寒冷型灌封膠在公路養(yǎng)護(hù)灌縫中的應(yīng)用

唐偉

摘要：文章為探究不同補(bǔ)縫材料的實(shí)際應(yīng)用效果，選取適用于高山高寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)的寒冷型灌封膠和廣泛應(yīng)用的貼縫帶兩種材料，從氣候條件適應(yīng)性、裂縫特征、材料特性、施工工藝和經(jīng)濟(jì)效益等多方面進(jìn)行論證分析，明確了灌封膠施工工藝及控制要點(diǎn)，并采用滲水試驗(yàn)進(jìn)行了工后灌縫效果評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：適用于冬季嚴(yán)寒區(qū)的寒冷型灌封膠不受除雪設(shè)備的破壞，修補(bǔ)耐久性強(qiáng)，使用年限達(dá)3年以上;溫度耐性下限可達(dá)-40 ℃，寒區(qū)拉伸性能表現(xiàn)良好;工料單價(jià)是貼縫帶的0.6倍左右，經(jīng)濟(jì)效益較高。裂縫處治后的8個(gè)測(cè)區(qū)滲水試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示，滲水系數(shù)均能滿(mǎn)足規(guī)范要求，裂縫表觀邊緣平整，灌封膠表面光滑，無(wú)顆粒狀膠粒。研究成果可為高寒區(qū)瀝青路面裂縫處治提供選材依據(jù)和施工借鑒。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;灌封膠;裂縫;養(yǎng)護(hù);滲水試驗(yàn)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，公路建設(shè)由傳統(tǒng)的建管階段逐步過(guò)渡為建管養(yǎng)并重平衡發(fā)展階段，大量已建成公路進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)維修期。事實(shí)上，在役公路在復(fù)雜的氣候條件、水文環(huán)境和車(chē)輛荷載的長(zhǎng)期作用下出現(xiàn)了大量路面病害問(wèn)題，其中裂縫是最常見(jiàn)的病害之一[1-3]。為此各級(jí)交通主管部門(mén)和運(yùn)營(yíng)管理單位不得不將裂縫列為年度預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和大中小修養(yǎng)護(hù)的必選項(xiàng)，大量基層管養(yǎng)人員管理成本、機(jī)械設(shè)備采購(gòu)和新材料使用費(fèi)用也在逐年攀升，因此從節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、技術(shù)可行角度對(duì)裂縫處理材料開(kāi)發(fā)、設(shè)備更新、工藝改進(jìn)等方面研究更為迫切。

目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)對(duì)路面裂縫的研究主要集中在：

（1）新材料研發(fā)。應(yīng)用較為廣泛的有液體類(lèi)灌封膠和固體類(lèi)貼縫帶[3-5]，主要傾向于修補(bǔ)耐久性強(qiáng)、施工操作智能化和特殊氣候條件下的瀝青基高分子聚合物類(lèi)材料。

（2）裂縫維修設(shè)計(jì)。關(guān)注點(diǎn)主要在于開(kāi)槽尺寸方面，采用傳統(tǒng)處理縫寬界限為6 mm的維修方法密封裂縫，其有效期不超過(guò)一年，二次開(kāi)裂失效率在85%以上。最新研究顯示，一般裂縫開(kāi)槽寬度設(shè)計(jì)為0.8～1.0 cm，深度為1.0～1.3 cm時(shí)，既能滿(mǎn)足開(kāi)槽機(jī)具性能要求，又具備較強(qiáng)的抵抗裂縫橫向失效的能力。但仍存在不足：考慮到不同封縫材料的適用范圍和適用條件存在較大差異，補(bǔ)縫材料隨意選取將導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用效果較差，短期內(nèi)同一位置裂縫病害需進(jìn)行再次維修處理，產(chǎn)生額外的費(fèi)用支出和資源消耗。

鑒于此，本文借助典型路面型裂縫工程處治案例，對(duì)不同封縫材料、不同施工工藝的維修方案進(jìn)行全方位、多層次、多角度分析論證，選取最佳處理方法和措施，以期改善路用性能，延長(zhǎng)使用壽命，獲得良好的應(yīng)用效果。

1 工程概況

哈巴河公路管理分局2019年度養(yǎng)護(hù)總里程為366.167 km，其中：國(guó)道4.26 km，省道257.078 km，專(zhuān)用公路104.829 km。其負(fù)責(zé)管養(yǎng)的省道S227線于2004年10月交工驗(yàn)收，是出入哈巴河縣城的重要路段，也是連接布爾津縣和185團(tuán)的交通樞紐，同時(shí)承擔(dān)著戍邊守防的重要使命。

S227線K3+000～K8+000路段道路為雙向兩車(chē)道，按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路基寬度為12 m（9 m）。目前道路整體使用性能較好，以日常養(yǎng)護(hù)、小修為主，路面主要病害表現(xiàn)為縱橫向不規(guī)則裂縫，裂縫寬度分布范圍在0.3～0.8 cm之間，其中橫向溫縮性裂縫占比較大，已處治裂縫長(zhǎng)度為9 023 m，本次擬處治長(zhǎng)度為4 033 m。

2 材料選擇

考慮到本項(xiàng)目位于新疆西北高寒地區(qū)，為確保維修質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，避免補(bǔ)后原裂縫位置重新開(kāi)裂失效，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)氣候情況、路面裂縫特征、材料特性、施工工藝和使用條件等方面綜合論證選取裂縫處治材料。根據(jù)地區(qū)項(xiàng)目應(yīng)用情況和市場(chǎng)調(diào)研，暫圈定適用于高山高寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)的寒冷或嚴(yán)寒型灌封膠和國(guó)內(nèi)養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目廣泛應(yīng)用的貼縫帶或抗裂貼兩種裂縫處治材料進(jìn)行對(duì)比。

2.1 適用條件

新疆北疆地區(qū)冬季寒冷漫長(zhǎng)，S227道路沿線分布有多處風(fēng)吹雪路段，周邊居民出行受雪害影響較大，每經(jīng)歷大雪天氣均需借助大型除雪清障設(shè)備恢復(fù)正常交通運(yùn)行。如采用貼縫帶處理裂縫，則極易在冬季使用過(guò)程中被大型除雪機(jī)械鏟除或破壞，雪水滲入開(kāi)裂縫隙后逐漸封存于路基體內(nèi)，在經(jīng)歷多次凍融循環(huán)作用后，瀝青混合料粘附性能衰減嚴(yán)重，空隙率逐漸變大，并發(fā)展為新的裂縫，其主要用于應(yīng)急防裂處理或高等級(jí)公路等不阻斷交通條件下的裂縫封閉處理。而灌縫膠多為嵌入裂縫槽孔內(nèi)部，封閉兩側(cè)斷裂面的復(fù)合材料，可有效阻止雨雪水下滲，延緩坑槽、龜裂等其他類(lèi)路面病害的發(fā)展速度，為春季封縫處理爭(zhēng)取時(shí)間，主要在低等級(jí)公路路面或交通量相對(duì)較小路段裂縫防治及預(yù)養(yǎng)處治應(yīng)用較多。因此，就適應(yīng)性而言，采用液體類(lèi)灌封膠更適合本地氣候環(huán)境，利于裂縫病害的有效防治。

2.2 材料性能

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）、《路面加熱型灌封膠》（JT/T 740-2015）、《路面裂縫貼縫膠》（JT/T 969-2015）要求，采用PHP-806全自動(dòng)瀝青軟化點(diǎn)測(cè)試儀（XJKE4-8）、LZ-S電腦自動(dòng)瀝青針入度儀（XJKE4-13）等主要設(shè)備對(duì)上述兩種材料進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表1、表2。

表1、表2檢測(cè)結(jié)果表明，兩種材料基本性能指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，其中灌封膠最重要的性能參數(shù)低溫拉伸檢測(cè)通過(guò)，彈性恢復(fù)率接近上限值，而貼縫膠主要衡量指標(biāo)粘結(jié)性能是規(guī)定值的2.5倍，兩種材料在性能指標(biāo)上的差別并不大。但從材料耐久性分析，灌封膠能長(zhǎng)久保持對(duì)裂縫的良好密封效果達(dá)3年以上，而貼縫膠使用年限為1～3年。就溫度耐性區(qū)間而言，貼縫膠為-30 ℃～90 ℃，灌封膠為-40 ℃～90 ℃，可見(jiàn)灌封膠的耐低溫適應(yīng)性更強(qiáng)。綜上對(duì)比，液體式灌封膠更適合應(yīng)用在本項(xiàng)目低溫環(huán)境中。

2.3 施工工藝

從可操作性和施工便利性上，貼縫帶貼縫工藝明顯更加方便和簡(jiǎn)單，可更多地用于條件比較簡(jiǎn)陋的養(yǎng)護(hù)單位，以及臨時(shí)搶修工作;灌縫對(duì)施工人員要求較高，需要施工人員能熟練操作灌縫設(shè)備，從而發(fā)揮設(shè)備和材料的最好性能。從維修設(shè)備投入上分析，貼縫帶無(wú)需開(kāi)槽機(jī)械，而灌封膠則暫不需要碾壓設(shè)備。從施工速度方面來(lái)看，較寬的裂縫使用灌封膠時(shí)，灌縫前須耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間加熱融化材料，且開(kāi)槽工藝復(fù)雜、施工速度較慢，而貼縫帶只須根據(jù)不同的裂縫寬度選擇相應(yīng)規(guī)格的材料即可，且施工時(shí)無(wú)須封閉交通，施工完成后即可通車(chē)。從節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，使用路面灌縫膠修補(bǔ)路面裂縫施工前，開(kāi)槽機(jī)切割路面產(chǎn)生大量灰塵，施工時(shí)須將灌縫膠加熱熔化成液體，在加熱熔化的同時(shí)不僅耗費(fèi)大量燃油，也會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境和傷害施工人員的廢氣。而采用貼縫帶進(jìn)行路面裂縫修補(bǔ)，無(wú)須開(kāi)槽擴(kuò)縫，無(wú)煙、無(wú)塵、效率高，工藝簡(jiǎn)單。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益

從當(dāng)期投入上看，兩種工藝在材料成本上差距不大，貼縫帶貼縫工藝在設(shè)備和人工投入方面更為節(jié)省，灌縫施工的工料單價(jià)約13元/m·3年、貼縫施工的工料單價(jià)約7元/m·年。若折合到3年、5年養(yǎng)護(hù)期計(jì)算。3年期：灌縫一般3年不返工，即13元/m·3年;貼縫帶通常1～2年返工，如果有除雪路段需每年返工，就是21元/m·3年。5年期：灌縫返工一次，即21.7元/m·5年，貼縫施工每年返工，就是35元/m·5年。但從長(zhǎng)期投入上看，灌封膠灌縫工藝能顯著減少養(yǎng)護(hù)施工次數(shù)，從而使工程投入材料、人員、設(shè)備等費(fèi)用降低，且減少了封閉施工對(duì)交通的影響，因此具有更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

兩種材料詳細(xì)對(duì)比分析匯總見(jiàn)表3。

綜上，貼縫帶雖然施工工藝簡(jiǎn)單、能耗小、對(duì)環(huán)境影響可控，但在本項(xiàng)目實(shí)施后的工后易損問(wèn)題無(wú)法解決，設(shè)計(jì)使用壽命存在折減，達(dá)不到預(yù)期應(yīng)用效果。從材料性能和適用條件來(lái)看，灌縫膠主要在裂縫內(nèi)部發(fā)揮密封作用，受外界影響較小，不會(huì)被外力（如鏟雪車(chē)等）破壞，使用年限在3年以上，對(duì)項(xiàng)目區(qū)冬季嚴(yán)寒氣候適應(yīng)性好，最低可耐受-40 ℃左右的嚴(yán)寒天氣。從經(jīng)濟(jì)效益角度，按養(yǎng)護(hù)壽命周期折算，貼縫帶工料單價(jià)是灌封膠的1.6倍以上，不利于養(yǎng)護(hù)成本節(jié)約。因此，推薦采用適用于冬季嚴(yán)寒區(qū)的熱熔型灌封膠進(jìn)行裂縫封閉處理。

3 灌縫施工

根據(jù)灌封膠材料特性、裂縫修補(bǔ)工作量、材料運(yùn)距、氣象資料等完成機(jī)械設(shè)備配置、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員技術(shù)交底和保通措施等施工前準(zhǔn)備工作。

3.1 準(zhǔn)備工作

（1）計(jì)算材料用量

在規(guī)定施工溫度時(shí)，1 kg灌封膠可封閉處理一條長(zhǎng)8 m、寬1 cm、深1 cm的裂縫。

估算公式為：寬（cm）×深（cm）×長(zhǎng)（m）×0.12（kg）

例如：一條寬與深均為1.5 cm的縱向裂縫長(zhǎng)達(dá)30 m，則灌封膠用量為：1.5×1.5×30×0.12=8.1 kg。

（2）加熱灌封膠

灌縫前，需使用熱熔釜加熱倉(cāng)將灌封膠加熱熔化，加熱至規(guī)定施工溫度193 ℃～204 ℃。

注意：為確保灌封膠均勻受熱，應(yīng)使用以導(dǎo)熱油或熱空氣為介質(zhì)、配置自動(dòng)攪拌功能的加熱設(shè)備。加熱溫度不足或灌封膠局部溫度不足，會(huì)導(dǎo)致灌封膠不能完全發(fā)揮出應(yīng)有性能。加熱溫度過(guò)高、長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱、多次冷卻后反復(fù)加熱，會(huì)使灌封膠出現(xiàn)老化變質(zhì)乃至失效的問(wèn)題。因此，在不具備均勻加熱設(shè)備的條件時(shí)，不得采用開(kāi)放式加熱容器或明火直接加熱灌封膠。

3.2 施工工藝流程及要求

（1）封閉交通。根據(jù)《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30-2015）中有關(guān)規(guī)定和保通設(shè)計(jì)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按規(guī)定距離擺放錐型桶及其他移動(dòng)標(biāo)志，并設(shè)專(zhuān)人負(fù)責(zé)指揮交通。

（2）開(kāi)槽。按照設(shè)計(jì)圖紙，調(diào)節(jié)好開(kāi)槽機(jī)的寬度和深度，沿裂縫進(jìn)行開(kāi)槽，以便膠液能更好地填充裂縫。施工過(guò)程中要根據(jù)裂縫變化情況及時(shí)調(diào)節(jié)槽口尺寸，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（3）清縫。用壓縮空氣槍將槽內(nèi)及兩側(cè)至少5 cm范圍內(nèi)的浮塵、石屑等雜物清吹干凈，保持槽內(nèi)及兩側(cè)縫壁清潔、穩(wěn)固、干燥，如裂縫內(nèi)濕潤(rùn)或潮濕也應(yīng)先烘干或晾干后再進(jìn)行施工。

（4）灌縫。在灌縫施工前3 h左右開(kāi)始使用灌縫設(shè)備的熱熔釜加熱灌封膠，并攪拌均勻，使膠液完全融化，無(wú)未融化的塊狀物。灌封膠的加熱溫度應(yīng)達(dá)到規(guī)定溫度以上，但不能超過(guò)最高溫度限制，當(dāng)達(dá)到200 ℃的條件時(shí)，用灌縫終端上帶有刮平器的壓力噴頭（手噴槍?zhuān)┗蚱渌⌒洼o助注膠設(shè)備將灌封膠均勻地灌入槽內(nèi)。灌注的膠液面應(yīng)略高于路面2～3 mm，并用刮板修整膠液表面，保證路面美觀。如裂縫內(nèi)部空隙較大，膠液下滲速度較快，可在該位置補(bǔ)灌。

（5）養(yǎng)護(hù)。灌縫完成后，應(yīng)繼續(xù)封閉施工區(qū)進(jìn)行養(yǎng)生，直至膠液完全冷卻成型后可開(kāi)放交通。封閉養(yǎng)生時(shí)間視天氣情況不同一般需要10～30 min。

3.3 外觀驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

（1）灌封膠高于路面≤0.3 cm。

（2）灌封膠貼封層邊緣整齊，表面平整。

（3）灌封膠表面光滑，無(wú)顆粒狀膠粒。

（4）車(chē)輛碾壓后不變形，保持彈性。

3.4 灌縫效果評(píng)價(jià)

針對(duì)病害處理4個(gè)月后的路面使用性能狀況，主要采用滲水試驗(yàn)后評(píng)價(jià)方法進(jìn)行驗(yàn)證，按照《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2004）要求每隔200 m測(cè)1處，將本項(xiàng)目施工段劃分為8個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)規(guī)范要求普通密級(jí)配瀝青混凝土路面滲水系數(shù)為300 ml/min，由表4可以看出，8個(gè)測(cè)區(qū)的典型位置處路面補(bǔ)縫滲水系數(shù)的均值都小于規(guī)范要求，在裂縫封閉處理4個(gè)月后，其密封性尚處于良好狀態(tài)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查，灌封膠表面緊貼集料、沿縫長(zhǎng)度連續(xù)圓滑、無(wú)開(kāi)孔破裂現(xiàn)象。處理前后對(duì)比如圖1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）兩種材料在性能指標(biāo)上的差別并不大。但灌封膠材料的耐久性更強(qiáng)，能保持良好密封效果達(dá)3年以上，抗極限低溫可達(dá)-40 ℃，更為重要的是不受冬季除雪車(chē)機(jī)械破壞，在高寒區(qū)道路裂縫封閉處理上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

（2）對(duì)裂縫處治后的8個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行滲水試驗(yàn)，用于評(píng)價(jià)裂縫實(shí)際封閉效果。檢測(cè)結(jié)果顯示：滲水系數(shù)均能滿(mǎn)足規(guī)范要求，裂縫表觀邊緣平整，灌封膠表面光滑，無(wú)顆粒狀膠粒。

（3）灌封膠雖然施工工藝較復(fù)雜、能耗大、對(duì)環(huán)境有影響，但能解決項(xiàng)目實(shí)施后工后易損問(wèn)題，設(shè)計(jì)使用壽命不存在折減，能達(dá)到預(yù)期應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳天峰.甘肅省高速公路瀝青路面裂縫類(lèi)病害不同養(yǎng)護(hù)方案效果分析[J].城市道橋與防洪，2019（11）：35-37，9.

[2]成 龍.灌縫技術(shù)在公路路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[J].交通世界，2020（7）：60-61.

[3]張育斌，陳治君.瀝青路面裂縫貼縫帶復(fù)合式封貼技術(shù)在干線公路的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2018（2）：40-44.

[4]金 鑫.加熱型瀝青路面灌縫膠的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].北方交通，2017（3）：132-134，137.

[5]黃 燕.淺議公路路面裂縫的治理措施[J].西部交通科技，2013（1）：13-15.