改性脲醛树脂砂浆性能试验研究

曲殿青 李华平

(1.山东省栖霞市地方公路管理局，山东栖霞 265300; 2.珠海城建市政建设有限公司，广东珠海 519000)

0 引言(沥青路面快速修补材料的意义)

随着我国国民经济的迅猛发展和现代物流网日趋发达，道路与交通之间的矛盾日渐突出。汽车保有量的剧增和超重载现象的不断恶化，使得各等级公路在服役寿命早期就出现了不同程度的破坏。加之我国交通基础设施建设时期起步较晚，近年刚好处于先期修建沥青路面项目的大中维修期，使得公路养护和维修的任务繁重。与此同时，公路的养护维修需要封闭和半封闭交通，这将为交通的顺畅通行埋下隐患。因此，如何快速、便捷、有效地修补沥青路面成为国内外公路研究者较为关注的热点问题，其中快速修补沥青路面冷补材料的研发是关键[1]。

脲醛树脂是尿素与甲醛在催化剂(碱性或酸性催化剂)作用下，缩聚而成的初期脲醛树脂;在固化剂或助剂作用下，形成不溶的末期树脂[2]。脲醛树脂固化后胶层无色，工艺性能好，成本低廉，并具有优良的胶结性能和较好的耐湿性，但室温下很快固化，胶结强度比动、植物胶高。因其固化后呈现一定的脆性，一般添加一定量的改性剂以改善其弹性性能。与其他高分子树脂材料相比，改性脲醛树脂通过调节固化剂的比例，可以在常温下实现对固化时间的调控，以满足不同工程实践要求，并能与水泥基材料混合使用，提高结构材料的早期强度和增强材料的防水性能[3，4]。

1 试验原材料及方法

1.1 试验原材料

1)水泥采用的是陕西秦岭水泥厂生产的42.5号硅酸盐水泥。2)改性脲醛树脂:西安某化工科技有限公司产，尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.5的液态脲醛树脂乳胶。密度为1.25 g/cm3，含水量约为10%，其他各项均符合相关国家标准。3)砂:试验前先将砂洗净，并放于烘箱内烘干，砂的含水率为0，细度模数Mx=0.715。4)固化剂:由15%的氯化铵与3 mol/L的盐酸按10∶1的比例复配。

1.2 试验方法

脲醛树脂改性水泥砂浆的配合比设计参考国外树脂改性水泥砂浆的经验资料，再结合材料的实际情况进行试配，确定改性脲醛树脂∶砂∶水泥∶固化剂 =100∶46∶25∶3，胶结材料主要以改性脲醛树脂为主，水泥为辅。为达到快速修复沥青路面的目的，本文设计试验从两个方面来研究，包括:改性脲醛树脂的快速固化试验，改性脲醛树脂胶浆砂浆抗压抗折强度试验。强度试验采用试模尺寸为40 mm×40 mm×160 mm。

2 试验结果及分析

2.1 快速固化试验结果及分析

修补沥青路面所用材料强度形成越快，越有利于实现快速通车，通过调节复配固化剂的量，分析改性脲醛树脂砂浆终凝时间与固化剂含量的关系，结果见表1。复配固化剂对改性脲醛树脂砂浆的固化效果较佳，常温下能在1 h内实现终凝，固化速率较快，25℃时，最短能在36 min内固化;60℃时，仅为16 min。改性脲醛树脂砂浆终凝时间随复配固化剂的增加而表现出先缩短后延长的趋势，当复配固化剂添加量为3%时，固化时间最短，选为最佳固化剂量。温度的升高能促使改性脲醛树脂砂浆快速凝结，所以温度是一个改性脲醛树脂砂浆凝结的重要影响因素。对季节性施工环境条件变化，都得随时随地控制好固化剂的量。

表1 复配固化剂量及温度对终凝时间的影响

2.2 脲醛树脂砂浆抗压抗折强度试验结果及分析

改性脲醛树脂砂浆抗压抗折强度试验结果见表2。

表2 改性脲醛树脂砂浆抗压抗折强度试验结果

GB/T 17671-1999按照水泥胶砂试验规范对改性脲醛树脂砂浆的1 h，3 h和5 h抗压和抗折强度进行试验，试验结果见表2。抗压和抗折强度变化曲线见图1和图2。从图中可以看出，改性脲醛树脂砂浆抗压、抗折强度增幅显著，1 h改性脲醛树脂砂浆抗压强度达到13 MPa，抗折强度达到1.1 MPa;5 h后改性脲醛树脂砂浆抗压强度为30.7 MPa，抗折强度为3.5 MPa。与普通水泥砂浆相比，改性脲醛树脂砂浆压折比较高，表现出较大脆性。从改性脲醛树脂砂浆强度形成过程可以看出，改性脲醛树脂砂浆能够较好的实现快速修补沥青路面的目的。

3 改性脲醛树脂砂浆强度形成机理

在改性脲醛树脂乳液与固化剂混合后，树脂固化的同时析出水，加之树脂乳液中原有的水与水泥逐渐反应生成水化硅酸钙盐(C—S—H)凝胶和氢氧化钙。强度形成初期主要是在固化剂的作用下使得脲醛树脂经过加成聚合作用，胶凝砂石材料形成强度，后期水泥在改性脲醛树脂半固化状态空间网状结构体系中逐渐水化形成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙等水化产物，并填充树脂聚合物孔隙，在形成强度的过程中逐渐硬化和填充。因此，在改性脲醛树脂胶砂中，前期强度形成主要依靠聚合物树脂的作用，后期强度则主要是水泥石在起主导的胶凝作用。

4 结语

改性脲醛树脂砂浆固化及力学性能试验研究表明:

1)通过复配固化剂，能够实现改性脲醛树脂砂浆快速固化，使得砂浆能在1 h内达到终凝。研究表明，复配固化剂添加量为脲醛树脂的3%(质量百分比)时，砂浆终凝时间最短，25℃时，36 min内达到终凝;60℃时，终凝时间仅为16 min。

2)改性脲醛树脂砂浆抗压、抗折强度形成比较快，1 h改性脲醛树脂砂浆抗压强度达到13 MPa，抗折强度达到1.1 MPa;5 h后改性脲醛树脂砂浆抗压强度为30.7 MPa，抗折强度为3.5 MPa。与普通水泥砂浆相比，改性脲醛树脂砂浆压折比较高，表现出较大脆性。从改性脲醛树脂砂浆强度形成过程可以看出，改性脲醛树脂砂浆能够较好的实现快速修补沥青路面的目的。但为了增强其应用范围，必须在脆性方面有所改善。

[1] 俞先江.高速公路沥青路面养护辅助决策研究[D].南京:东南大学，2004.

[2] 顾继友.胶粘剂与涂料[M].北京:中国林业出版社，2001:21-24.

[3] 郭 建，张荣辉.水性环氧树脂增强钢纤维混凝土的力学性能研究以及在桥面铺装层中的应用[J].混凝土与水泥制品，2006(4):37-38.

[4] 钟浩邦，陈 炜.树脂改性水泥砂浆物理力学性能试验研究[J].公路与汽车，2006(4):114-115.