一种耐高温沥青面层拼接用改性胶粘剂制备及性能

摘要：为优化扩建工程沥青面层拼接施工的质量，提出一种扩建工程沥青面层拼接用耐高温改性胶粘剂制备与性能分析。采用硼改性酚醛树脂、固体羧基丁腈橡胶等材料，制备扩建工程沥青面层拼接用耐高温胶粘剂试样，分别制备固体羧基丁腈混炼胶质量分数为8%、12%和16%的试样，通过高温老化、热性能测试等手段，测定不同试样的耐高温性能与应用效果。结果显示：混炼胶质量分数为16%的试样在高温状态下黏度下降较快，无法维持稳定的抗热性，而混炼胶质量分数为12%时，具有较高的拉伸剪切强度、且在温度较高情况下可以避免产生较大的质量损失，为此，添加12%羧基丁腈混炼胶的胶粘剂，具有较优的实际应用性。

关键词：扩建工程；沥青面层；耐高温胶粘剂；高温老化；固体羧基丁腈；酚醛树脂

中图分类号：TQ437+.1文献标志码：A文章编号：1001-5922（2025）01-0047-04

Preparation and properties of modified adhesive for splicing asphalt surface course with high temperature resistance

LIU Chengyong

（Henan Expressway Development Co.，Ltd.，Zhengzhou Branch，Zhengzhou 450052，China）

Abstract：To optimize the quality of asphalt surface layer splicing construction in expansion projects，the prepara-tion and performance analysis of high-temperature resistant adhesives for asphalt surface layer splicing in expansion projects was proposed.Boron-modified phenolic resin，solid carboxy-nitrile butadiene rubber and other materials were used to prepare high-temperature adhesive samples for asphalt surface course splicing of expansion projects，and samples with solid carboxy-nitrile butadiene rubber mixture with mass fractions of 8%，12%and 16%were pre-pared respectively，and the high-temperature resistance and application effect of different samples were determined by means of high-temperature aging and thermal performance testing.Results showed that the viscosity of the sam-ple with a mass fraction of 16%of the mixed rubber decreased rapidly at high temperatures and could not maintain stable heat resistance，However，when the mass fraction of the mixed rubber was 12%，it had higher tensile shear strength and could avoid significant mass loss at higher temperatures.Therefore，adding 12%carboxyl nitrile mixed rubber adhesive has better practical applicability.

Key words：expansion project；asphalt surface layer；high temperature resistant adhesive；high temperature aging；solid carboxyl nitrile；phenolic resin

沥青面层拼接施工能够保护原有道路的完整性[1-3]，避免在扩建过程中出现断裂、裂缝或减弱的情况[4-5]，通过拼接施工，新建的道路与原有的道路衔接紧密，确保道路的结构完整性和稳定性[6]。可见，沥青面层拼接施工具有一定的重要性，为保障施工效果，可采用合适的胶粘剂材料进行沥青面层拼接。

有较多学者对施工用胶粘剂进行研究，例如王三川等[7]，研究含硼杂化耐高温酚醛环氧树脂，但该材料无法应用到恶劣环境中；例如许新武[8]研究桥面覆层用弹性环氧胶粘剂，但其抗冲击性较差。

扩建工程沥青面层拼接施工通常需要使用能够抵御高温环境的胶粘剂材料[9-10]，为保证扩建工程沥青面层拼接施工顺利完成，本文研制耐高温胶粘剂，并对不同配比的胶粘剂材料进行性能测试。为此，本文利用硼改性酚醛树脂作为主要材料，制备不同比例添加剂的耐高温胶粘剂材料。

1试验材料与试样制备

1.1试验材料

在制作耐高温胶粘剂材料时，主要使用的原材料：硼改性酚醛树脂（工业级）；固体羧基丁腈橡胶（工业级）；硬脂酸（纯度98%）；氧化锌（ZnO）（工业级）；硫磺（纯度99%）；没食子酸正丙酯（纯度98%）；硼粉（粒径20～25μm）；硅粉（粒径13～74μm）；B4C（粒径3.5，7，14μm）；γ-安丙基三乙氧基硅烷（KH-550）（纯度98%）；六次甲基四胺（纯度98%）；乙酸乙酯（分析纯）；无水乙醇（分析纯）；丙酮（分析纯）；砂布（粒度80～100目）。试验原材料均通过市场购买。

1.2试验用耐高温胶粘剂制备

1.2.1混炼胶制备

将固体羧基丁腈橡胶切成块状固体，切分完成后将其放入双辊开炼机上，通过设备进行混炼，在这一过程中分别添加硫磺、氧化锌、硬脂酸以及没食子酸正丙酯，共进行5遍混炼后，制成混炼胶材料[11-12]。

1.2.2硼酚醛胶粘剂研制

通过60℃恒温水浴锅溶解硼酚醛树脂，将其溶入到乙酸乙酯剂内，并将制得的混炼胶溶于乙酸乙酯剂中，混合2种材料，之后分别加入B4C、硅粉以及硼粉，将其混匀后，在材料固化前分别添加6次甲基四胺固化剂，搅拌均匀后，制得胶粘剂材料[13]。

为验证不同配比胶粘剂的性能，在混入混炼胶材料时，分别按照8%、12%和16%的质量分数，向硼酚醛树脂中添加不同比例的固体羧基丁腈混炼胶，构成GK-8、GK-12、GK-16这3种胶粘剂试样。

1.2.3粘接用试样制备

当完成胶粘剂制作后，为评估胶粘剂的粘接特性，需通过试片粘接模拟沥青面层拼接效果[14-16]，为此，本文构建粘接用试样。利用丙酮清洗粘接试片，之后通过60#砂布打磨抛光并清洗干净，下一步采用0.5%的KH-550无水乙醇溶液涂抹试片表面，等待表面挥发后，分别将3种胶粘剂试样涂抹在不同试片上，涂抹完成后将其放入80℃烘箱内，进行3～5 min烘干，试片表面烘干后对接粘接部位，并施加0.3 MPa压力，在150℃固化5 h制得粘接用试样。

2性能测试

2.1高温老化下试样拉伸剪切强度测试

将3组试样放置在高温老化箱中，设置老化温度为100℃、200℃、300℃，分别对每种试样进行5 h的老化测试，并在不同阶段取出试样，按照GB/T 7124—2008《胶粘剂拉伸剪切强度测定》标准，通过电子拉力试验机对试样进行拉伸，按照10 mm/min的速度拉伸试样，直至试样破坏。

2.2试样热性能测试

分别采用TGA法、DSC法、TMA法这3种测试手段，测试每种试样的热稳定性、热性能以及热机械性能[17]。其中，TGA法测试时升温速率为20℃/min、DSC法测试时升温速率为10℃/min、TMA法测试时升温速率为5℃/min。

2.3试样吸水率测试

按照GB/T 1034—2008《塑料吸水性测定》标准，测试试样的吸水效果，将每种胶粘剂试样放入恒温水浴锅中浸泡24h，取出后测定试样吸水率。

2.4试样黏度测试

通过锥板黏度计测试试样的黏度变化，在测试过程中，设定转速为750 r/min，并设置升温速率为10℃/min，分别对不同试样进行黏度测定。

2.5试样湿热老化状态下储能模量测试

将3种试样放置在湿热老化箱子中5d，设定湿度为RH85%，温度为50～450℃，在不同温度下取出试样测定其储能模量变化，以此判断试样的耐湿、耐热特性。

2.6温度冲击测试

按照GJB 105.5-86《军用设备环境试验方法温度冲击试验》标准，测试试样在不同温度下的抗冲击强度，设置温度为-20～70℃，当试样升温结束后取出放至室温测定其耐冲击性。

3结果分析

3.1试样拉伸剪切强度分析

测试3组试样分别在100℃、200℃以及300℃老化试验下的拉伸剪切强度变化，结果如图1所示。

由图1可知，GK-12试样始终保持较高的拉伸剪切强度，说明该比例的胶粘剂试样可以在高温环境下仍然保持良好的抗拉伸剪切效果，可作为沥青面层拼接用优质粘接材料。

3.2试样热性能分析

通过不同测试方法，测定试样的热性能变化，评估试样在高温环境下的稳定性，结果见表1。

由表1可知，GK-12试样的残余质量更高，固体羧基丁腈质量分数为12%的胶粘剂耐热性能更好。

通过TGA法测定每组试样的热失重曲线，测试结果如图2所示。

由图2可知，GK-12试样残余物质量下降幅度最小，说明该组试样对高温的抵抗能力更强。

通过TMA法测定3组试样的残余物质量分数导数，以评估在高温下试样的质量损失变化，如图3所示。

在试样热机械性能分析过程中，试样的残余物质量分数导数是指随着温度的变化，其残余物质量分数的变化速率。这一指标表示了试样在不同温度下的挥发性和热分解行为。由图3知，随着温度的不断增加，GK-8试样的残余物质量分数导数变化幅度更大，说明该组试样在较高温度下的挥发性更大，导致试样质量出现损失，而GK-12试样中的残余物质量分数导数变化较小，因此GK-12试样能够避免在高温状态下出现严重的热分解行为。

3.3试样吸水性能分析

通常情况下，胶粘剂的吸水率越小越好，当胶粘剂应用至沥青面层拼接时，主要是指将2个面层粘合在一起，较低的吸水率可以提供更好的粘合性能和耐久性。为此，测试每组试样在不同时间下的吸水率，结果如图4所示。

由图4可知，GK-12试样的吸水率始终处于最低状态，当测试时间达到24h时，该组试样的吸水率最高未超过1.1%，为此，GK-12试样的抗吸水效果更强，可以保证自身应用时的耐久性。

3.4试样高温状态下黏度分析

分析每组试样在不同温度下的黏度变化，以评估试样在高温下的粘合力，结果如图5所示。

一般来说，较高的黏度可以使试样适用于需要承受更大力量或在恶劣条件下使用的场景，从而产生良好的粘合效果。由图5可知，当测试温度为50℃时，3组试样的黏度差距并不明显，基本保持在400～425 MPa·s以内，但当温度逐渐升高后，每组试样的黏度开始有所下降，导致试样在加热过程中呈现热分解状态，而当试验温度达到160℃时，GK-8试样的黏度已下降至100 MPa·s以下，影响了其自身的粘接效果，而GK-16试样虽然仍然能够保持100 MPa·s以上的黏度，但仍然要低于GK-12试样，为此，GK-12试样在高温状态下的稳定性更高。

3.5试样湿热老化性能分析

分析每组试样在湿热条件下的储能模量变化，结果如图6所示。

从图6可知，每组试样的储能模量在200℃以内时并未发生明显改变，说明试样在200℃的湿热环境中仍然能够维持良好的储能模量，但随着温度的增加，三组试样的储能模量开始出现下降，其中，GK-8试样的储能模量下降幅度最大，而其他两组试样下降幅度相对较小，同时，GK-12试样在450℃状态下仍然能够保持1 100 MPa以上的储能模量，这意味着该试样在受到应力时能更好地回弹并储存能量，为此，GK-12的抗湿热效果更佳。

3.6试样抗冲击强度分析

测试3组试样在不同温度下的抗冲击强度，结果如图7所示。

由图7可知，当试验温度在0～10℃左右时，每组试样的抗冲击强度保持在最高水平，而当温度在0℃以下时，3组试样的抗冲击强度处于8～11 MPa之间，随着温度上升，抗冲击强度开始有所增大，而当温度达到20℃以上时，每组试样的抗冲击性能开始有所减弱，其中，GK-12试样抗冲击强度变化幅度最小，为此该组试样可在较大的温度范围内保持良好的性能。

4结语

本文研究扩建工程沥青面层拼接用耐高温胶粘剂的制备与性能分析，制备了不同配比的耐高温胶粘剂，制备方法简便，成本较低，并且能够满足施工工艺的要求。通过对耐高温胶粘剂的多项性能指标进行评估，包括抗老化性能、耐高温性能等，发现经本文制备的耐高温胶粘剂具有较高的拉伸剪切强度，能够有效抵抗剪切应力作用下的破坏，同时，在高温环境下依然保持良好的性能，能够满足扩建工程沥青面层的使用要求。

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（责任编辑：张玉平）