沥青路面裂缝修补技术与灌缝材料分析

来源：SCI期刊网分类：建筑论文时间：2022-01-08 10:51 热度：

　　摘要：服务年限内的沥青路面普遍存在大量的开裂病害，为了保证沥青路面的使用性能，有效的做好预防养护工作，需要及时而有效的进行裂缝修补工作。在综合分析众多裂缝修补工艺和灌缝材料性能优劣的基础上，简要介绍沥青路面裂缝修补技术及灌缝材料的性能评价体系。此外设计一套用于评价灌缝材料高温粘附性的室内试验流程，并据此开展室内试验，验证评价四种常用灌缝胶的材料性能和修补效果。

沥青路面裂缝修补技术与灌缝材料分析

　　关键词：沥青路面; 裂缝修补; 灌缝材料

　　0 引言

　　沥青路面在车载、气候、水温的联合作用下，会出现不同程度的开裂现象。路面裂缝的出现，一方面使得路面的连续性、整体性和美观性遭到破坏; 另一方面，由于过多的路表水进入路面结构内部，会引发唧泥、塌陷、坑槽等病害。可见，路面裂缝的产生严重制约着路面的使用寿命和服务质量。因此，为了控制路面早期损坏、提高公路服务质量、延长使用寿命，有必要对沥青路面现有裂缝进行及时而有效的修补。

　　路面裂缝的及时修补不仅可以减缓早期损坏的发生，提高公路的整体服务质量; 同时可以在一定程度上增强路面的局部强度和承载能力，保证路面的平整性和耐久性。沥青路面的裂缝修补质量受修补方法和灌缝材料的共同制约。合理选择修补技术、灌缝材料以及修补时机，是决定沥青路面裂缝修补效果的关键所在[1]。

　　1 修补技术简介

　　沥青路面裂缝修补工作的开展要兼顾开裂程度、工程造价以及施工水平等因素，选择不同的处治手段和修补程序。具体的工作内容应包括修补方法的选择、填缝形式的确定，以及修补材料的处理办法[1，2]。

　　1.1 裂缝修补方法

　　沥青路面应按照“预防为主，防治结合”的原则，采取有效的技术措施，加强日常养护，小修保养及季节性保养，对于沥青路面裂缝要适时修补。一般可根据裂缝产生的原因、裂缝的宽度和深度采用不同的养护维修措施，同时也要考虑造价、施工机械等因素。目前，工程中较为常见的裂缝修补方法有热熔型灌缝胶修补、贴缝带修补和热再生修复三种。

　　热熔型灌缝胶修补工艺是目前行业中应用较为普遍的沥青路面裂缝修补技术，它针对沥青路面已有裂缝，采用注入的方式将热熔后的灌缝胶填入裂缝，依靠灌缝胶的粘结填补作用进行裂缝的修补。实践证明：采用开槽式热熔型灌缝胶修补工艺可以使灌缝胶与沥青路面良好衔接，形成弹性伸缩缝性质的拉伸效果，从而封闭路面雨(雪)水及杂物的侵入通道，延缓路面破损速度，达到预防性的养护效果。但采用热融型灌缝胶不开槽灌缝通常失效率在 50%以上。

　　贴缝带是一种特制的路面裂缝粘结材料，加热后即可融化。利用贴缝带的热熔性能在施工现场可以方便快捷的修补裂缝。但贴缝带修补的施工速度较慢，贴缝带材料的热熔程度难以控制，且该方法仅适用于开裂较轻路段，所以在实际工程中贴缝带修补技术应用较少，一般作为日常的应急性修补或临时性修补，具有施工方便、附属费用低的优势。

　　热再生裂缝修复工艺的工作原理是采用100% 高强度辐射热加热墙，先将沥青路面加热、耙松，然后喷洒乳化沥青，使沥青混合料再生; 而后掺入热的新混合料，用自带的压路机将其压实。热再生裂缝修复工艺需要借助大型热再生设备开展裂缝的修补工作，该工艺能够达到很好的表面修补效果，保证路面的平整度和整体性。但施工成本过高，初期设备投资较大，且无法消除裂缝底部尖端的应力集中现象，使得修复后的路面会很快发生再次开裂，长期使用性能不足，一般不予采用。

　　对于上述三种处理裂缝的工艺，工程实践中普遍认为热熔型灌缝胶修补工艺是最优方法，也是工程实践中应用最多的养护维修方法。

　　1.2 填缝形式的影响

　　在采用热熔型灌缝胶修补工艺进行沥青路面修复工作时，填缝形式的选择直接影响了裂缝的修补效果。美国Crafco公司推荐了A、 B、 C、 D四种填缝构造形式(见图1)，图中所标注的几何尺寸可根据路面实际情况进行调整。

　　根据SHRP H106项目研究证实，对路面裂缝作开槽贴缝式处理所产生的效果比无槽贴缝式处理的效果至少要好40倍。无槽贴缝式密封在车辆作用下，裂缝表面的贴缝层不断受到磨损，裂缝内的剩余填充物较少而无法起到封闭裂缝的作用，从而导致无槽贴缝式密封失效。所以在施工经费有保证的情况下，应尽量选用标准槽贴缝式修补裂缝的方式。

　　美国Crafco公司建议：当裂缝超过3mm时，应采用开槽式封闭处理; 当裂缝小于3mm时，可采用简单无槽贴缝式处理。开槽的几何尺寸对裂缝修补效果有较大的影响，开槽的宽深比(宽度与深度之比)越小，填缝料与裂缝两壁的粘结力越容易损失，较大的宽深比可提高填缝料与裂缝两壁的粘结力和增强裂缝的修补效果。一般宽深比为1∶1，尺寸控制在10～20mm之间，采用贴缝式工艺时，胶体应在裂缝两侧形成50～100mm的长胶带，胶带高度不能超过3mm，这样可延长密封胶的磨损时间。

　　有关文献针对裂缝的不同情况给出了填封的处理意见(见表1)。

　　综合上述内容可知，针对不同的路况和裂缝发展状况需要采取不同的养护修复措施。裂缝修补方法的选定受多方面因素制约，在治理过程中要综合考虑裂缝类型、开裂程度、路面等级、施工季节、养护造价等因素，以保证路面的修复质量。

　　2 灌缝材料简介

　　对热熔型灌缝胶修补工艺，目前市场上可以选用的灌缝胶有很多种，为保证沥青路面裂缝修补效果，需对灌缝材料的性能进行限定和评价。

　　2.1 灌缝材料的性能

　　目前在灌缝修补裂缝方面国内还没有成文的规范和标准，美国经大量试验路研究提炼后的《用于沥青路面裂缝密封用沥青橡胶及橡胶改性沥青的试验技术指标》见表2~3。我国用于水泥混凝土路面接缝的加热施工式填封料的技术要求见表4。

　　工程上除了要求填缝料具有一定的粘结能力和延展能力之外，还需要具备以下几点性能要求[3]：

　　a)高流动性即填缝料具有在裂缝内克服阻力而流动的能力;

　　b)填充能力即填缝料仅靠自重就可以填充到裂缝内每一个角落的能力;

　　c)穿越能力即填缝料在自重下流过狭窄间隙的能力;

　　d)抗老化性即填缝料在水文综合作用下的抗老化能力。

　　沥青路面裂缝密封材料的技术要求在参考其它经验的基础上还应考虑试验方法的可行性，由于其材料主要为改性沥青和橡胶及聚合物类，因此可参考相应的沥青、乳化沥青及其它材料的试验内容确定试验方法，并结合路面性能要求明确适合的指标要求及试验检测手段。

　　2.2 灌缝工艺流程

　　裂缝修补时机的选择非常重要，它不仅决定了施工的难易程度，而且关系裂缝修补的效果，故要求裂缝修补工作一般选定在裂缝宽度较大、路面湿度较小时进行。在保证裂缝修补材料充分填充空隙的同时，要防止裂缝内留存过多的冰雪或雨水。

　　一般来说，对于季节性冰冻地区，每年的3月 10日~15日为修补裂缝的最佳时机。对于南方无冰冻地区，修补工作应安排在雨季来临之前，同时要求裂缝基本处于全部张开状态的季节(例如春季)。

　　灌封工艺流程及工作要点如图2所示。

　　3 修补试验验证

　　为了深入研究“热熔型灌缝胶修补工艺”修补裂缝的实际效果，本文选用四种常用的灌缝材料进行了相关研究。

　　3.1 试验设计

　　本研究选择以下四种灌缝专用胶进行试验研究：美国Crafco密封胶、鞍山森远灌缝胶、辛美来亚密封胶和百合密封胶。

　　为了较为全面的评定几种灌缝胶的性能，需要对各组材料进行室内的高温粘附性测试。由于沥青材料与集料间的高温粘附性指标尚无成型的规范和试验规程进行指导，所以需要自行设计一套合理可用的试验流程。笔者参照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程(JTJ 052—2000)》中“沥青与粗集料的粘附性试验(T 0616—1993)”，设计“测定灌缝胶高温粘附性”的具体流程和要点如下[4-6]：

　　a)取粒径为19mm的集料16个，用洁净水洗净，置于105℃的烘箱中4h烘干备用;

　　b)将大烧杯中盛水，置于加热炉上煮沸备用;

　　c)将烘干后的集料用细铁丝逐个系牢，再置于105℃的烘箱中1h，备用;

　　d)用壁纸刀分别割取约量为300ml的修补胶，放于标记好的铁杯中，连同铁杯一起放于180℃的烘箱中，烘烤2h;

　　e)逐个取出加热的矿料颗粒用铁丝提起，浸入灌缝胶试样中45s后，轻轻拿出，使集料颗粒完全为灌缝胶膜所覆盖，每种灌缝胶做4个集料，需要做好标记;

　　f)将裹覆胶膜的集料颗粒悬挂于试架上，在室温下冷却15min，需要在试架下铺垫一张纸，使多于的沥青流掉;

　　g)待集料颗粒冷却后，逐个用线提起，浸入盛有煮沸水的大烧杯中央，调整加热炉使烧杯中的水保持微沸状态，但不允许有沸开的泡沫;

　　h)浸煮3min后，将集料从水中取出，观察矿料颗粒上胶膜的剥落程度，并按《公路工程沥青及沥青混合料实验规程(JTJ 052—2000)》中的评定方法进行粘附性等级的评定。

　　3.2 粘附性评价

　　按照“测定灌缝胶高温粘附性”的试验方法，对四种灌缝材料进行试验评定，结果见表5。由试验评定结果可知，四种灌缝胶的粘附性等级都很高。仅靠粘附性等级难以区分灌缝材料的优劣，需要综合考虑其熔点、弹性、纯度、耐久性等因素。

　　在试验过程中发现： Crafco密封胶的熔点较低，百合密封胶的熔点最高; 常温下Crafco密封胶的延伸性较好，弹性恢复率较好，辛美来亚密封胶的粘性较高，很难切割; Crafco密封胶纯度最高，百合密封胶中含杂质最多。

　　粘附性试验用试件放置7d后观察发现： Crafco 密封胶、森远密封胶试件表面粘附性仍旧很强; 百合密封胶试件表面较为平滑; 辛美来亚密封胶试件的表面粘附性很强，但表面的胶层用手可以使其剥离，说明其粘附性有待提升。