瀝青路面裂縫修補(bǔ)技術(shù)與灌縫材料分析

金宏雷，許孛皋，黃瑞三

（天津城建設(shè)計院有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

瀝青路面在車載、氣候、水溫的聯(lián)合作用下，會出現(xiàn)不同程度的開裂現(xiàn)象。路面裂縫的出現(xiàn)，一方面使得路面的連續(xù)性、整體性和美觀性遭到破壞；另一方面，由于過多的路表水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，會引發(fā)唧泥、塌陷、坑槽等病害。可見，路面裂縫的產(chǎn)生嚴(yán)重制約著路面的使用壽命和服務(wù)質(zhì)量。因此，為了控制路面早期損壞、提高公路服務(wù)質(zhì)量、延長使用壽命，有必要對瀝青路面現(xiàn)有裂縫進(jìn)行及時而有效的修補(bǔ)。

路面裂縫的及時修補(bǔ)不僅可以減緩早期損壞的發(fā)生，提高公路的整體服務(wù)質(zhì)量；同時可以在一定程度上增強(qiáng)路面的局部強(qiáng)度和承載能力，保證路面的平整性和耐久性。瀝青路面的裂縫修補(bǔ)質(zhì)量受修補(bǔ)方法和灌縫材料的共同制約。合理選擇修補(bǔ)技術(shù)、灌縫材料以及修補(bǔ)時機(jī)，是決定瀝青路面裂縫修補(bǔ)效果的關(guān)鍵所在[1]。

1 修補(bǔ)技術(shù)簡介

瀝青路面裂縫修補(bǔ)工作的開展要兼顧開裂程度、工程造價以及施工水平等因素，選擇不同的處治手段和修補(bǔ)程序。具體的工作內(nèi)容應(yīng)包括修補(bǔ)方法的選擇、填縫形式的確定，以及修補(bǔ)材料的處理辦法[1，2]。

1.1 裂縫修補(bǔ)方法

瀝青路面應(yīng)按照“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，采取有效的技術(shù)措施，加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)，小修保養(yǎng)及季節(jié)性保養(yǎng)，對于瀝青路面裂縫要適時修補(bǔ)。一般可根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因、裂縫的寬度和深度采用不同的養(yǎng)護(hù)維修措施，同時也要考慮造價、施工機(jī)械等因素。目前，工程中較為常見的裂縫修補(bǔ)方法有熱熔型灌縫膠修補(bǔ)、貼縫帶修補(bǔ)和熱再生修復(fù)三種。

熱熔型灌縫膠修補(bǔ)工藝是目前行業(yè)中應(yīng)用較為普遍的瀝青路面裂縫修補(bǔ)技術(shù)，它針對瀝青路面已有裂縫，采用注入的方式將熱熔后的灌縫膠填入裂縫，依靠灌縫膠的粘結(jié)填補(bǔ)作用進(jìn)行裂縫的修補(bǔ)。實踐證明：采用開槽式熱熔型灌縫膠修補(bǔ)工藝可以使灌縫膠與瀝青路面良好銜接，形成彈性伸縮縫性質(zhì)的拉伸效果，從而封閉路面雨（雪）水及雜物的侵入通道，延緩路面破損速度，達(dá)到預(yù)防性的養(yǎng)護(hù)效果。但采用熱融型灌縫膠不開槽灌縫通常失效率在50%以上。

貼縫帶是一種特制的路面裂縫粘結(jié)材料，加熱后即可融化。利用貼縫帶的熱熔性能在施工現(xiàn)場可以方便快捷的修補(bǔ)裂縫。但貼縫帶修補(bǔ)的施工速度較慢，貼縫帶材料的熱熔程度難以控制，且該方法僅適用于開裂較輕路段，所以在實際工程中貼縫帶修補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用較少，一般作為日常的應(yīng)急性修補(bǔ)或臨時性修補(bǔ)，具有施工方便、附屬費用低的優(yōu)勢。

熱再生裂縫修復(fù)工藝的工作原理是采用100%高強(qiáng)度輻射熱加熱墻，先將瀝青路面加熱、耙松，然后噴灑乳化瀝青，使瀝青混合料再生；而后摻入熱的新混合料，用自帶的壓路機(jī)將其壓實。熱再生裂縫修復(fù)工藝需要借助大型熱再生設(shè)備開展裂縫的修補(bǔ)工作，該工藝能夠達(dá)到很好的表面修補(bǔ)效果，保證路面的平整度和整體性。但施工成本過高，初期設(shè)備投資較大，且無法消除裂縫底部尖端的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得修復(fù)后的路面會很快發(fā)生再次開裂，長期使用性能不足，一般不予采用。

對于上述三種處理裂縫的工藝，工程實踐中普遍認(rèn)為熱熔型灌縫膠修補(bǔ)工藝是最優(yōu)方法，也是工程實踐中應(yīng)用最多的養(yǎng)護(hù)維修方法。

1.2 填縫形式的影響

在采用熱熔型灌縫膠修補(bǔ)工藝進(jìn)行瀝青路面修復(fù)工作時，填縫形式的選擇直接影響了裂縫的修補(bǔ)效果。美國Crafco公司推薦了A、B、C、D四種填縫構(gòu)造形式（見圖1），圖中所標(biāo)注的幾何尺寸可根據(jù)路面實際情況進(jìn)行調(diào)整。

圖1 填縫構(gòu)造形式

根據(jù)SHRP H106項目研究證實，對路面裂縫作開槽貼縫式處理所產(chǎn)生的效果比無槽貼縫式處理的效果至少要好40倍。無槽貼縫式密封在車輛作用下，裂縫表面的貼縫層不斷受到磨損，裂縫內(nèi)的剩余填充物較少而無法起到封閉裂縫的作用，從而導(dǎo)致無槽貼縫式密封失效。所以在施工經(jīng)費有保證的情況下，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)槽貼縫式修補(bǔ)裂縫的方式。

美國Crafco公司建議：當(dāng)裂縫超過3mm時，應(yīng)采用開槽式封閉處理；當(dāng)裂縫小于3mm時，可采用簡單無槽貼縫式處理。開槽的幾何尺寸對裂縫修補(bǔ)效果有較大的影響，開槽的寬深比（寬度與深度之比）越小，填縫料與裂縫兩壁的粘結(jié)力越容易損失，較大的寬深比可提高填縫料與裂縫兩壁的粘結(jié)力和增強(qiáng)裂縫的修補(bǔ)效果。一般寬深比為1∶1，尺寸控制在10～20mm之間，采用貼縫式工藝時，膠體應(yīng)在裂縫兩側(cè)形成50～100mm的長膠帶，膠帶高度不能超過3mm，這樣可延長密封膠的磨損時間。

有關(guān)文獻(xiàn)針對裂縫的不同情況給出了填封的處理意見（見表1）。

表1 不同裂縫的填封處理建議

綜合上述內(nèi)容可知，針對不同的路況和裂縫發(fā)展?fàn)顩r需要采取不同的養(yǎng)護(hù)修復(fù)措施。裂縫修補(bǔ)方法的選定受多方面因素制約，在治理過程中要綜合考慮裂縫類型、開裂程度、路面等級、施工季節(jié)、養(yǎng)護(hù)造價等因素，以保證路面的修復(fù)質(zhì)量。

2 灌縫材料簡介

對熱熔型灌縫膠修補(bǔ)工藝，目前市場上可以選用的灌縫膠有很多種，為保證瀝青路面裂縫修補(bǔ)效果，需對灌縫材料的性能進(jìn)行限定和評價。

2.1 灌縫材料的性能

目前在灌縫修補(bǔ)裂縫方面國內(nèi)還沒有成文的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，美國經(jīng)大量試驗路研究提煉后的《用于瀝青路面裂縫密封用瀝青橡膠及橡膠改性瀝青的試驗技術(shù)指標(biāo)》見表2～3。我國用于水泥混凝土路面接縫的加熱施工式填封料的技術(shù)要求見表4。

表2 SHRP瀝青橡膠的實驗技術(shù)指標(biāo)

表3 SHRP橡膠改性瀝青的試驗技術(shù)指標(biāo)

表4 水泥混凝土接縫加熱施工式填縫料的技術(shù)要求

工程上除了要求填縫料具有一定的粘結(jié)能力和延展能力之外，還需要具備以下幾點性能要求[3]：

a）高流動性 即填縫料具有在裂縫內(nèi)克服阻力而流動的能力；

b）填充能力 即填縫料僅靠自重就可以填充到裂縫內(nèi)每一個角落的能力；

c）穿越能力 即填縫料在自重下流過狹窄間隙的能力；

d）抗老化性 即填縫料在水文綜合作用下的抗老化能力。

瀝青路面裂縫密封材料的技術(shù)要求在參考其它經(jīng)驗的基礎(chǔ)上還應(yīng)考慮試驗方法的可行性，由于其材料主要為改性瀝青和橡膠及聚合物類，因此可參考相應(yīng)的瀝青、乳化瀝青及其它材料的試驗內(nèi)容確定試驗方法，并結(jié)合路面性能要求明確適合的指標(biāo)要求及試驗檢測手段。

2.2 灌縫工藝流程

裂縫修補(bǔ)時機(jī)的選擇非常重要，它不僅決定了施工的難易程度，而且關(guān)系裂縫修補(bǔ)的效果，故要求裂縫修補(bǔ)工作一般選定在裂縫寬度較大、路面濕度較小時進(jìn)行。在保證裂縫修補(bǔ)材料充分填充空隙的同時，要防止裂縫內(nèi)留存過多的冰雪或雨水。

一般來說，對于季節(jié)性冰凍地區(qū)，每年的3月10日～15日為修補(bǔ)裂縫的最佳時機(jī)。對于南方無冰凍地區(qū)，修補(bǔ)工作應(yīng)安排在雨季來臨之前，同時要求裂縫基本處于全部張開狀態(tài)的季節(jié)（例如春季）。

灌封工藝流程及工作要點如圖2所示。

圖2 灌封工藝流程圖

3 修補(bǔ)試驗驗證

為了深入研究“熱熔型灌縫膠修補(bǔ)工藝”修補(bǔ)裂縫的實際效果，本文選用四種常用的灌縫材料進(jìn)行了相關(guān)研究。

3.1 試驗設(shè)計

本研究選擇以下四種灌縫專用膠進(jìn)行試驗研究：美國Crafco密封膠、鞍山森遠(yuǎn)灌縫膠、辛美來亞密封膠和百合密封膠。

為了較為全面的評定幾種灌縫膠的性能，需要對各組材料進(jìn)行室內(nèi)的高溫粘附性測試。由于瀝青材料與集料間的高溫粘附性指標(biāo)尚無成型的規(guī)范和試驗規(guī)程進(jìn)行指導(dǎo)，所以需要自行設(shè)計一套合理可用的試驗流程。筆者參照《公路工程瀝青及瀝青混合料實驗規(guī)程（JTJ 052—2000）》中“瀝青與粗集料的粘附性試驗（T 0616—1993）”，設(shè)計“測定灌縫膠高溫粘附性”的具體流程和要點如下[4-6]：

a）取粒徑為19mm的集料16個，用潔凈水洗凈，置于105℃的烘箱中4h烘干備用；b）將大燒杯中盛水，置于加熱爐上煮沸備用；c）將烘干后的集料用細(xì)鐵絲逐個系牢，再置于105℃的烘箱中1h，備用；d）用壁紙刀分別割取約量為300ml的修補(bǔ)膠，放于標(biāo)記好的鐵杯中，連同鐵杯一起放于180℃的烘箱中，烘烤2h；e）逐個取出加熱的礦料顆粒用鐵絲提起，浸入灌縫膠試樣中45s后，輕輕拿出，使集料顆粒完全為灌縫膠膜所覆蓋，每種灌縫膠做4個集料，需要做好標(biāo)記；f）將裹覆膠膜的集料顆粒懸掛于試架上，在室溫下冷卻15min，需要在試架下鋪墊一張紙，使多于的瀝青流掉；g）待集料顆粒冷卻后，逐個用線提起，浸入盛有煮沸水的大燒杯中央，調(diào)整加熱爐使燒杯中的水保持微沸狀態(tài)，但不允許有沸開的泡沫；h）浸煮3min后，將集料從水中取出，觀察礦料顆粒上膠膜的剝落程度，并按《公路工程瀝青及瀝青混合料實驗規(guī)程（JTJ 052—2000）》中的評定方法進(jìn)行粘附性等級的評定。

3.2 粘附性評價

按照“測定灌縫膠高溫粘附性”的試驗方法，對四種灌縫材料進(jìn)行試驗評定，結(jié)果見表5。

表5 水泥混凝土接縫加熱施工式填縫料的技術(shù)要求

由試驗評定結(jié)果可知，四種灌縫膠的粘附性等級都很高。僅靠粘附性等級難以區(qū)分灌縫材料的優(yōu)劣，需要綜合考慮其熔點、彈性、純度、耐久性等因素。

在試驗過程中發(fā)現(xiàn)：Crafco密封膠的熔點較低，百合密封膠的熔點最高；常溫下Crafco密封膠的延伸性較好，彈性恢復(fù)率較好，辛美來亞密封膠的粘性較高，很難切割；Crafco密封膠純度最高，百合密封膠中含雜質(zhì)最多。

粘附性試驗用試件放置7d后觀察發(fā)現(xiàn)：Crafco密封膠、森遠(yuǎn)密封膠試件表面粘附性仍舊很強(qiáng)；百合密封膠試件表面較為平滑；辛美來亞密封膠試件的表面粘附性很強(qiáng)，但表面的膠層用手可以使其剝離，說明其粘附性有待提升。

4 結(jié)語

為了保證瀝青路面良好的使用性能，有效解決路面早期病害，養(yǎng)護(hù)管理單位必須科學(xué)地認(rèn)識預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的重要性，并結(jié)合所管養(yǎng)道路的實際情況，做好預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)對路面現(xiàn)狀的跟蹤監(jiān)測，預(yù)防科學(xué)手段和評價標(biāo)準(zhǔn)，選擇最佳時機(jī)和適宜方案，實現(xiàn)養(yǎng)護(hù)自治措施前置，從而提高道路的服務(wù)質(zhì)量與使用壽命。

瀝青路面裂縫修補(bǔ)的效果與材料的選擇、裂縫封閉處理設(shè)計和施工工藝等有密切的關(guān)系，所以，在裂縫修補(bǔ)過程中，應(yīng)選擇優(yōu)良的灌縫材料，盡量采用開槽貼縫式處理設(shè)計，優(yōu)化施工工藝，提高裂縫修補(bǔ)的成功率，從而延長瀝青路面的壽命。

[1]曾勇軍，謝兆星.瀝青路面裂縫修補(bǔ)技術(shù)探討[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2006，（11）：121-124.

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[3]楊曙嵐，林毅，吳寧，等.瀝青路面裂縫修補(bǔ)材料的性能指標(biāo)探討[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2008，（10）：10-13.

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[5]張雷.瀝青組分對瀝青與集料粘附性影響的研究[J].北方交通，2009，（1）：44-46.

[6]趙可，原健安.聚合物改性瀝青對礦料的粘附性研究[J].中國公路學(xué)報，2000，（4）：8-12.