高寒山區瀝青路面裂縫修補材料應用探究

(重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074)

前言

隨著“西部大開發”戰略及“十三五”規劃的推進，公路建設重心己由平原地區逐漸轉向地理環境特征更加復雜的高寒山區。瀝青路面由于具備諸多優點，已成為我國公路路面主要的路面結構形式。但在車輛荷載和自然環境的綜合作用下，無論是寒冷地區還是非寒冷地區，開裂問題都會存在，只是不同地區具有不同的開裂程度。高寒山區海拔高、溫度低、晝夜溫差大、紫外線輻射強，特殊的氣候環境條件使得開裂問題在高寒地區顯得尤為突出。裂縫是瀝青路面的主要病害之一，裂縫的存在不僅影響行車的舒適性和安全性，而且路表雨水通過裂縫滲入基層，還將大大削弱路基的強度和穩定性，使瀝青路面受到更嚴重的破壞。為處治瀝青路面大量出現的裂縫，在路面設計階段，研究者們就開始采取設置應力吸收層、增加瀝青層厚度、設置土工合成材料夾層等方法來減緩路面反射裂縫[1-3]。而針對已建成通車的瀝青路面表面裂縫，大多采用灌縫、填縫、貼縫的方式進行路面裂縫修補[4]，灌縫是國內外最常用的裂縫修補方式。瀝青路面裂縫進行及時修補，可以提高路面使用質量，延長使用壽命，對防治瀝青路面的早期破壞有著重要的意義。

為此，筆者對瀝青路面裂縫進行分類，分析高寒地區裂縫的成因，并提出與高寒山區特殊氣候環境相適應的修補材料的技術要求，為高寒地區瀝青路面裂縫修補提供參考。

一、瀝青路面裂縫的分類

國內外對裂縫種類做了大量的觀察和分類，它們依據不同的分類方式將裂縫分為不同的類型，主要有以下幾種：

路面裂縫從外觀形狀上可分為橫向裂縫、縱向裂縫、網狀裂縫和龜裂。

路面裂縫從裂縫延伸的方向上可分為自上向下(Top-Down)和自下向上(Down-Top)兩種。

根據瀝青路面開裂的主要原因，可將裂縫分為荷載型裂縫和非荷載型裂縫兩大類[5]。

根據裂縫寬度可將裂縫分為4種[6]：裂縫縫寬小于5mm且對車輛行駛的平穩性影響不太大的微裂縫；裂縫縫寬為5-15mm且會引起車輛輕微跳動的小裂縫；裂縫縫寬為15-25mm且會引起車輛明顯跳動的中裂縫；裂縫縫寬大于25mm且會引起車輛劇烈跳動的大裂縫。

二、高寒山區瀝青路面開裂成因

由于高寒山區獨特的氣候地理環境，引起路面開裂的因素主要可分為荷載因素、氣候因素、設計及施工不當等，這些因素綜合作用下導致瀝青路面開裂。

(一)氣候因素

氣候因素主要指溫度和紫外線對瀝青路面開裂的影響。高寒山區的瀝青路面承受著嚴峻的自然環境(低溫、大溫差、強紫外線)的考驗，常出現過早老化、開裂等病害。一方面，高寒地區晝夜溫差大，氣溫低且低溫持續時間長，路面在使用過程中極易產生溫縮裂縫。另一方面，高寒山區由于海拔高，紫外線輻射強度大，使得瀝青面層老化變脆，在車輛荷載和溫度應力的共同作用下，極易導致路面開裂；同時瀝青紫外光老化后黏度下降，與集料的粘附性變差，容易造成面層剝落，產生裂縫、坑槽等損壞形式，雨水通過裂縫、坑槽滲入到下層結構中，進一步損害下層路面結構，從而嚴重影響瀝青路面的使用性能和壽命。

(二)荷載因素

荷載因素是指道路在其正常營運過程中，交通荷載對路面各個結構層的破壞。大量研究證明，行車荷載是造成瀝青路面開裂的主要因素。一方面，在車輛荷載的作用下，路面基層會隨之發生不規則性的應力應變響應，當拉應力大于半剛性基層材料的抗拉強度時，半剛性基層底部就會產生細微裂紋，在行車荷載的反復作用下，裂紋會不斷擴展，底部的裂縫會逐漸向上延伸，形成反射裂縫；另一方面，由于交通荷載作用影響，會在路面輪跡帶兩側形成自上而下的Top-Down裂縫。此外，在交通荷載作用下，長大縱坡加劇了路面開裂。高寒山區地勢條件復雜，長大縱坡路段眾多，車輛荷載由于受坡度、坡長、頻繁加速和減速等原因影響，車輛荷載與路面作用時間變長，內部應力增大，使得長大縱坡路段更容易出現開裂等早期破壞。

(三)設計或施工不當

路面開裂可能是因路面設計的某些缺陷，或因施工不當而引起的。設計方面，路面結構層承載能力沒能滿足設計年限內交通發展的需要；路面結構類型選擇不當。施工因素對瀝青路面裂縫的影響也是容易忽略的一個環節。一方面，材料自身存在均質性問題，瀝青混合料內部差異性較大，進而導致平整度、壓實度等都達不到規范要求，在外界環境作用下，易引起面層裂縫、松散等病害。另一方面，采用振動壓路機對路面進行壓實，在雙向重力作用下，瀝青混合料內部容易產生微裂縫，如果不及時處理已有裂縫，在溫度及荷載應力雙重作用下，這些微裂縫會擴展為宏裂縫。

三、裂縫修補材料

裂縫修補是指采用專用設備，將修補材料灌入裂縫中，使其與原路面結構粘結成一個整體，共同承受車輛荷載，并起到防水作用的一項預防性養護技術。裂縫修補施工工藝一般包括開槽、清縫、灌縫、養護及開放交通等步驟[7]。目前，用于瀝青路面裂縫修補的材料按施工方式大致可分為3類，即熱灌型、常溫型、貼縫型。

(一)熱灌型

熱灌型材料，顧名思義是指采用加熱方式來實現裂縫修補的修補材料。熱灌型修補材料包括(改性)瀝青、橡膠瀝青、聚合物改性瀝青等。傳統型的修補材料，如改性瀝青、橡膠瀝青等，修補效果較差，已不推薦作為路面裂縫修補的材料。加熱型密封膠是目前國內常用的裂縫修補材料。

(二)常溫型

常溫修補材料主要包括有機硅、聚氨酯、溶劑型改性瀝青和改性乳化瀝青等。由于常溫施工修補材料能及時對少量初期裂縫進行修補，同時具有高滲透、方便、環保等優點，已被廣泛運用于路面裂縫修補工作中。

(三)貼縫型

貼縫帶，又稱壓縫帶或填縫帶，是一種以瀝青為主要成分的寬度不等的帶狀產品，分為自粘型和熱粘型兩種。自粘型貼縫帶粘結力強，在常溫下可以對裂縫進行直接修補；熱粘型貼縫帶施工時需采用液化氣噴火槍同時加熱路面裂縫和貼縫帶的粘貼面，當瀝青混凝土路面裂縫面出現油點且貼縫帶粘貼面變得油滑時，即可粘貼在裂縫上。貼縫帶具有很高的工作效率，但貼縫帶的長期效果還有待驗證。

四、高寒山區裂縫修補材料的發展趨勢

多年工程實踐證明，改性乳化瀝青由于材料的溫度敏感性大，彈性及低溫韌性差，在溫度及紫外光輻射下極易老化，進而失去粘結性，起不到修護目的，一般不推薦用于高海拔地區裂縫修補。基于高寒山區特殊的氣候條件，必須采用性能更好的裂縫修補材料，修補材料的選擇對裂縫修補至關重要，因此在選擇適合高寒地區裂縫修補材料時，應滿足下列要求:

(一)具有良好的粘結力

良好的粘結力包括修補材料自身的粘結力以及修補料與裂縫界面之間的粘結力。修補料本身具有較好的粘結力，可以防止修補料在綜合作用下產生開裂而影響裂縫修補效果。此外，填封料與裂縫界面之間應具有較好的粘附性，在受到車輛荷載及其他外力反復作用時，修補材料與裂縫界面粘結成一個統一的整體，具有很高的粘結強度，可以避免裂縫失效而導致二次開裂。

(二)低溫狀態下應具有良好的韌性

高寒地區由于氣溫低、日溫差大，在這樣的條件下，修補材料容易變脆、失去韌性，在長期拉應力應變作用下，容易被拉裂，導致裂縫修補失效，因此，修補材料應具有良好的低溫韌性。

(三)具有足夠的的彈性和延展性

修補材料在外力作用下，會發生彈、塑性變形，后者變形后難以復原。因此，修補材料應具有足夠的彈性，使其在受拉壓應力作用后能快速恢復到原有狀態。同時，為了使修補材料能夠始終與裂縫壁界面之間保持很好的密封效果，修補材料必須具有較好的延展性，跟隨裂縫伸縮方向而移動。

(四)具有良好的高低溫穩定性

修補材料在高溫條件下，易受熱而發生流淌，同時在車輪作用下，易被擠出裂縫而被車輪帶走，導致修補失效。因此，修補材料應具有足夠的高溫穩定性，即使是在溫度較高的情況下，修補料也能不變軟，保持很好的高溫穩定性。同時，在低溫條件下，為防止修補材料出現脆裂而導致填封裂縫失效，修補材料必須具備良好的低溫變形能力。

(五)具有良好的耐老化性

高寒地區由于海拔高，紫外線輻射強，修補材料在使用過程中，長期受到溫度、紫外線、水等因素的綜合影響，容易發生老化，造成修補材料自身各項性能下降。因此，為了保證修補材料的耐久性，防止修補裂縫過早失效，修補材料應具有很好的耐老化性，在其使用期內各項性能指標都能保持穩定或發生較小變化。

五、總結

高寒地區路面裂縫的產生是由荷載、氣候、基層裂縫反射和施工等多方面因素造成的。裂縫修補作為一種重要的路面預防性養護技術，應引起我國道路研究者的高度重視。選擇與地域特征相適應的修補材料進行裂縫修補至關重要，針對高寒山區特殊的氣候特征，應選擇粘結性、韌性、彈性、溫度穩定性、抗老化性能優良的修補材料，同時嚴格按照裂縫修補工藝的技術要求進行施工，這樣才能真正解決裂縫問題，達到延長路面使用壽命的效果。