李 继 1，瞿进洋 1，张 均 2*，张 毅 2，姜志国 2
（1.宁波招商公路交通科技有限公司，浙江 宁波 315105；2.北京化工大学，北京 100029）
来源：科技创新与应用
2023年第19期
采用自制双组份聚氨酯胶结料，对软土地区高速公路桥头伸缩缝高差病害进行修补，介绍原料性能、施工设备与施工工艺，并分析聚氨酯胶结料在高差修补中的技术优势。结果表明：采用双组分聚氨酯胶结料可以实现路面高差的快速修补，施工便捷、绿色环保，修补后路面的平整度为 1.05%，构造深度为 1.22 mm，摩擦系数为 58 BNP，渗水系数为 112 mL/min。
高速公路路面必须具备良好平整度，其是衡量高等级路面质量的重要指标[1-2]。对于软土地区的高速公路而言，差异性沉降易导致桥头伸缩缝处出现高差，从而降低了路面的平整度。高差的出现轻则使车辆通过时产生跳动和冲击，影响行车的舒适性和安全性，增大了车辆通过时的噪声，重则使车辆的通过速度大大降低，也对路面和桥梁造成了附加的冲击载荷，影响了桥梁的使用寿命[3-5]。因此，路面高差一旦产生，需要采取合理科学的防治措施予以处理[6]。
目前，路面高差通常采用普通填补工艺和材料[7]，例如基于乳化沥青的冷拌混合料[1]、水性环氧乳化沥青混合料[7]、有机水硬性复合材料（水泥改性乳化沥青混合料）[8-9]等。对高速公路高差修补材料而言，其不仅需要具备施工方便、耐久性优异的特点，还需要在养护后能够实现快速开发交通的目标。泽智之等[10]基于乳化沥青开发了固化时间为 2~30 min 的高差修补材料，并应用于高差修补施工工程，在修补最大深度为 2 cm的条件下，能够实现高差修补完工 30 min 后开发交通。综上可知，现有高差修补材料多以乳化沥青作为胶结料，尚未见采用聚氨酯胶结料修补高差病害的相关报道。本实验借鉴聚氨酯胶结料在路面铺装领域的应用经验[11]，优选一种易手工混合均匀、可室温快速固化的双组份聚氨酯胶结料，探索该聚氨酯胶结料用于路面高差修补时的施工工艺和施工效果，以供同行参考和借鉴。
甬台温高速宁波段一期起于宁波市北仑区大碶镇，止于宁波奉化西坞，全长约 51 km，是北仑港连接宁波市和通往杭州、台州、温州等地的重要通道。甬台温高速宁波段一期位于软土地质路段，且软土厚度分布不均，含水量较高（60%~80%），孔隙比较大，强度低，重度 15.6~17.5 kN/m3，压缩性高，渗透性小，固结缓慢。经过人工探挖发现，部分桥梁桥头搭板出现了较大范围的脱空，搭板处路面出现了不同程度的沉陷，脱空深度 10~50 cm 不等，搭板与路面相接处形成裂缝和高差，车辆通过时形成桥头跳车现象。
2.1 原料
高差修补用的聚氨酯胶结料为自制，A 组分为芳香族异氰酸酯与疏水聚醚多元醇制备得到，B 组分为疏水、高活性聚醚多元醇与扩链剂、消泡剂、催化剂混合制备，A、B 组分的具体技术指标见表 1。
将A、B组分按照体积比1∶1 混合后，浇注于模具中固化得到厚度为2 mm
的聚氨酯胶结料样品，其性能指标见表2。由表 2可以看出，该双组分聚氨酯胶结料在室温条件下可以快速形成强度，实干时间小于10 min，而且胶结料固化后具有一定的韧性，在硬度为93 HA的条件下仍具有48%的断裂伸长率。
集料最大公称粒径对修补混合料修补效果和路用性能影响较大，最大公称粒径越大，修补混合料越难压实，抗水损害能力越弱，反之修补混合料越易压实，抗水损害能力越强。本实验为实现高差修补混合料手工操作即可压实的效果，针对深度为 2~5 cm 的高差病害，选用粒径为 2.36~4.75 mm 的玄武岩碎石（浙江丽水产）作为集料。该玄武岩碎石坚硬、干燥、无风化颗粒，表观相对密度为 2.696，毛体积相对密度为 2.614，吸水率为 0.72%。
电镐凿子用于清理破损的沥青高差修补材料；角磨机用于打磨基材；抹泥刀用于将胶结料与骨料拌和、抹平；吹风机用于吹扫路面灰尘和杂物；发电机用于为电镐凿子和角磨机提供电源；铁锹、扫帚等用于清理施工杂物。
现有路面高差所用修补材料为冷补沥青混合料，夏天高温条件下沥青变软，在重载车辆碾压作用下，路面出现泛油现象，在采用聚氨酯胶结料进行修补之前，需用电镐凿子清理破损沥青路面（图 1），然后用角磨机进行打磨、拉毛（图 2），以保证聚氨酯胶结料与基材形成牢固黏结，最后用吹风机吹扫干净。
本实验修补的高差深度约为 4.5 cm，在混合聚氨酯胶结料与玄武岩集料之前，首先将玄武岩碎石倒入高差坑槽内，然后用抹泥刀摊铺平整，同时注意高差两端的坡度，做到高差的平缓过渡（图 3）。需根据高差部位的体积确定所用玄武岩碎石的实际重量。
聚氨酯胶结料包装形式如图 4 所示。在未使用之前，A、B 组分被分装在包装袋的 2 个独立腔体中，使用时将中间的卡子去除，手动左右摇晃 7~10 次，实现 A、B 组分的均匀混合，然后剪开包装袋将聚氨酯胶结料均匀浇注于玄武岩集料的表面，此时，聚氨酯胶结料的黏度低、流动性好，易于与集料拌和均匀。以重量分数计，聚氨酯胶结料的用量约为玄武岩集料的 10%。
聚氨酯胶结料浇注于玄武岩集料表面后，用抹泥刀拌和聚氨酯胶结料与玄武岩集料，拌和均匀后，再次调整好路面的平整度，整个拌和、抹平操作在 5 min 之内完成（图 5），然后在表面铺撒细沙以提高路面的摩擦力，在施工环境温度为 25 ℃条件下，继续固化 10 min左右，聚氨酯混合料可形成初始强度，达到开放交通的要求
高差修补后通车 24 h，参照 JTG 3450—2019《公路路基路面现场测试规程》，采用三米直尺法测试路面平整度为 1.05%，采用铺砂法测试路面构造深度为1.22 mm，通过摆式磨阻仪和路面渗水仪测试路面摩擦系数和渗水系数分别为 58 BNP 和 112 mL/min。可见，采用双组分聚氨酯胶结料和 2.36~4.75 mm 的玄武岩碎石修补高差后，路面满足使用要求。
本实验所用双组分聚氨酯胶结料采用活性高且疏水的多异氰酸酯和多元醇原料制备，其固化过程受环境温度、湿度影响较小，即使在低温、潮湿环境条件下，该聚氨酯胶结料也可以快速固化，且固化过程无明显气泡产生，固化后与沥青路面、混凝土、钢桥面的黏结强度高，相对于现有沥青基高差修补材料，具有更高的施工宽容度。
采用本实验所用聚氨酯胶结料进行高差修补时，聚氨酯胶结料和混合料均为手工混合即可得到，无需机械搅拌设备；此外，所得聚氨酯混合料通过抹泥刀抹平即可，无需钢轮碾压或平板夯夯实，即可以实现良好的压实效果，而且可以根据路面高差深度的大小，灵活调整聚氨酯胶结料的用量，需要多少，混合多少。
双组分聚氨酯胶结料由 A、B 组分组成，A 组分为芳香族异氰酸酯所得聚氨酯预聚物，反应活性高；B 组分为疏水、高活性聚醚多元醇与扩链剂、消泡剂、催化剂的混合物。A、B 组分混合后依靠异氰酸酯与活泼氢组分的快速化学反应实现硬化，在施工环境温度大于5 ℃的条件下，聚氨酯胶结料与集料混合后 30 min 之内，即可达到通车要求，对正常车辆通行影响较小。
针对甬台温高速宁波段一期车流量大、重载车辆多的运行状况，以及所在地区软土地质、多雨的环境特点，本实验尝试采用双组分聚氨酯胶结料对桥头伸缩缝高差进行修补，设计了操作简便、快捷的施工工艺，施工结果表明：采用自制聚氨酯双组分胶结料能够实现桥头伸缩缝高差（小于等于 5 cm）的快速修补，对正常交通影响较小；此外，由于修补过程无需大型设备，修补后无须碾压，因此施工班组仅需携带聚氨酯胶结料、集料和简易施工装备，施工过程更加绿色环保；最后，所用双组分聚氨酯胶结料固化前具有良好的流动性能，能够渗入破损路面的缝隙中，提高路面的防水性能。
为方便阅读，本文移除了脚注。如有需要，请参阅《科技创新与应用》 2023第19期 END
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