一种大变位自流平硅酮道路密封胶的研究

杨玉宁，许艳艳，程 鹏，邢凤群，郭月萍，冯 培，金燕鸿

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450001）

近年来，随着我国公路建设事业迅速发展，已建成的路面出现了不同程度的问题，如通车1～3年的路面出现小微裂缝、麻面、脱皮、泛油、沥青老化、路面渗水等轻微病害，造成路面的不平整和抗滑性能的下降。通车8～10年的路面出现严重裂缝、坑槽及沉陷，它是路面结构的整体或其某一个或几个组成部分的破坏。出现以上问题的主要原因是路面使用了劣质的或未使用密封材料。目前市场上使用的道路接缝密封材料主要有4种，分别为沥青、聚氨酯、聚硫密封胶及硅酮密封胶，其中沥青冬季脆硬，夏天热融，易卡石子造成啃边，耐紫外线能力差，仅比不用略强；聚氨酯抗紫外线能力差，但比沥青的使用寿命长；聚硫密封胶含端-SH，粘接性良好，耐油性佳，比聚氨酯的使用寿命长，但仍需定期更换；硅酮密封胶含有Si-O键，键能大，主链稳定，耐老化性能好，可达到与路面同寿命。本文研制了一种大变位自流平硅酮道路密封胶，研究了其性能影响因素。

1 实验部分

1.1 主要原料

107硅橡胶、201硅油，江西星火有机硅厂；1#碳酸钙，青州宇信钙业股份有限公司；2#碳酸钙，江西广源化工有限责任公司；3#碳酸钙，晋阳市羊明钙业有限公司；4#碳酸钙，南阳市卧龙区三杰钙业；催化剂，吉林华信化工有限公司；1#、2#扩链剂，山西化工研究所；偶联剂，湖北武大有机硅新材料股份有限公司。

1.2 主要仪器设备

双行星搅拌釜，成都市树风工贸有限公司；电子万能拉力机，深圳新三思材料检测有限公司。

1.3 胶样的制备

根据基础配方（见表1）将计量好的107硅橡胶、201甲基硅油、碳酸钙投入双行星搅拌釜中，抽真空搅拌至混合均匀，再按配比加入固化剂、扩链剂、偶联剂、催化剂等，继续搅拌至混合均匀，出釜，装入300 mL塑料胶管内待用。

表1 自流平道路密封胶的基础配方Tab.1 Basic formulation of self-leveling road sealant

1.4 性能测试

参照标准JC/T 976—2005[1]《道桥接缝用密封胶》、MH5006—2002[2]《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》、GB/T13477—2017[3]《建筑密封材料试验方法》、GB/T 528—2008[4]《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》、GB/T22083—2008[5]《建筑密封胶分级和要求》、GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》中的要求进行检测，依据标准检测的具体项目见表2。

表2 参照的标准及检测项目Tab.2 Referential standards and test items

2 结果与讨论

在其他成分用量不变的前提下，选择4种不同黏度的107硅橡胶制成密封胶，测定拉伸强度、断裂伸长率和位移能力，结果见表3。

2.1 107硅橡胶黏度对密封胶性能的影响

表3 107胶黏度对密封胶性能的影响Tab.3 Effect of viscosity of 107 silicone rubber on sealant performance

由表3可看出，随着107胶黏度的增加，密封胶的拉伸强度、断裂伸长率及位移能力都在增加。这是因为黏度较大时，107胶的分子质量较大，分子链较长，端羟基较少，交联点较少，交联密度较低，其所受应力可以更好地通过交联点分散到周围的分子链上。综合考虑，选用黏度为80 000 mPa·s的107胶[6]。

2.2 碳酸钙对密封胶性能的影响

在其他成分质量不变的前提下，选择4种不同厂家的重质碳酸钙制成密封胶，按GB/T13477要求制备试样，根据自流平硅酮道路密封胶在实际使用过程中所受老化条件，进行标准条件（GB16776要求）、浸水（GB16776要求）7 d后、高温80 ℃/7 d（JC/T 976要求）后的力学性能测试，结果见表4。

表4 碳酸钙对密封胶性能的影响Tab.4 Effect of calcium carbonate on sealant properties

由表4可看出，1#碳酸钙破坏面积大，脱粘严重；3#、4#拉伸强度和断裂伸长率较小，且流平性较差；2#综合性能良好。可见，即使选用同种类型的碳酸钙，不同厂家碳酸钙因表面改性、粒径等不同，也会对密封胶的性能造成很大的影响。

2.3 扩链剂种类对密封胶性能的影响

在其他成分质量不变的前提下，选择2种不同厂家的扩链剂制成密封胶，按GB/T13477要求制备试样，根据自流平硅酮道路密封胶在实际使用过程中所受老化条件，进行标准条件、浸水7 d后、高温80 ℃/7 d后的力学性能测试，结果见表5。

表5 扩链剂对密封胶性能的影响Tab.5 Effect of chain extender on sealant performance

由表5可看出，1#扩链剂制备的密封胶破坏面积大，2#扩链剂的密封胶综合性能良好，这主要是因为1#扩链剂使分子链过长，弹性过大，从而导致其粘接性降低。

3 自流平硅酮道路密封胶的性能评价

用筛选出的优良配方制备样品，按照MH5006—2002、JC/T 976对其流平性、表干时间、质量损失率、拉伸模量、位移能力、拉伸粘接性能、与混凝土的粘接性等项目进行综合性能检测，结果见表6。

表6 自流平硅酮道路密封胶的性能检测结果Tab.6 Performance results of self-leveling silicone road sealant

从表6可看出：

1）该样品的流平性、表干时间均合格，施工性能良好；

2）质量损失率低，说明该样品在固化或使用过程中，释放的小分子物质非常少，胶体不会出现收缩、脆化等不良现象；

3）在23 ℃和-20 ℃条件下拉伸模量均合格，且具有超低的拉伸模量，2个条件下检测结果相差不大，说明环境温度对其拉伸模量影响很小，即该样品环境的适用范围广；

4）位移能力检测结果为100/50级，比沥青（一般变形能力为±5%）、聚氯乙烯（一般变形能力为±25%）、聚氨酯（一般变形能力为±25%）变形能力都要强，说明该样品具有超强的位移能力，能满足接缝处因温差大、基材线胀系数大等带来的拉伸或压缩位移变化；

5）该样品与基材的粘接性好，适用性强。

4 道路用硅酮密封胶的工程应用

道路表面接缝密封工程的品质保证除了取决于选用的密封材料，还与道路密封胶的接缝设计、施工条件、施工工艺等相关。

4.1 接口设计及注意事项

施工方应根据工程设计书/图的要求，确定合理的接缝密封胶宽度和厚度，在使用密封胶时，其厚度范围为6～13 mm，胶缝宽度和厚度的比值一般在1.5～2.5∶1内。在任何情况下，密封胶表面必须低于路面9 mm以下，较宽的接缝其低度可达13 mm，对于不平整的路面，以最低路面为密封胶的凹陷标准。

4.2 施工条件

施工时，要求材料表面、施工环境温度一般为5～40 ℃，相对湿度为40%～80%。注胶面必须清洁、干燥，无易脱落物、水渍、油渍。

4.3 施工工艺

密封胶施工工艺流程为：切缝、清理接缝→塞泡沫棒→注胶→刮胶、修整→检查、补胶。

4.4 工程案例

目前本文研制的自流平道路硅酮密封胶已成功应用于多个机场道路工程的密封，如青海玉树机场、北京沙河机场、山东临沂机场、郑州新郑机场等等，目前最早的寿命已达10年。

5 结论

1）随107胶黏度的增加，密封胶的拉伸强度和弹性均有所增加。

2）密封胶中填加不同厂家的重质碳酸钙，其拉伸强度、粘接性、流平性等将有较大的差异。

3）扩链剂的种类不同，密封胶与水泥砂浆块的粘接性也不同。

选择优良配方制备的自流平硅酮道路密封胶，其位移能力达到LM100/50，与水泥砂浆块粘接良好。已在国内多个机场道路工程上使用，使用时道路接缝设计、施工条件、施工工艺均满足要求，目前寿命已达10年。

[1]JC/T 976-2005,《道桥接缝用密封胶》[S].

[2]MH5006-2002,《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》[S].

[3]GB/T13477-2017,《建筑密封材料试验方法》[S].

[4]GB/T 528-2008,《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》[S].

[5]GB/T22083-2008,《建筑密封胶分级和要求》[S].

[6]张荣荣,张燕红,杨秀丽,等.阻燃型双组分硅酮结构密封胶的研制[J].粘接,2017,38(10):59-61.