淺談寒區(qū)高等級(jí)公路瀝青路面裂縫成因及修補(bǔ)技術(shù)

黃 哲

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

1 前言

瀝青路面作為一種無(wú)接縫的連續(xù)式路面，具有表面平整、行車(chē)舒適、耐磨、振動(dòng)小、噪音低、施工期短、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便、適宜于分期修建等眾多優(yōu)點(diǎn)，獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)高等級(jí)公路中有85%以上是瀝青路面，瀝青路面是我國(guó)高等級(jí)公路的主要結(jié)構(gòu)型式，有著較高的使用性能，受到廣大建設(shè)和使用者青睞，但許多高等級(jí)公路瀝青路面經(jīng)常出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，在寒冷地區(qū)由于地域氣候等因素影響，開(kāi)裂現(xiàn)象更加突出。我國(guó)修筑瀝青路面歷史短，成形養(yǎng)護(hù)技術(shù)與積累經(jīng)驗(yàn)較少，以下就高等級(jí)公路瀝青路面裂縫病害成因和寒區(qū)修補(bǔ)技術(shù)加以探討。

2 高等級(jí)公路瀝青路面裂縫病害分析

瀝青路面在使用期開(kāi)裂是各國(guó)普遍存在的問(wèn)題，它的危害在于從裂縫中不斷進(jìn)入水分使基層軟化、導(dǎo)致路面承載力下降，產(chǎn)生卿漿、網(wǎng)裂，加速路面破壞。

瀝青路面開(kāi)裂有以下幾種情況。

(1)結(jié)構(gòu)層本身強(qiáng)度不足。由于結(jié)構(gòu)層本身強(qiáng)度不足，不適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通量及軸載作用而產(chǎn)生的開(kāi)裂，最初一般表現(xiàn)為縱向開(kāi)裂，然后發(fā)展成為網(wǎng)裂，這一類(lèi)由荷載產(chǎn)生的裂縫在我國(guó)普通道路及一些超載嚴(yán)重的高等級(jí)公路上較為常見(jiàn)。

(2)溫度疲勞裂縫。溫度反復(fù)升降導(dǎo)致溫度應(yīng)力疲勞使混合料的極限拉伸應(yīng)變(或勁度模量)變小，又加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松弛性能降低，故可能在比一次性降溫開(kāi)裂溫度高的溫度下開(kāi)裂，同時(shí)裂縫是隨著路齡的增加而不斷增加，實(shí)際上包含了溫度應(yīng)力疲勞的因素在內(nèi)。

(3)反射性裂縫。反射源為水泥、石灰類(lèi)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的半剛性基層的縮裂縫，這些裂縫在交通荷載的作用下，由下層逐漸反射到表面。

(4)溫度收縮裂縫。溫度收縮裂縫即一次性降溫造成的溫度收縮裂縫，瀝青在較高的溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松弛性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過(guò)高的溫度應(yīng)力。但在冬季氣溫驟降時(shí)，瀝青混合料的應(yīng)力松馳趕不上溫度應(yīng)力的增長(zhǎng)。同時(shí)勁度急劇增大，超過(guò)混合料的極限強(qiáng)度或極限拉伸應(yīng)變，便會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂。

在我國(guó)，高等級(jí)公路的瀝青路面基本上都是半剛性基層，其中集料含量較多，而且瀝青層相對(duì)較厚，收縮性能得到了很大改善，采用了質(zhì)量較好的重交通石油瀝青后，橫向裂縫顯著減少。對(duì)黑龍江省竣工通車(chē)的幾條高速公路瀝青路面調(diào)查顯示，經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季后，橫向裂縫間距一般在80～150 m范圍內(nèi)，第二年春季調(diào)查發(fā)現(xiàn)沒(méi)有增加新的橫向裂縫。這些裂縫冬季最寬的近10 mm，夏季完全閉合，這說(shuō)明高等級(jí)公路瀝青路面的橫向裂縫大多源于瀝青面層的溫度收縮裂縫。

我國(guó)寒區(qū)高速公路瀝青路面尤為常見(jiàn)的破損主要是溫縮裂縫，針對(duì)瀝青面層低溫收縮開(kāi)裂問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了眾多的調(diào)查與研究，原因如下。

(1)瀝青混合料性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開(kāi)裂的最主要原因。

瀝青混合料的低溫勁度是決定是否開(kāi)裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關(guān)鍵。在瀝青性質(zhì)指標(biāo)中，影響更大的是溫度敏感性，感溫性大的瀝青容易開(kāi)裂。改性瀝青的性能以改性后瀝青的感溫性的改善程度，即針入度指數(shù)PI的變化為關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)。瀝青針入度、低溫延度是影響開(kāi)裂的重要指標(biāo)。由于瀝青在老化過(guò)程中輕質(zhì)油份揮發(fā)、瀝青氧化分解、位阻硬化等，老化越嚴(yán)重，勁度越大，裂縫出現(xiàn)越早。瀝青中的蠟使應(yīng)變減小，脆性增加，溫度敏感性變大，橫向裂縫容易發(fā)生。

(2)瀝青混合料的組成對(duì)瀝青路面開(kāi)裂的影響。

①一般認(rèn)為在最佳瀝青用量OCA的10.5%范圍內(nèi)波動(dòng)對(duì)開(kāi)裂率無(wú)明顯影響。而且，瀝青用量增加使混合料應(yīng)力松馳性能提高的同時(shí)，也使收縮性能變大，二者互有抵消。

②基層的影響。

半剛性基層比級(jí)配碎石、瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層熱容量小，與瀝青表面層的附著粘結(jié)性能差，尤其是本身收縮的附加影響，故橫向裂縫較多?；鶎优c面層的附著性能差，將使面層有一定自由收縮變形的可能性，混合料的應(yīng)力松馳性能得不到充分發(fā)揮，溫度應(yīng)力無(wú)法傳遞到基層中去，在面層內(nèi)部積聚，容易產(chǎn)生裂縫。

3 高等級(jí)公路瀝青路面裂縫主要處理技術(shù)

由于受半剛性基層、瀝青材料、氣候、地質(zhì)條件、施工工藝和行車(chē)荷載的影響，高速公路瀝青路面裂縫是不可避免的問(wèn)題，也是養(yǎng)護(hù)工作中一項(xiàng)經(jīng)常性任務(wù)。要想使灌縫的質(zhì)量和壽命提高就必須滿足以下3個(gè)條件。

(1)灌縫材料應(yīng)具有良好的粘結(jié)力(和瀝青混合料相融合)。

(2)在工程當(dāng)?shù)囟咀畹蜌鉁貤l件下具有優(yōu)良的延伸性和彈性。

(3)灌縫材料應(yīng)具備持久的抗老化和抗疲勞能力。

裂縫的修補(bǔ)具有很強(qiáng)的時(shí)限性，安排修補(bǔ)時(shí)間不當(dāng)將大大影響灌縫質(zhì)量和效果。一般對(duì)于北方冰凍地區(qū)，瀝青路面裂縫的修補(bǔ)時(shí)間在每年的三四月為宜。修補(bǔ)裂縫的最佳時(shí)機(jī)為解凍前裂縫達(dá)到最大時(shí)，若路面已解凍才開(kāi)始灌縫就不能有效防止雪水、雨水的浸入，達(dá)不到灌縫的最佳效果。

瀝青路面裂縫修補(bǔ)方法很多，一般可根據(jù)裂縫的寬度和深度確定具體的修補(bǔ)工藝，目前我國(guó)主要有四種方法對(duì)裂縫進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理。

3.1 普通熱瀝青灌縫

一般采用重交通道路AH-90#石油瀝青鐵壺灌入法。首先對(duì)瀝青進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加熱，用鐵壺或?qū)Ｓ萌萜鲗釣r青灌入縫內(nèi)，一般需澆灌2～3遍，待瀝青溫度下降至常溫后即可開(kāi)放交通。此種方法操作簡(jiǎn)單，使用的設(shè)備和人員少，修補(bǔ)費(fèi)用低廉，但對(duì)于地處寒區(qū)的高等級(jí)瀝青路面缺點(diǎn)尤為突出。

(1)直接灌入，很難清除縫內(nèi)雜物，使灌縫料與兩壁粘結(jié)不牢。

(2)材料自身負(fù)溫性能差，冬季材料極易脫落，達(dá)不到良好防水效果。

(3)夏天氣溫高時(shí)瀝青軟化，瀝青溢出路面被行車(chē)粘走，污染路面。

(4)每年一次重復(fù)施工，累計(jì)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高。

3.2 乳化瀝青灌縫

乳化瀝青是將通常高溫使用的道路瀝青，經(jīng)過(guò)機(jī)械攪拌和化學(xué)穩(wěn)定的方法(乳化)，擴(kuò)散到水中而液化成常溫下粘度很低、流動(dòng)性很好的一種道路建筑材料，可以常溫使用，且可以和冷的和潮濕的石料一起使用，當(dāng)乳化瀝青破乳凝固時(shí)還原為連續(xù)的瀝青并且水分完全排除掉。乳化瀝青灌縫工藝與熱瀝青基本相同，其具有較好的常溫流動(dòng)性，有利于將裂縫徹底灌透，但需要加入一定量的外摻劑，調(diào)節(jié)破乳成型時(shí)間及其粘結(jié)力，如破乳成型時(shí)間過(guò)短則易硬脆開(kāi)裂松散，如果破乳成型時(shí)間過(guò)短則易滲漏造成表面不飽滿影響灌縫質(zhì)量。

3.3 SBR改性乳化瀝青灌縫

SBR改性乳化瀝青中摻加1%的丁苯膠乳、5%的橡膠粉灌縫。其施工工藝流程主要有:(1)用壓縮空氣吹去縫內(nèi)灰塵;(2)用竹片或鐵鏟清除縫中剩余雜物;(3)用鐵壺灌入SBR改性乳化瀝青灌縫材料。

該材料具有良好的高溫穩(wěn)定性、滲透性，此工藝無(wú)需加熱，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，灌縫效果較熱瀝青要好，但負(fù)溫性能不足，不適用于寒區(qū)瀝青路面裂縫修補(bǔ)。

3.4 進(jìn)口灌縫膠修補(bǔ)裂縫

使用進(jìn)口灌縫膠裂縫修補(bǔ)的工藝流程如下:(1)開(kāi)槽作業(yè);(2)高壓氣體清理開(kāi)槽;(3)灌縫前預(yù)熱。用普通液化氣罐外接噴火裝置，在實(shí)施灌縫前對(duì)凹槽加熱，溫度達(dá)到80～100℃左右后再進(jìn)行灌縫;(4)灌縫。在進(jìn)口密封膠加熱溫度達(dá)到188℃左右時(shí)，大型專(zhuān)業(yè)設(shè)備上自帶的具有刮平裝置的壓力噴頭將密封膠均勻灌入槽內(nèi)。灌縫分二次灌滿，第一次灌入槽深的4/5，第二次灌滿并在槽口兩側(cè)拉成寬60 mm，厚3 mm的帖封層。

該工藝修補(bǔ)后效果優(yōu)于前幾種，但機(jī)械化程度較高，材料和設(shè)備價(jià)格較高，在我國(guó)還未得到大范圍應(yīng)用。

4 寒區(qū)瀝青路面裂縫修補(bǔ)新技術(shù)

為探索適合我國(guó)寒區(qū)高等級(jí)公路瀝青路面裂縫修補(bǔ)新材料和工藝，為即將來(lái)臨的養(yǎng)護(hù)高峰期做好技術(shù)儲(chǔ)備，黑龍江省交通科學(xué)研究所研制成功了GLP-R型瀝青路面裂縫密封膠，它是一種熱融型高聚物密封材料，該材料在負(fù)溫狀態(tài)下具有較好的延展性、粘結(jié)力，且高溫不流淌、不粘車(chē)輪，密封膠在-37～90℃溫度范圍內(nèi)隨著裂縫的形變始終保持其穩(wěn)定的密封作用。通過(guò)對(duì)地處小興安嶺的伊嘉公路五營(yíng)至湯旺河段試驗(yàn)路三個(gè)冬季的觀測(cè)表明，應(yīng)用效果非常好，目前已應(yīng)于哈大、哈五等高等級(jí)公路，該材料特別適合于寒區(qū)瀝青路面裂縫的修補(bǔ)。較之國(guó)外材料相比，在施工工序和應(yīng)用效果相近的情況下，該材料為小型機(jī)械施工，操作簡(jiǎn)單、快捷，且材料價(jià)格低于國(guó)外材料，可有效節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量的增長(zhǎng)，寒區(qū)高等級(jí)公路瀝青路面大部分處于超負(fù)荷與超期服役狀態(tài)，病害急需進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。對(duì)于寒區(qū)高等級(jí)公路瀝青路面，裂縫是最為常見(jiàn)和典型的病害之一，需要我們加大重視，在公路建設(shè)中應(yīng)因地制異優(yōu)化瀝青混合料性能和配合比設(shè)計(jì)。對(duì)于出現(xiàn)裂縫病害的路面要科學(xué)掌握時(shí)機(jī)，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，國(guó)外的專(zhuān)業(yè)設(shè)備和材料灌縫效果較好，但綜合養(yǎng)護(hù)成本較高，在我國(guó)高等級(jí)公路還很難短時(shí)間內(nèi)普及和推廣應(yīng)用，面對(duì)即將來(lái)臨的養(yǎng)護(hù)高峰期的到來(lái)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益和綜合效益方面分析，還需要因地制宜，積極開(kāi)發(fā)和推廣適合本地區(qū)低耗高效的瀝青路面裂縫修補(bǔ)技術(shù)和材料。

［1］李福普，沈金安.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

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