瀝青路面裂縫修補(bǔ)材料性能及控制指標(biāo)研究

武玉華

瀝青路面裂縫修補(bǔ)材料性能及控制指標(biāo)研究

武玉華

武玉華

新鄉(xiāng)市方正公路工程監(jiān)理咨詢公司

武玉華（1980-）女，新鄉(xiāng)市方正公路工程監(jiān)理咨詢公司，現(xiàn)任交通類工程師，主要從事公路工程、監(jiān)理、試驗(yàn)等方面工作。

當(dāng)前關(guān)于瀝青路面裂縫修補(bǔ)材料的研究較為集中，主要從試驗(yàn)檢驗(yàn)及材料性能指標(biāo)上來進(jìn)行可行性分析，以改進(jìn)修補(bǔ)效果。本文筆者將結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)測(cè)定參數(shù)，提出常規(guī)試驗(yàn)控制的建議，以改進(jìn)室內(nèi)模擬手段衡量裂縫密封修補(bǔ)材料的黏附抗裂性能。

當(dāng)前公路建設(shè)中瀝青路面由于受到環(huán)境溫度、濕度及車輛載荷的影響，均會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫。在瀝青路面裂縫修補(bǔ)中，如果縫隙雜物清理不干凈，很容易導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)及路面裂縫的繼續(xù)擴(kuò)張，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)局部沉陷或坑槽，對(duì)公路行車安全帶來隱患。從施工工藝來看，針對(duì)瀝青路面裂縫處理主要有裂縫填封、表層處理、混合料填補(bǔ)、坑槽修補(bǔ)等技術(shù)。對(duì)于中低密度、非結(jié)構(gòu)性破壞誘發(fā)的瀝青路面裂縫，以填充和密封為常用方法，在密封材料使用上，針對(duì)路面裂縫水平或豎向位移，對(duì)材料的耐久性、粘附性以及抗變形能力提出更高要求。歸納來看，主要從四個(gè)方面來改善裂縫破損：一是實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青路面的平整度目標(biāo)；二是恢復(fù)路面局部的承載力和強(qiáng)度；三是增強(qiáng)裂縫處路面的強(qiáng)度；四是避免地面雨水等滲入帶來的二次破壞。傳統(tǒng)瀝青路面修補(bǔ)主要采取熱瀝青或乳化瀝青直接澆灌，在施工后很難獲得較為理想的效果，再加上修補(bǔ)材料性能及相應(yīng)技術(shù)檢驗(yàn)不夠，難以從質(zhì)量上加以有效控制，特別是對(duì)于路面反射裂縫或近溫收縮出現(xiàn)的活動(dòng)性橫向裂縫，施工失敗率較高。隨著當(dāng)前對(duì)修補(bǔ)理念及高質(zhì)量修補(bǔ)材料的研究與應(yīng)用，特別是對(duì)修補(bǔ)試驗(yàn)檢測(cè)控制上，能夠獲得較好的修補(bǔ)效果。

密封修補(bǔ)材料常規(guī)性能試驗(yàn)研究

從密封修補(bǔ)材料的技術(shù)上來看，對(duì)于瀝青路面裂縫應(yīng)該從試驗(yàn)科學(xué)性上改進(jìn)密封材料的性能，如對(duì)改性瀝青和橡膠等聚合物的應(yīng)用，可以從材料的試驗(yàn)中獲得較好的性能指標(biāo)。需要強(qiáng)調(diào)的是，瀝青路面裂縫在修補(bǔ)上需要考慮更多的試驗(yàn)復(fù)雜性，特別是對(duì)試驗(yàn)方法的可行性上，多采用室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)來進(jìn)行衡量。如針入度試驗(yàn)、相容性試驗(yàn)，以及抗裂延伸性能試驗(yàn)、脆點(diǎn)試驗(yàn)等，都需要從試驗(yàn)材料的黏附性和抗裂延伸性上來控制軟化點(diǎn)，以增強(qiáng)密封效果。為此，本文將針對(duì)室內(nèi)道路裂縫常用密封材料，如SBS改性瀝青、道路裂縫專用密封膠、SBR改性瀝青，以及70#重交瀝青進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)，并測(cè)定其性能指標(biāo)，以驗(yàn)證其應(yīng)用合理性。

針入度和軟化點(diǎn)試驗(yàn)對(duì)比

在實(shí)際試驗(yàn)測(cè)定中，多采用T0606-2000方法來進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)中各修補(bǔ)材料的抗軟化性能進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)于普通重交瀝青材料，當(dāng)測(cè)試溫度升高時(shí)其軟化性能顯著減低，可見其針入度變化劇烈；而對(duì)于密封膠和改性瀝青來說則變化不明顯?？梢?，針入度指標(biāo)對(duì)于修補(bǔ)材料的黏附性來說，反映并不全面，特別是對(duì)于軟化點(diǎn)，只能作為靜態(tài)指標(biāo)來反映。

對(duì)于測(cè)力延度和彈性恢復(fù)試驗(yàn)對(duì)比

從試件的測(cè)試環(huán)境來看，主要以恒溫水槽來進(jìn)行養(yǎng)護(hù)30min后，并對(duì)其進(jìn)行剪切，再養(yǎng)護(hù)1～1.5h。四種修補(bǔ)材料的測(cè)力延度及彈性恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1

從試驗(yàn)結(jié)果可見，對(duì)于常用的四種修補(bǔ)材料來說，其測(cè)力延度性能優(yōu)勢(shì)排序?yàn)榈缆访芊饽z＞SBS改性瀝青＞SBR改性瀝青＞70#重交瀝青；在對(duì)四種修補(bǔ)材料的彈性恢復(fù)試驗(yàn)性能優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為，除了重交瀝青外，其他材料的彈性恢復(fù)性能與測(cè)力延度性能基本吻合，由此可以通過對(duì)四種材料的彈性恢復(fù)性能來衡量各材料的抗裂性能。

低溫彎曲流變?cè)囼?yàn)對(duì)比

溫度變化也是公路瀝青裂縫形成的重要因素之一，特別是對(duì)于抗低溫脆裂能力的檢測(cè)，也是提升瀝青縫補(bǔ)材料性能的主要指標(biāo)。隨著對(duì)瀝青材料的不斷改進(jìn)，通過低溫延度試驗(yàn)來考察其性能變化，常用的檢測(cè)方法有彎曲梁流變?cè)囼?yàn)。我們利用-12℃試驗(yàn)條件下的荷載-撓度關(guān)系曲線來表征四種材料的BBR試驗(yàn)性能結(jié)果，從對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，在相同的溫度條件下，當(dāng)蠕變勁度S（t）越小，蠕變速率m值越大，材料抗低溫脆裂性能越好。由此可見，對(duì)于四種材料的抗低溫脆裂性能優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：SBR改性瀝青＞道路密封膠＞SBS改性瀝青＞70#重交瀝青。

黏附抗脫及高溫抗軟化性能試驗(yàn)方法對(duì)比

在公路水泥混凝土路面的接縫材料應(yīng)用中，黏附性能的測(cè)量主要采用針入度試驗(yàn)來完成，不同的是，利用滲透錐來代替標(biāo)準(zhǔn)針，并利用流動(dòng)度試驗(yàn)進(jìn)行全面測(cè)定。對(duì)于各類材料的高溫抗軟化性能，我們針對(duì)四種材料進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)表征如表2所示。

表2

從上表測(cè)試結(jié)果來看，對(duì)于錐式針入度的測(cè)試，在浸水條件下的試驗(yàn)結(jié)果更具顯著性，對(duì)于70#重交瀝青來說，由于超過其軟化點(diǎn)，所以無法直接反映其性能，而對(duì)于其他錐式針入度的測(cè)試結(jié)果，與之前的針入度檢驗(yàn)基本相一致?？梢?，對(duì)于四種材料來說，可以較好的反映其粘附性。另外，對(duì)于流動(dòng)度的測(cè)量主要是在60℃烘烤箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)5h后再進(jìn)行，從而可以反映出材料在高溫條件下其性能指標(biāo)值的變化。從表中數(shù)據(jù)來看，對(duì)于四種材料的流動(dòng)度性能與其自身的軟化點(diǎn)具有基本一致性，也就是說，可以利用流動(dòng)度方法來衡量四種材料的高溫軟化性能指標(biāo)。

室內(nèi)對(duì)瀝青路面裂縫材料進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析

在室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)中，可以根據(jù)路面裂縫材料的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行全面的檢測(cè)，特別是對(duì)于黏附抗裂性能的測(cè)定上，通過合理的試驗(yàn)檢測(cè)手段來滿足對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)的需求，并為試驗(yàn)對(duì)比提供必要的參考依據(jù)。對(duì)于材料的抗裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的測(cè)定，可以反映其黏附抗脫性，對(duì)于荷載的剪切力可以通過剪切試驗(yàn)來模擬，低溫抗裂性可以在低溫環(huán)境下進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

對(duì)黏附抗裂性能的模擬試驗(yàn)和測(cè)定

在模擬試驗(yàn)中，我們采用50mm×50mm×40mm的瀝青混凝土試塊為樣本，并對(duì)試塊預(yù)留5mm或10mm的灌注補(bǔ)充材料，以測(cè)試其在特定環(huán)境條件下的抗裂黏附性能。通過對(duì)四種材料的分析，對(duì)于70#重交瀝青來說，由于其不穩(wěn)定性無法滿足試驗(yàn)要求，對(duì)于道路密封膠，SBR改性瀝青和SBS改性瀝青來說，借鑒國(guó)外劈裂試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)要求，分別選擇0℃和15℃環(huán)境下來進(jìn)行試驗(yàn)。從模擬試驗(yàn)結(jié)果來看，對(duì)于設(shè)定的裂縫寬度，三種材料的抗拉強(qiáng)度都相似，伸長(zhǎng)率也基本相同，需要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)于穩(wěn)定的變化，對(duì)三種材料的黏結(jié)度影響較大，通常溫度升高，材料的伸長(zhǎng)率增加。在0條件下，三種材料的抗拉強(qiáng)度比較顯示：SBS改性瀝青要高于SBR改性瀝青和道路密封膠，而溫度升高后，道路密封膠的黏結(jié)強(qiáng)度較好。

對(duì)裂縫填補(bǔ)材料的抗剪性能進(jìn)行對(duì)比分析

剪切試驗(yàn)主要是在室內(nèi)模擬裂縫壁豎向變形性能，在本試驗(yàn)中采用的試塊尺寸為50mm×50mm×40mm。分別在其中預(yù)留5mm或10mm灌注修補(bǔ)材料，以測(cè)定其在不同溫度下的抗剪切性能。結(jié)合模擬測(cè)試來看，對(duì)于三種材料的抗剪強(qiáng)度與溫度、裂縫寬度都有關(guān)，特別是對(duì)于溫度的變化，總體上改性瀝青材料的黏附性能要略高于道路密封膠。

對(duì)裂縫填補(bǔ)材料性能的綜合分析與對(duì)比

借助于室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于道路密封膠其在拉力作用下與裂縫的接觸面發(fā)生斷裂，而SBS、SBR改性瀝青主要由自身拉斷而致。可見，對(duì)于黏附抗脫性來說，模擬試驗(yàn)得出的性能指標(biāo)結(jié)果主要表現(xiàn)在斷裂破壞類型和剪切強(qiáng)度差異上，也從材料的自身性能上放映了其工作狀態(tài)。對(duì)于常規(guī)試驗(yàn)，BBR試驗(yàn)主要是室內(nèi)完成的，而不同溫度下黏結(jié)拉伸循環(huán)也反映了材料的低溫抗裂性。由此可以從室內(nèi)試驗(yàn)來選擇60℃流動(dòng)度、25℃錐式針入度和5℃彈性恢復(fù)測(cè)試指標(biāo)，并利用拉壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行裂縫黏結(jié)抗拉試驗(yàn)，以獲得修補(bǔ)材料的綜合性能指標(biāo)。

結(jié)語

瀝青路面裂縫是道路養(yǎng)護(hù)施工中的重要內(nèi)容，加大對(duì)裂縫修補(bǔ)材料綜合性能指標(biāo)的測(cè)定與對(duì)比，尤其是結(jié)合道路試驗(yàn)規(guī)程要求，以常規(guī)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)來分析各類材料的優(yōu)劣勢(shì)，以更好的改善瀝青道路的裂縫防治效果。從試驗(yàn)研究與對(duì)比中可知，對(duì)于瀝青路面修補(bǔ)材料需要具有較好的黏結(jié)抗裂性，在試驗(yàn)方法優(yōu)化上多采用針入度、軟化點(diǎn)、測(cè)力延度和彈性恢復(fù)等常規(guī)方法來反映其黏結(jié)抗裂性能；對(duì)于道路裂縫修補(bǔ)中材料的適應(yīng)性來說，室內(nèi)試驗(yàn)中主要從裂縫寬度、溫度差異條件下的黏結(jié)抗拉、有壓剪切強(qiáng)度等衡量其低溫抗裂性能，從而滿足對(duì)瀝青路面裂縫修補(bǔ)材料質(zhì)量和修補(bǔ)效果的全面測(cè)定。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.046