié)B漏的關(guān)鍵因素，而良好的粘結(jié)性是保證密封性的先決條件；其次由于混凝土及瀝青等路面材料的抗拉性差，路面接縫變化大，因而要求低彈性模量，高位移能力，以降低內(nèi)應(yīng)力，防止脫粘或開(kāi)裂；最后由于路面是長(zhǎng)期曝露于風(fēng)吹日曬，雨雪侵蝕，冬季低溫可至一40°C，夏季高溫可達(dá)70—80°C的氣候環(huán)境中，優(yōu)良的耐紫外、耐候性、耐高低溫性能可以有效防止膠體老化，提高路面使用壽命，延長(zhǎng)返修周期。綜上所述，道路嵌縫材料應(yīng)具有如下性能特點(diǎn)：良好的粘結(jié)性低模量高位移能力耐紫外、耐氣候老化耐高低溫良好的施工性1.2常用道路嵌縫材料性能對(duì)比常用的道路嵌縫材料有瀝青、改性瀝青、聚硫密封膠、聚氨酯密封膠和硅酮密封膠等。瀝青是最早使用的道路嵌縫材料，其價(jià)格低廉，容易獲得。但是它位移能力不高，而且在高溫下會(huì)變軟甚至流淌，低溫下又會(huì)變脆，失去彈性，因此密封效果不理想，只適用于接縫變化不大的場(chǎng)合，目前已逐漸由改性瀝青所代替。改性瀝青與瀝青相比，耐高低溫性能有所改進(jìn)，但其位移能力仍然不高，只適用于接縫變化不大的場(chǎng)合。不過(guò)，由于其價(jià)格低廉，現(xiàn)在的應(yīng)用比較廣泛。聚硫密封膠、聚氨酯密封膠和硅酮密封膠均屬于室溫硫化橡膠類(lèi)產(chǎn)品，均可以制成低模量、位移能力較高的產(chǎn)品，目前在普通道路、高速公路、機(jī)場(chǎng)等路面的嵌縫密封中應(yīng)用非常廣泛。下面分別介紹一下各種產(chǎn)品的特點(diǎn)。聚硫道路密封膠是一種雙組分材料，施工時(shí)需要將兩個(gè)組分混合均勻后灌入接縫中。它具有耐油性好的特點(diǎn)，因此機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪使用較多，其耐高低溫性能也較好，可在-30°C?80°C范圍內(nèi)使用，因此溫度不是特別低的場(chǎng)合可以應(yīng)用。但是其耐紫外老化性能不太好，雖然應(yīng)用初期綜合性能較好，但經(jīng)過(guò)1—2年后，就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂、硬化等現(xiàn)象，使密封失效，需要修補(bǔ)或重新灌縫。聚氨酯道路密封膠也是雙組分產(chǎn)品，它耐油性也較好，耐高低溫性能與聚硫密封膠差不多，應(yīng)用場(chǎng)合也一樣。其耐老化性能比聚硫密封膠略好，可以使用2—3年，一般3年后就必須進(jìn)行修補(bǔ)或重新灌縫了。由于聚硫道路密封膠和聚氨酯道路密封膠的耐老化性不是很好，所以，在施工過(guò)程中往往要求灌膠厚度較厚，這樣即使表面有一定老化，深層仍可以保持一定的密封效果。由于聚硫、聚氨酯道路密封膠綜合性能較好，因此得到了廣泛的應(yīng)用。硅酮道路密封膠是單組分產(chǎn)品，施工簡(jiǎn)單，不需事先混合。硅酮膠具有極好的耐紫外老化性能，可以保證10年不發(fā)生開(kāi)裂、粉化、硬化等現(xiàn)象。因此，其施工厚度只需6-13mm，用量遠(yuǎn)低于聚硫膠和聚氨酯膠。另外，硅酮膠的耐高低溫性能也很好，可以在50。。?150C保持彈性，低溫不變硬、變脆，高溫不軟化、流淌。雖然硅酮密封膠遇到燃料油會(huì)發(fā)生溶脹現(xiàn)象，但是當(dāng)燃料油揮發(fā)以后，它仍然能保持良好的粘結(jié)性和彈性。由于硅酮道路密封膠的性能具有諸多其他產(chǎn)品無(wú)法具備的特點(diǎn)，而且用量節(jié)省、使用方便，因此被認(rèn)為是道路密封材料的發(fā)展趨勢(shì)。道路用硅酮密封膠的主要技術(shù)性能道路用硅酮密封膠作為硅酮密封膠的一類(lèi)應(yīng)用分支，既具有硅酮密封膠的優(yōu)異的耐老化的共同點(diǎn)，同時(shí)又有其獨(dú)特的技術(shù)要求。目前市場(chǎng)上硅酮密封膠產(chǎn)品多為門(mén)窗幕墻用途，道路用硅酮密封膠因市場(chǎng)開(kāi)發(fā)起步較晚，相對(duì)品種較少，在此比較一下二者的異同點(diǎn)。⑴粘結(jié)性硅酮密封膠對(duì)于玻璃或金屬如鋁材等建材具有良好的粘結(jié)相容性，但水泥混凝土是一類(lèi)相對(duì)難粘的材料，主要原因是由于材料本身堿性很強(qiáng)，破壞粘結(jié)界面的化學(xué)水解鍵合，其次表面疏松多孔，易受潮吸濕，影響粘結(jié)。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，普通的門(mén)窗幕墻硅酮膠基本不能適用，必須使用專(zhuān)門(mén)的道路用硅酮密封膠才能保證粘結(jié)良好。而對(duì)于另一類(lèi)路面材料一一瀝青，目前市場(chǎng)上的道路密封膠基本無(wú)法粘結(jié)。為此我們特別針對(duì)瀝青路面應(yīng)用研制了一款產(chǎn)品。同時(shí)我們專(zhuān)門(mén)研究了市場(chǎng)上有影響的數(shù)家公司產(chǎn)品（包括道路用硅酮密封膠及幕墻用硅酮膠）的粘結(jié)性。其中1—5#為幕墻硅酮膠，6—12#為道路用硅酮密封膠，4#、5#、10#、11#、12#為廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品，其中12#為瀝青道路專(zhuān)用硅酮膠產(chǎn)品。粘結(jié)材料采用道路用水泥混凝土基材，瀝青道路基材，玻璃為普通浮法白玻，鋁材為陽(yáng)極氧化鋁。試驗(yàn)方法采用GB13477中方法測(cè)定，制樣后分別于3d、21d后檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。表1不同用途硅酮密封膠粘結(jié)性測(cè)試結(jié)果基材時(shí)間試驗(yàn)用密封膠編號(hào)1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#玻璃3dCFCFCFCFCFCFCFCFCFCFCFCF21dCFCFCFCFCFCFCFCFCFCFCFCF鋁材3dCFCFCFCFCFCFCFCFCFCFCFCF21dCFCFCFCFCFCFCFCFCFCFCFCF混凝土3dCFAFAFCFAFCFAFCFCFCFCFCF21dAFCFAFAFAFCFCFCFCFCFCFCF瀝青3dAFAFAFAFAFAFAFAFAFAFAFCF21dAFAFAFAFAFAFAFAFAFAFAFCF注：AF為粘結(jié)破壞CF為內(nèi)聚破壞由表1可見(jiàn)，通常的門(mén)窗幕墻用硅酮密封膠對(duì)水泥混凝土粘結(jié)性不佳，需要使用專(zhuān)門(mén)配方的道路用硅酮密封膠，而瀝青路面材料的粘結(jié)更加困難，市場(chǎng)產(chǎn)品基本不適用，僅廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司特殊研制的道路硅酮密封膠粘結(jié)良好。⑵模量道路用硅酮密封膠具有低模量、高位移能力的特點(diǎn)，這樣才能最大限度的滿足公路路面板塊在低溫收縮高溫膨脹的變化下對(duì)接縫冷拉熱壓、以及荷載造成的路面板塊不同方向的位移，并為接縫寬度設(shè)計(jì)、施工誤差等方面提供必要的選擇性和安全范圍⑵。所謂“模量”，是通過(guò)將固化的橡膠拉伸到100%時(shí)所需的強(qiáng)度來(lái)表征，根據(jù)JC/T976-2005《道橋嵌縫密封膠》標(biāo)準(zhǔn)，該指標(biāo)要求低于0.4MPa。而目前普通的門(mén)窗幕墻用硅酮密封膠，特別是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品基本均為高模量產(chǎn)品，顯然不能適用于路面使用。⑶耐久性長(zhǎng)期風(fēng)吹日曬及冬夏溫差變化等惡劣環(huán)境是影響道路密封膠耐久性的重要因素。而卓越的耐紫外、耐候、耐高低溫等性能則是硅酮密封膠區(qū)別于其它一般有機(jī)類(lèi)膠粘材料所特有的共同特性。這是由于硅酮膠所特有的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)決定的，其Si-O鍵主鏈不易為紫外線破壞，同時(shí)又由于硅橡膠的玻璃化溫度遠(yuǎn)比一般有機(jī)材料低，因此硅酮密封膠在低溫條件下（一50^）仍然可以保持良好的彈性，不脆化、不開(kāi)裂，高溫條件下200°C）下不易發(fā)軟降解，在較寬的溫度變化范圍可保持性能穩(wěn)定。硅酮密封膠這些優(yōu)越特性是其在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重要原因，而該特性也是其相對(duì)于其它有機(jī)密封膠的優(yōu)勢(shì)，道路用硅酮密封膠壽命至少可達(dá)10年以上，這將有效保護(hù)路面質(zhì)量，延長(zhǎng)道路使用周期，減少重復(fù)更換修補(bǔ)等維護(hù)費(fèi)用。在歐美等國(guó)，道路用硅酮密封膠已應(yīng)用20余年，根據(jù)美國(guó)混凝土路面協(xié)會(huì)報(bào)告，目前在美國(guó)約有52%的公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)單位采用硅酮密封膠進(jìn)行路面接縫密封［2］。⑷耐油性對(duì)于硅酮密封膠而言，普遍存在不耐油的現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為遇油或泡油后，易出現(xiàn)膨脹。一旦離開(kāi)油性介質(zhì)，膠體中存留的油性物質(zhì)可逐漸揮發(fā)，膠體復(fù)原，此時(shí)檢測(cè)膠體性能基本不變。通過(guò)適當(dāng)?shù)呐浞秸{(diào)整，可有效提高道路用硅酮密封膠的耐油性，如在50C的航空煤油中浸泡24h后進(jìn)行定伸檢測(cè)基本無(wú)龜裂破壞。因此道路用硅酮密封膠的耐油性是可以符合應(yīng)用要求的。

白云牌硅酮道路密封膠的性能廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司開(kāi)發(fā)了SS861（非下垂型）和SS860（自流平型）硅酮道路密封膠，表2列出了白云牌SS861/SS860硅酮道路密封膠的性能。表2白云牌硅酮道路密封膠的性能性能指標(biāo)SS860SS861試驗(yàn)方法流平性自流平光滑平整/GB/T13477下垂度垂直，mm<3/0水平無(wú)變形/無(wú)變形擠出性，ml/min>80600487表干時(shí)間，h<3401.0啞鈴型試片伸長(zhǎng)率，%/1280910GB/T528彈性恢復(fù)率，％>708085JC/T976-25LM拉伸模量/MPa23°C<0.40.120.35—20°C<0.6//定伸粘結(jié)性無(wú)破壞無(wú)破壞無(wú)破壞熱壓冷拉后的粘結(jié)性無(wú)破壞無(wú)破壞無(wú)破壞浸水后的定伸粘結(jié)性無(wú)破壞無(wú)破壞無(wú)破壞熱處理后定伸粘結(jié)性無(wú)破壞無(wú)破壞無(wú)破壞熱處理后硬度變化，HsA<1023熱老化熱失重，%<844GB16776龜裂無(wú)無(wú)無(wú)粉化無(wú)無(wú)無(wú)道路用硅酮密封膠的工程應(yīng)用道面接縫密封工程的品質(zhì)保證，不僅依賴(lài)于選用的嵌縫材料的優(yōu)劣，接縫設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量也是關(guān)鍵因素。4.1接縫的接口設(shè)計(jì)及原則4.1.1 道路用硅酮密封膠的接口設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則[3]密封膠寬深比為2：1，此時(shí)密封膠綜合性能最佳；密封膠深度范圍為6?13mm；接縫類(lèi)型為縮縫時(shí)，一般寬度為6~12mm，推薦最佳寬度為9mm；接縫類(lèi)型為脹縫時(shí)，需依板塊伸縮量和密封膠位移來(lái)計(jì)算：伸縮量=板塊尺寸X膨脹系數(shù)X溫差接口寬度=100/標(biāo)準(zhǔn)位移能力X伸縮量+誤差非自流平型密封膠面宜修整為凹型弧面，且低于路面7?9mm，以利于接縫變化。4.1.2正確的接縫設(shè)計(jì)如下圖1、圖2。66mmWDW13mmW/D=2R依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范取值，建議7~9mm圖1非自流平型接口 圖2自流平型4.2基本施工步驟⑴接口清潔接口清潔是保證硅酮密封膠良好粘結(jié)性的關(guān)鍵步驟。由于施工質(zhì)量意識(shí)不夠，接口清潔不到位而導(dǎo)致粘結(jié)失敗的工程案例時(shí)有發(fā)生。基本過(guò)程如下：切割一高壓水柱沖洗一干燥一噴砂清洗一高壓空氣噴沖⑵安裝背襯材料安裝背襯材料有利于密封膠的修整，有效控制打膠深度，并避免三邊粘結(jié)造成膠體受力不均而破壞。背襯材料應(yīng)選用閉口式、不吸水、可壓縮性的材料，尺寸應(yīng)大于接縫寬度的25%。安裝時(shí)，應(yīng)避免破損而導(dǎo)致密封膠出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象。⑶涂敷底涂由于工程路面材料性質(zhì)多樣，無(wú)法保證密封膠與所有路面材料均具有良好的粘結(jié)性，在出現(xiàn)粘結(jié)不佳的情況時(shí)，涂敷底涂是有效的解決方式。工程施工人員應(yīng)根據(jù)密封膠供應(yīng)商的建議和要求施用底涂，以確保工程質(zhì)量。⑷施打密封膠施膠過(guò)程應(yīng)平穩(wěn)連續(xù)，及時(shí)修整，確保無(wú)氣泡、隆起等現(xiàn)象。4.3工程實(shí)例目前廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的道路用硅酮密封膠已成功應(yīng)用于多個(gè)機(jī)場(chǎng)、道路的密封，比如新疆阿勒泰機(jī)場(chǎng)。新疆地區(qū)晴天多，日照強(qiáng)，冬冷夏熱，冬季溫度普遍偏低，在阿勒泰歷史上曾出現(xiàn)過(guò)零下五十一點(diǎn)五度的低溫，此外晝夜溫差大，可達(dá)20?25°C。此類(lèi)氣候環(huán)境對(duì)于道路密封膠的耐久性是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。該工程使用的是廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限

公司的SS861硅酮道路密封膠產(chǎn)品，施工兩年以來(lái)接縫密封良好。工程實(shí)況見(jiàn)圖3、圖4、圖5。圖4工程接縫示例

圖圖5工程施工實(shí)況除阿勒泰機(jī)場(chǎng)外，烏魯木齊機(jī)場(chǎng)二期、西藏邦達(dá)機(jī)場(chǎng)、黑龍江省鶴大公路、黑大公路、哈爾濱繞城高速公路、哈牡高速公路等都使用了廣州白云的硅酮道路密封膠，經(jīng)過(guò)幾個(gè)冬夏的檢驗(yàn)，產(chǎn)品的密封性能良好，而且沒(méi)有任何老化跡象，受到了業(yè)主和施工單位的廣泛好評(píng)。結(jié)語(yǔ)隨著有機(jī)硅原料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，硅酮密封膠行業(yè)規(guī)模效應(yīng)日益顯現(xiàn)，硅酮密封膠作為已經(jīng)成熟的建筑密封材料，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步