城市瀝青路面裂痕修復材料與施工技術優化

摘 要：為增強瀝青路面裂縫的修補效果，試驗制備了面層修復材料和半剛性基層修復材料，并對修復材料的性能和施工工藝進行研究。結果表明，面層修復材料中的最佳聚氨酯摻量為30%時，材料拉伸強度和斷裂伸長率分別是32.5 MPa、28.1%，老化后強度僅下降18.3%。用該面層修復材料對路面裂縫進行修補，可使路面裂縫強度恢復79.4%。半剛性基層修復材料中的最佳含水量為0.75%時，材料黏度為207.6 mPa·s，膨脹性能較好，且修補后的試件劈裂抗拉強度恢復超過80%。采用焊接裂縫法，將面層修復材料和半剛性基層修復材料結合，對路面裂縫進行修補，可以達到路面修復標準。

關鍵詞：瀝青路面；修復材料；聚氨酯；耐老化性能；膨脹性能

中圖分類號：TQ433.4+32"""""""""""""""""""""""" 文獻標識碼：A"""""""""""""""""""""""" 文章編號：1001-5922（2024）07-0106-04

Optimization of municipal asphalt pavement crack repair

materials and construction technology

XIE Tuanjie1，MOU Shouguo2

（1. Dongying River Dim Service Center，Dongying 257091，Shandong China；

2. Dongying Municipal Engineering Co.，Ltd.，Dongying 257091，Shandong China）

Abstract： To enhance the repair effect of asphalt pavement cracks， surface repair materials and semi rigid base repair materials were prepared in this experiment， and the performance and construction technology of the repair materials were studied. The results indicated that the optimal polyurethane content in the surface repair material was 30%. At this time， the tensile strength and elongation at break of the material were 32.5 MPa and 28.1%， respectively，the strength only decreased by 18.3% after aging. Using this surface repair material to repair road cracks could restore the strength of road cracks by 79.4%. The optimal moisture content in the semi rigid base repair material was 0.75%， the material had a viscosity of 207.6 mPa·s， the expansion performance was good， and the splitting tensile strength of the repaired specimen recovered more than 80%.The use of welding crack method， combining surface repair materials with semi rigid base repair materials， to repair road cracks can meet the road repair standards.

Key words： asphalt pavement；repair materials；polyurethane；aging resistance；expansion performance

受到車流量上升、行車荷載增加等影響，我國的大部分公路路面常常會產生裂縫等病害。這些裂縫等病害會隨著時間的增加不斷破壞路面基層結構，進而使道路發生局部凹陷、坑槽等，嚴重影響車輛行車安全［1?2］。對此，許多學者進行了研究。如對環氧樹脂進行改性，研究了一種環氧樹脂修復材料，并研究該修復材料性能［3］。針對路面裂縫中的半剛性基層，以聚氨酯和環氧丙烯酸酯結合，制備了一種聚合物改性修補材料，并研究材料性能［4］。除此之外，通過燒氧化鎂、硼砂等材料，制備了一種水泥路面裂縫快速修復材料，并對其性能進行探究［5］。結合以上學者的研究，為了更好地修補城市瀝青路面裂縫，試驗研究了面層修復材料和半剛性基層修補材料，并對修復材料性能和施工工藝進行研究。

1"" 試驗部分

1.1"" 材料與設備

主要材料：聚氨酯（AR，康華保溫材料）；乙烯基酯樹脂（AR，躍錦精細化工）；1，4-丁二醇（AR，遠祥化工）；二甲基苯胺（AR，長惠化工）；過氧化苯甲酰（AR， 攀旺玻璃鋼復合材料）；異氰酸酯（AR，盛強實業）；聚醚多元醇（AR，才華聚氨酯科技）；P·O32.5普通硅酸鹽水泥（工業純，新山河建材）；SBS改性瀝青（工業純， 澤力防水材料）。

主要設備：FA2204E型電子天平（根拓機電）；Y101A-1型烘箱（德普紡織科技）；SYD-0716型劈裂試驗儀（魅宇儀器科技）；HNB-500N型萬能試驗機（森倍科技）；TQ-810型旋轉粘度計（世通科創技術）。

1.2"" 試驗方法

1.2.1"" 修復材料配比

為修復城市瀝青路面裂痕，試驗制備了面層修復材料以及半剛性的基層修復材料。其中，面層修復材料的主要原料是聚氨酯和乙烯基酯樹脂，聚氨酯按照不同的乙烯基酯樹脂含量添加。然后添加量適量的交聯劑、促進劑和引發劑，分別是1，4-丁二醇、二甲基苯胺和過氧化苯甲酰。除此之外，基層修復材料則以聚醚多元醇和異氰酸酯為主要原料，并以不同聚醚多元醇質量比添加適量的水。具體配比見表1、表2［6?8］。

1.2.2"" 修復材料的制備

（1）面層修復材料：按照表1中的面層修復材料配比，用電子天平稱取適量的聚氨酯、乙烯基酯樹脂等材料，備用。對乙烯基樹脂進行定量稀釋處理，然后向稀釋后的溶液中添加適量的聚氨酯，再加入1，4-丁二醇、二甲基苯胺以及過氧化苯甲酰。利用機械攪拌器將原材料充分攪拌，混合均勻，獲得面層修復材料。

（2）基層修復材料：根據表2中基層修復材料的配比，按照異氰酸酯和聚醚多元醇質量比1∶1來稱取適

量的原材料，備用；在3口燒瓶中加入適量的聚醚多元醇，在恒溫條件下進行攪拌處理。然后，在真空條件下進行脫水處理3 h，獲得脫水原料。在真空條件下，將適量的異氰酸酯加入到聚醚多元醇脫水原料中，并添加一定量的水，等待反應一定時間后，獲得基層修復材料。

1.2.3"" 試件的制備

（1）馬歇爾試件：本試驗通過擊實法和5.1%的油石比制備馬歇爾試件。其中，礦料級配為AC-13C，并添加0.35%抗剝落劑和3%抗車轍劑［9?10］。

（2）水泥穩定碎石試件：水泥穩定碎石試件的標準規格為Φ150×150的圓柱體，參考標準為《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51—2009）。在試件成型過程中，用牛皮紙將試件從中隔斷，形成裂縫。再對試件進行取芯處理，以2 mm的半剛性基層裂縫作為試驗試件。

1.3"" 性能測試

拉伸試驗：通過萬能試驗機對材料進行拉伸測試，分析材料的拉伸性能。

低溫劈裂試驗：制備標準馬歇爾試件，然后將其從中切開，將切開的截面打磨粗糙，模擬5 mm寬的市政瀝青路面裂縫試件。然后像裂縫中添加面層修復材料進行修復。通過劈裂試驗機，在低溫-10 ℃條件下，對修復后的試件進行測試，分析其劈裂抗拉強度。

黏度測試：將基層修復材料裝滿粘度計盛樣器中，在保證無內部氣泡后，密封盛樣器。在恒溫23 ℃水浴條件下，選擇適宜的轉子和轉速進行旋轉處理25 s。當黏度計指針穩定時，讀取并記錄讀數，多次測量取平均值，作為該基層修復材料試樣的黏度值。

膨脹性能測試：在封閉容器氣缸中均勻注滿基層修復材料，在等待一段時間后，修復材料膨脹，使活塞桿被推動。通過壓力傳感器讀取膨脹過程中的膨脹力數據，分析材料膨脹性能。

2"" 結果與分析

2.1"" 面層修復材料

2.1.1"" 拉伸性能分析

拉伸試驗結果分析如圖1所示。

由圖1可知，當面層修復材料中摻入的聚氨酯注漿增多時，材料拉伸強度先緩慢降低后迅速降低；而斷裂伸長率則呈現逐漸升高的趨勢。當面層修復材料中摻入的聚氨酯摻量為15%、30%時，面層修復材料的拉伸強度分別是36.2、32.5 MPa；當聚氨酯摻入增多至45%、60%時，拉伸強度分別降至26.3、25.8 MPa。在斷裂伸長率方面，當聚氨酯摻入從15%增至60%時，材料的斷裂伸長率從16.2%升至42.3%，增長了161%。發生以上這些現象的原因是，在材料內部形成一種互穿的三維網狀結構，從而使材料拉伸強度較高且較穩定［11?12］。但是，隨著面層修復材料中聚氨酯摻量增多，繼續增加聚氨酯摻量反而會降低該體系的相容性，產生相分離。考慮到在實際路面裂縫修復應用中，修復材料較高的拉伸強度會導致裂縫2次開裂，所以，修復材料的拉伸強度不應過高［13?14］。

綜上，當在面層修復材料中摻入30%聚氨酯時，面層修復材料的拉伸性能良好。

2.1.2"" 低溫劈裂試驗

對標準馬歇爾試件和用不同聚氨酯摻量的面層修復材料修復后的馬歇爾試件進行測試，結果如圖2所示。

由圖2可知，對于修復后的試件，當面層修復材料中摻入的聚氨酯增多時，面層修復材料的劈裂抗拉強度不斷提高。對于標準馬歇爾試件，其劈裂抗拉強度為4.81MPa。當用15%、30%、45%、60%聚氨酯摻量的面層修復材料修復后，各試件的劈裂抗拉強度分別恢復到標準馬歇爾試件的68.8%、79.4%、82.1%、84.4%。由此可見，當聚氨酯摻量低于30%時，面層修復材料對裂縫試件的修復效果較低，而當聚氨酯摻量在30%及以上時，面層修復材料對裂縫試件的修復效果基本在80%左右，修復效果較好。當聚氨酯摻量增加時，面層修復材料韌性提高，在瀝青混凝土中的變形協調性更好，粘結性能更強［15?16］。綜上，當聚氨酯摻量在30%及以上時，修復后的試件低溫劈裂抗拉性能較好。

2.2"" 基層修復材料

2.2.1"" 黏度

圖3為不同含水量下，半剛性基層修復材料的黏度測試結果。

由圖3可知，隨著半剛性基層修復材料中含水量不斷增多，基層修復材料的黏度不斷提高。當含水量為0.25%時，基層修復材料黏度僅為116.4 mPa·s。這表明，材料黏度較小，流動性過大。當含量升高至0.50%、0.75%、1.00%時，基層修復材料的黏度分別達到162.7、207.6、255.7 mPa·s，對比含水量為0.25%時分別提高39.8%、78.4%、119.7%。由此可見，可以通過調整半剛性基層修復材料中的水含量，來控制材料的黏度。在路面裂縫修復的過程中，半剛性基層修復材料需要滲透進入到裂縫內部，從而增加修復效果。如果基層修復材料的黏度過小，會導致材料流動度過大，對路面裂縫的封縫處理產生負面影響。而黏度過大則會導致半剛性基層修復材料在裂縫內部無法充分滲透、填補，并且無法快速與裂縫內部的壁面粘結。因此，半剛性基層修復材料的黏度應控制在100～300 mPa·s［17?18］。

綜上，本試驗中，當含水量為0.50%～0.75%時，基層修復材料的黏度性能較好。

2.2.2"" 膨脹性能

對不同含水量的各半剛性基層修復材料進行膨脹力測試，結果如圖4所示。

由圖4可知，隨著含水量的增多，半剛性基層修復材料的膨脹力基本呈現增加的趨勢。當反應時間在1 min內，各不同含水量的材料膨脹力隨時間增加而迅速增大。當反應時間超過1 min后，各材料膨脹力穩定緩慢提升。當反應時間為10 min時，0.25%、1.00%含水量的基層修復材料膨脹力分別是0.62、3.22 MPa。這表明，與0.25%含水量材料相比，1.00%含水量的材料膨脹力提高419%。當反應時間為0.5 min時，含水量為0.25%、0.50%、0.75%和1.00%的各半剛性基層修復材料膨脹力分別達到10 min反應時間的80.6%、73.7%、81.1%、76.1%。這表明，各基層修復材料的膨脹性能均較好。當聚合反應時間不斷增加時，材料中的分子量增長，氣體產生增多，形成固體泡沫，產生膨脹力［19?20］。綜上，為了使基層修復材料灌入路面裂縫的松散、脫空部位，產生膨脹效果，更好地對微裂縫、支縫進行粘結，本試驗認為0.75%含水量較適宜。

2.3"" 施工工藝研究

針對城市瀝青路面的裂縫修補，常用施工工藝有傳統灌縫法、壓力注漿法和焊接裂縫法。對于傳統灌縫法修補的路面裂縫，常常因溫度荷載和車輛荷載導致2次開裂，失效率高。對于壓力注漿法路面裂縫修補工藝，其修補材料能更好地粘結裂縫，修補效果較好。但是，該工藝過程繁瑣且成本較高。對于焊接裂縫法裂縫修補工藝，其可以根據裂縫情況有針對性地進行修補，將路面裂縫修復材料充分填充到裂縫中，粘結性強，修補效果較好，且該工藝施工簡單，成本較低。綜上，為更好地修補城市瀝青路面裂縫，本研究建議選擇焊接裂縫法。

3"" 結語

（1）當面層修復材料中的聚氨酯摻量為30%時，材料綜合性能較好。此時，面層修復材料的拉伸強度為32.5 MPa，斷裂伸長率為28.1%，老化試驗后強度僅降低18.3%。用該面層修復材料修補后的試件強度可恢復到原來的79.4%；

（2）當基層修復材料中的含水量為0.75%時，基層修復材料的綜合性能較好，其黏度為207.6 mPa·s、0.5 min反應時間的材料膨脹力能達到10 min反應時間的81.1%%。并且，用該基層修復材料對水泥穩定碎石基層進行修復后，劈裂抗拉強度能達到完整試件的80%以上；

（3）通過焊接裂縫法，以30%聚氨酯摻量的面層修復材料和0.75%含水量的基層修復材料，對路面裂縫進行修補，可以滿足路面修復材料的基本要求。

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