施工短期老化對灌縫膠性能的影響研究

作者簡介：周婷娜（1989—），工程師，研究方向：公路工程管理。

摘要：為探究施工短期老化對灌縫膠性能的影響，文章采用室內(nèi)試驗?zāi)M了灌縫膠在施工階段的短期老化，并通過相關(guān)性能指標(biāo)變化分析短期老化對灌縫膠性能的影響，同時依托廣西某高速公路開展應(yīng)用并進行總結(jié)。結(jié)果顯示：灌縫膠現(xiàn)場儲存時間宜≤6 h，187 ℃為最佳施工溫度；采用推薦的施工工藝對裂縫開展修補，跟蹤檢測結(jié)果顯示其1年后的修補完好率達到91%，具備良好的使用耐久性。

關(guān)鍵詞：高速公路；短期老化；灌縫膠性能

中圖分類號：U416.03A120382

0 引言

裂縫是瀝青路面最常見的早期病害，雖然在早期對路面整體服務(wù)性能的影響較小，但若不及時處理，裂縫將成為外部水進入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的通道，最終導(dǎo)致路面嚴(yán)重破壞^［1-2］。現(xiàn)階段針對瀝青路面裂縫主要是采用灌縫膠進行修補，而灌縫膠的質(zhì)量好壞對裂縫修補效果至關(guān)重要。《路面加熱型密封膠》（JT/T740-2015）對灌縫膠性能提出了明確要求，但并未提及施工短期老化可能對灌縫膠性能的影響。由于裂縫修補施工工藝的影響，從現(xiàn)場制備開始到施工完成，灌縫膠將不可避免地發(fā)生老化。與在長期使用過程中的老化不同，這種老化是一種短期老化，但對灌縫膠性能也將產(chǎn)生較大影響。

當(dāng)前，國內(nèi)外相關(guān)研究主要集中于灌縫膠的材料配合比優(yōu)化及路用性能提升等方面，對灌縫膠在施工過程中受短期老化影響的研究較少^［3-5］。基于上述情況，本文在室內(nèi)試驗?zāi)M灌縫膠在施工階段的短期老化，并通過相關(guān)性能指標(biāo)變化分析短期老化對灌縫膠性能的影響，同時依托高速公路開展相關(guān)試驗應(yīng)用并進行相應(yīng)總結(jié)，為高速公路養(yǎng)護從業(yè)者在后續(xù)灌縫膠裂縫修補的應(yīng)用提供參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

灌縫膠是一種具有高粘結(jié)力和高彈性的高聚合物橡膠瀝青材料，屬于加熱型路面修補材料。結(jié)合廣西濕熱多雨氣候特征，本文選取市面上某品牌高溫型灌縫膠，其相關(guān)性能檢測指標(biāo)如表1所示。

1.2 施工短期老化模擬

灌縫膠的施工短期老化主要包括兩個部分：（1）如果裂縫修補時開槽效率低，導(dǎo)致灌縫膠在灌縫機的加熱容器中長時間儲存而產(chǎn)生的儲存老化；（2）在裂縫修補施工時，施工溫度較高可能產(chǎn)生的施工老化。針對儲存老化，對灌縫膠采用室內(nèi)恒溫加熱套及小型攪拌機進行儲存老化模擬。針對施工老化，對灌縫膠采用不同溫度進行加熱，以模擬施工時的高溫老化。具體老化相關(guān)條件如圖1所示。

1.3 試驗方案

（1）對原樣灌縫膠及儲存老化后的灌縫膠，主要參考《路面加熱型密封膠》（JT/T740-2015）規(guī)范進行錐入度、軟化點、流動值、彈性恢復(fù)及低溫拉伸等試驗。對施工老化處理后的灌縫膠，主要參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）進行布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗。

（2）采用灌縫機進行高速公路裂縫修補，相應(yīng)施工工藝見下文。

2 灌縫膠老化試驗研究

2.1 儲存老化影響研究

高速公路進行裂縫修補作業(yè)時往往涉及開槽工藝，開槽效率低將導(dǎo)致灌縫膠在裂縫修補機中長時間加熱儲存。同時，由于裂縫修補作業(yè)是在已通車的高速公路上進行，交通管制等因素也可能造成施工作業(yè)持續(xù)時間延長，而灌縫膠高溫條件下的長時間保存必將導(dǎo)致儲存老化。因此，本文通過室內(nèi)試驗對灌縫膠進行不同存儲時間的模擬并檢測其性能變化，具體試驗結(jié)果如表2所示。

錐入度與材料的軟硬程度相關(guān)，軟化點反映了材料的高溫性能，彈性恢復(fù)率反映了材料對雜物嵌入的抵抗能力，流動值表征的是高溫時發(fā)生流淌的程度，低溫拉伸則表征了材料在低溫時抵抗破壞的能力。從表2的數(shù)據(jù)可以看出，隨著儲存時間的逐漸增加，灌縫膠的錐入度和彈性恢復(fù)率呈逐漸減小的趨勢，而軟化點則升高，流動值表現(xiàn)較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯變化。上述各項指標(biāo)隨著儲存時間增加均出現(xiàn)了不同程度的變化，但總體仍滿足規(guī)范要求。但是，當(dāng)儲存時間達到8 h后，灌縫膠的低溫拉伸性能已無法滿足三次循環(huán)后的拉伸要求。這表明在儲存過程中，灌縫膠發(fā)生了一定程度的老化，主要原因是由于灌縫膠中的輕質(zhì)組分受熱不斷揮發(fā)，導(dǎo)致材料逐漸出現(xiàn)偏脆硬特性，最終體現(xiàn)在材料高溫性能的提升以及低溫抗破壞能力的衰減。為保證灌縫膠具備足夠的粘韌性、高溫穩(wěn)定性和低溫抗破壞能力，建議灌縫膠的儲存時間≤6 h。

2.2 施工老化影響研究

在灌縫膠施工時，要確保其具備一定的流動性以填充裂縫，而這一性能主要與黏度相關(guān)，而黏度主要受施工溫度影響。當(dāng)施工溫度低時，灌縫膠的黏度較大，流動性較差，會造成噴槍堵塞而影響施工。雖然提高施工溫度能顯著降低灌縫膠的黏度，使其流動性能滿足工作要求，但過高的溫度也會導(dǎo)致灌縫膠老化。因此，本文通過測定灌縫膠在不同溫度下的布氏旋轉(zhuǎn)黏度，結(jié)合實際性能需求，推薦最佳施工溫度。具體結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨加熱溫度的不斷增加，灌縫膠的黏度呈現(xiàn)下降趨勢，這一趨勢符合橡膠瀝青類材料作為粘彈性材料的變化特性。當(dāng)加熱溫度較低時，如160 ℃條件下，灌縫膠的黏度達到了6.1 Pa·s，此時的灌縫膠不具備足夠的流動性，無法充盈飽滿地填滿裂縫。當(dāng)加熱溫度較高達到200 ℃時，雖然灌縫膠黏度顯著下降至2.1 Pa·s，流動性可以滿足要求，但存在老化的風(fēng)險。施工經(jīng)驗推薦灌縫膠黏度為3 Pa·s時可以滿足流動性要求。通過對灌縫膠的黏溫曲線進行線性擬合，可以得到相關(guān)系數(shù)R²達到0.93以上的擬合曲線Y=-0.097 3x+21.2。以目標(biāo)黏度3 Pa·s代入公式計算，可以得出相應(yīng)的加熱溫度為187 ℃。在該溫度條件下進行施工，可以保證灌縫膠不發(fā)生老化的情況下兼具良好的流動性能。

3 灌縫膠路用性能驗證

3.1 灌縫膠裂縫修補施工要點

依托廣西某高速公路的日常養(yǎng)護作業(yè)進行裂縫修補，其主要施工工藝流程如圖3所示。

總結(jié)裂縫修補中的施工控制要點如下：

（1）裂縫修補通常都是占道施工作業(yè)，往往面臨較大的安全風(fēng)險，因此必須嚴(yán)格按照《公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》做好現(xiàn)場作業(yè)區(qū)的安全管控。

（2）依據(jù)裂縫寬度合理確定開槽尺寸，使用開槽設(shè)備沿裂縫走向切割出寬深比在1∶1～1∶2的U形槽。開槽完成后清理槽內(nèi)的雜物，確保槽內(nèi)清潔、干燥，確保灌縫膠具備良好的粘結(jié)條件。

（3）對灌縫膠的加熱要嚴(yán)格按照推薦的施工溫度進行，同時要確保其在加熱過程中受熱均勻，以避免灌縫膠發(fā)生老化。

（4）采用灌縫機進行施工時，要緩慢移動噴槍頭，確保灌縫膠能夠均勻、飽滿地布滿槽內(nèi)，同時還要確保裂縫修補完后的整體美觀性。

（5）灌縫膠灌縫完成后，根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁貙嶋H狀況和現(xiàn)場交通情況綜合確定合理養(yǎng)護時間，待灌縫膠完全冷卻成型后開放交通，養(yǎng)護時間建議≥30 min。

3.2 灌縫膠裂縫修補質(zhì)量跟蹤檢測

針對灌縫膠裂縫修補施工質(zhì)量的檢測主要集中在外觀質(zhì)量和路用性能兩個方面。在外觀質(zhì)量方面，灌縫修補后的表面應(yīng)飽滿平整、邊緣齊整，同時與舊路面應(yīng)粘結(jié)良好，不得出現(xiàn)脫落、剝離等現(xiàn)象。在路用性能方面，裂縫作為路面薄弱處，極易成為外部水進入路面的通道，因此必須確保裂縫修補后不發(fā)生滲水。除此之外，為確保路面整體平整度良好，灌縫處高出路面的部分應(yīng)lt;3 mm。依照前文推薦的儲存時間、施工溫度、施工工藝及相應(yīng)質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，采用灌縫膠對高速公路裂縫進行修補，并對修補情況進行跟蹤質(zhì)量檢測，具體如后頁表3所示。

總體來看，裂縫修補后3個月的整體質(zhì)量穩(wěn)定，未出現(xiàn)較大的變化，修補完好率達到了97%；在1年后，經(jīng)過夏冬兩個季節(jié)變化后，裂縫修補處未出現(xiàn)卷邊、開裂等現(xiàn)象，修補完好率仍然達到了91%，這說明采用灌縫膠進行裂縫修補具有良好的耐久性，有效避免了裂縫擴展成為其他嚴(yán)重病害。

4 結(jié)語

（1）隨著高溫儲存時間的增加，灌縫膠將發(fā)生一定程度的老化，材料的錐入度和彈性恢復(fù)率將減小，軟化點將增加，流動值則未出現(xiàn)明顯變化。在儲存時間達到8 h時，灌縫膠低溫拉伸性能無法通過。綜合考慮各項性能，推薦灌縫膠的儲存時間≤6 h。

（2）通過對灌縫膠的黏溫曲線進行測定，當(dāng)灌縫膠的施工溫度為187 ℃時，可確保灌縫膠在不發(fā)生老化的情況下具備良好的流動性能。

（3）采用推薦的施工工藝對裂縫進行修補，跟蹤檢測結(jié)果顯示1年后的修補完好率達到91%，說明灌縫膠具備良好的使用耐久性。

參考文獻

［1］陳大地.廣西瀝青路面裂縫處治方法研究［D］.南寧：廣西大學(xué)，2021.

［2］丁清卿.路面灌縫施工技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用［J］.中國公路，2021（16）：98-99.

［3］唐 偉.寒冷型灌封膠在公路養(yǎng)護灌縫中的應(yīng)用［J］.西部交通科技，2020（12）：80-83.

［4］高 松.道路瀝青路面灌縫膠的性能研究［D］.長春：吉林建筑大學(xué)，2020.

［5］高 陽.橡膠改性瀝青灌縫材料開發(fā)與性能研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2019.