摘 要：本文闡述了國外水泥混凝土路面用填縫材料的歷史、發(fā)展、現(xiàn)狀，通過分析和比較有機(jī)硅填縫膠和聚氨酯填縫膠的性能，并結(jié)合其實際使用情況，預(yù)測了水泥路面填縫材料的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：填縫膠 水泥 路面 發(fā)展
前言
水泥混凝土路面在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，而一條新的水泥混凝土路面的建成，需要性能優(yōu)良的填縫材料對其縫隙進(jìn)行填縫。水泥混凝土路面的填縫材料的作用是：
一、防止接縫滲水。
若地面水滲入混凝土板下的基層中，造成地基承載力降低和強(qiáng)度不均勻，在交通荷載作用下會使混凝土板底脫空，以及在冬季加劇不均勻的凍脹等，致使板斷裂破壞;
二、防止縫料外溢。
即氣溫較高時混凝土板膨脹，板塊之間的縫隙縮小，如填縫料本身壓縮性能和熱穩(wěn)定性差，就容易流淌并從縫中溢出，在車輪的碾壓下，外溢出的填縫料壓粘在縫的兩側(cè)，影響路面平整和路容;
三、防止雜質(zhì)嵌入。
抗嵌入能力差的填縫料，雜質(zhì)容易嵌入縫內(nèi)，從而使接縫失去脹縮性能，使板面產(chǎn)生拱脹和斷裂，尤其在小粒徑石塊嵌入脹縫時會導(dǎo)致接縫處板端壓力集中，把接縫附近混凝土板擠碎等不良后果[1] .縱觀歷史，國外水泥路面填縫材料經(jīng)歷了初的焦油，瀝青，PVC膠泥，預(yù)制膠條，改性瀝青，氯丁橡膠，焦油聚氨酯，聚氨酯，改性聚氨酯，以及有機(jī)硅，聚硫橡膠等材料的使用發(fā)展歷程。隨著公路化學(xué)建材科技的發(fā)展，許多性質(zhì)優(yōu)良的高分子材料已廣泛應(yīng)用水泥混凝土路面的填縫，使水泥混凝土路面的質(zhì)量得到提高，同時路面使用壽命得到有效地延長。
1、填縫材料的早期應(yīng)用1906年，美國在東部華盛頓、馬薩諸塞州早使用熱熔型焦油瀝青作為填縫材料[2]，此時人們認(rèn)為填縫材料的主要功能是 填充而不是其它。1960年，美國在Michigan水泥路面上首次采用氯丁橡膠作填縫材料。此后有關(guān)水泥路面填縫膠的研究和生產(chǎn)蓬勃發(fā)展起來，填縫材料發(fā)展迅速，也帶動了填縫材料施工和生產(chǎn)的發(fā)展。1912年，美國國家水泥協(xié)會(現(xiàn)稱美國混凝土研究所)制定了第一部涉及填縫材料標(biāo)準(zhǔn)，稱為“水泥混凝土路面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格”。許多年以來，這項標(biāo)準(zhǔn)一直作為水泥路面填縫膠(joint fillers)的性能指標(biāo)的參考，直到現(xiàn)在許多標(biāo)準(zhǔn)依然在沿用該填縫膠的部分內(nèi)容。進(jìn)入19世紀(jì)70年代，人們改變了對填縫膠的性能要求，認(rèn)為填縫膠必須具備一定的防止水分滲入的能力，眾多研究單位和生產(chǎn)廠家開始將填縫膠的主要性能要求從充填性能轉(zhuǎn)化為防水性能。
2、近代填縫材料的應(yīng)用現(xiàn)狀隨著公路水泥路面施工和水泥填縫材料工業(yè)的發(fā)展，美國聯(lián)邦公路協(xié)會認(rèn)為：現(xiàn)在被廣泛接受的接縫填縫材料的標(biāo)準(zhǔn)要求，一是填縫材料必須除了保證地表水的少滲入(即防水功能)，而 且要具備足夠的抗嵌入度，以防止硬物侵入接縫處、損傷縫隙;二是填縫膠必須有足夠的抗腐蝕能力，以防止清除路面冰層時用的化學(xué)試劑的侵入;三是填縫膠必須有一定的彈性，能夠經(jīng)受住車輪碾壓產(chǎn)生的震動和氣溫變化所致的縫隙的伸縮。
水分能夠侵蝕路基和路面地基，路面地基受水腐蝕，地層松軟。路面受重型車輛的碾壓，容易造成路面板塊波動而造成路面下沉、塌落、碎化。建造一條完全不滲水的水泥混凝土路面是不可能的，根據(jù)公路實際施工經(jīng)驗，現(xiàn)在比較可行的方法是在水泥路面的切縫處灌注填縫膠，盡量減少水分的滲入，而且還提供了凹面填縫膠表面，使得雨水能夠盡快排出路面。填縫膠的另一個主要作用就是防止堅硬物體嵌入填縫膠內(nèi)部。堅硬物質(zhì)侵入縫隙中，阻礙水泥路面板塊因熱脹冷縮引起縫隙大小變化，在夏季高溫的情況下阻礙了水泥路面縫隙的減少，使得路面接縫處水泥遭到破壞、粉碎，影響了正常行車。
1970年以來，水泥路面的接縫中大多數(shù)使用熱熔型填縫材料，如改型瀝青、PVC改性膠泥等。這類熱熔型填縫材料是在灌縫現(xiàn)場，材料加熱后立即人工灌入水泥縫隙內(nèi)。熱熔型填縫材料經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，已經(jīng)取得很大的進(jìn)展。它們完全不同于上世紀(jì)中葉早應(yīng)用水泥路面填縫的高溫熔化焦油和瀝青，它們的彈性和耐久性有了一定提高。
隨著對填縫材料防水、彈性和粘結(jié)功能的認(rèn)識，人們改進(jìn)了填縫膠的粘結(jié)能力，而且已經(jīng)制造出低模量高彈性的填縫膠材料。目前美國大約25%的筑路公司使用熱熔型填縫膠進(jìn)行填縫，多數(shù)熱熔型填縫膠被用作水泥路面的伸縮縫和高速公路的縱縫充填。
19世紀(jì)60年代壓縮式嵌縫條開始投入使用，這種材料完全不同于流體填縫膠，填縫條是已經(jīng)加工成型的條狀材料。跟填縫膠不同，嵌縫條在保持壓縮狀態(tài)時被壓入縫隙，隨著縫隙的熱脹冷縮循環(huán)而被壓縮或膨脹。因此，它們的能力主要取決于水泥板塊長期保持對其的壓縮作用。壓縮嵌縫條經(jīng)過了多次改進(jìn)，初的網(wǎng)狀嵌縫條被淘汰。橡膠混和物的組分的改進(jìn)，提高了嵌縫條的性能，由于氯丁橡膠能保持長期彈性恢復(fù)率而被廣泛用于水泥公路路面接縫處的嵌縫材料，如今大約有20%公路路面橫切縫采用這種嵌縫條作為其填縫材 料。
隨著高分子材料不斷的在水泥路面上的使用，尤其是為了尋求可以保持耐久性好的熱壓冷拉性能的高檔水泥路面填縫材料，目前世界范圍內(nèi)的耐老化、彈性高、粘結(jié)強(qiáng)度大，可以室溫固化的高分子材料，如有機(jī)硅和聚氨酯膠等被人們所重視。國外發(fā)達(dá)國家目前普遍采用以有機(jī)硅樹脂為主要組分的有機(jī)硅填縫膠是一種冷施工液體室溫固化填縫膠，在常溫下就能保持液體性能，可以和空氣中的水分反應(yīng)而交聯(lián)成型固化變成橡膠狀固態(tài)，也可以外加時期固化的化合物固化為固態(tài)。
有機(jī)硅填縫膠應(yīng)用于水泥路面填封縫的施工工藝為室溫下灌入縫隙，數(shù)小時后液體填縫材料逐漸變?yōu)閺椥怨虘B(tài)，并且與混凝土壁面保持一定強(qiáng)度的粘結(jié)�，F(xiàn)在美國等發(fā)達(dá)國家的筑路公司52%采用有機(jī)硅填縫膠作為其水泥公路路面的橫切縫的填縫材料 [3].目前對有機(jī)硅的改進(jìn)是自流平式有機(jī)硅填縫膠的產(chǎn)生，這種有機(jī)硅填縫膠流動性比較好，灌入縫隙后可以依靠本身良好的流 動性能自己流平，不需要其它工具將其整平。
聚氨酯填縫膠由于其價格較低，優(yōu)良的耐磨性，低溫柔軟性，粘結(jié)好，耐油性優(yōu)良等優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)，近十年發(fā)展迅速。1985年，美國聚氨酯填縫膠的產(chǎn)量與有機(jī)硅填縫膠相當(dāng)。90年代其聚氨酯填縫膠的產(chǎn)量已經(jīng)超過有機(jī)硅[4].聚氨酯填縫膠的常溫流動性能比較好，其施工工藝類似于自流平式有機(jī)硅填縫膠，但聚氨酯有老化性能差的缺點(diǎn)。
3、產(chǎn)品性能對比及發(fā)展趨勢隨著填縫膠由初的簡單的熱熔型焦油材料發(fā)展為結(jié)構(gòu)復(fù)雜、冷施工的有機(jī)硅、聚氨酯等高分子材料，水泥混凝土路面也逐漸發(fā)展起來。而今，新建水泥混凝土路面的橫切縫隙下都設(shè)有暗銷，這樣做有利于轉(zhuǎn)移水泥板塊位移在接縫處產(chǎn)生的巨大作用力。二十五年以來，水泥橫切縫之間的距離由以前的15～20英尺，發(fā)展到現(xiàn)在的20～100英尺，這明顯的提高了水泥公路行車的舒適度。
在日本生產(chǎn)的聚氨酯具備優(yōu)秀的性價比，而美國生產(chǎn)的有機(jī)硅填縫膠在公路填縫應(yīng)用比較廣泛，其突出的優(yōu)點(diǎn)就是具有優(yōu)異的防老化性能和獨(dú)有的滲水性能加以固化速度快、不起泡、能與無孔材料表面牢靠粘結(jié)，膠層底熱穩(wěn)定性好，使其得以廣泛應(yīng)用。但由于其價格昂貴，沒有良好的性價比，嚴(yán)重影響了它的應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。
聚氨酯填縫膠具有回彈性好，耐磨性優(yōu)，對尖銳物體的抗嵌入能力強(qiáng)，抗腐蝕，抗化學(xué)藥劑，耐油性良好，在惡劣的路面環(huán)境下仍能保持良好的性能等優(yōu)點(diǎn)。但聚氨酯類填縫不能長期受熱，易受紫外線照射而老化，高濕環(huán)境下容易產(chǎn)生氣泡和裂紋，影響其性能[7-9].聚氨酯雖然價格便宜，但是由于其防老化性較差(使用年限為2-3年)，重新灌縫工藝繁瑣，這也影響聚氨酯作為水泥路面填縫膠的發(fā)展。
4、結(jié)論
綜上所述，聚氨酯和有機(jī)硅作為水泥路面縫隙填縫材料，各有自己的性能特點(diǎn)和缺陷。因此，今后水泥路面填縫膠的發(fā)展趨勢將朝著一種能夠終合二者優(yōu)點(diǎn)的產(chǎn)品發(fā)展，做到防老化，高彈性，高防水，高抗嵌入度，高粘結(jié)性和高抗熱壓冷拉循環(huán)性。
