橡膠瀝青灌縫膠的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)

張 博

(中海油煉油化工科學(xué)研究院，山東 青島 266500)

國(guó)外對(duì)路面裂縫修補(bǔ)技術(shù)的研究已經(jīng)非常成熟，形成了完善的路面裂縫修補(bǔ)施工技術(shù)，建立了路面裂縫修補(bǔ)材料的性能評(píng)價(jià)體系。我國(guó)于20世紀(jì)90年代中后期才開始引進(jìn)這一技術(shù)，用于高等級(jí)路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作。隨著人們對(duì)于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的認(rèn)可，各地公路管理部門開始采購(gòu)灌縫設(shè)備和灌縫材料，開展了大面積的裂縫修補(bǔ)作業(yè)。以山東省為例，17個(gè)地市均配備了先進(jìn)的灌縫設(shè)備和材料，當(dāng)年即完成了瀝青路面灌縫260余萬(wàn)延米，且經(jīng)歷了連續(xù)兩年的強(qiáng)降雨考驗(yàn)，驗(yàn)證了路面裂縫修補(bǔ)是一種有效的瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)[1]。

隨著從業(yè)者對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)觀念的重視，對(duì)灌縫材料數(shù)量和產(chǎn)品品質(zhì)的需求也有了大幅度的提高，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域人員在引進(jìn)國(guó)外高性能材料和先進(jìn)施工技術(shù)的同時(shí)，也都將目光投向了新材料、新技術(shù)、新工藝的開發(fā)和應(yīng)用。

1 橡膠瀝青灌縫膠技術(shù)指標(biāo)

路面裂縫灌縫膠剛引入我國(guó)時(shí)，生產(chǎn)廠商以及業(yè)主單位對(duì)灌縫膠的技術(shù)指標(biāo)都不夠重視，檢測(cè)試驗(yàn)局限于瀝青傳統(tǒng)的針入度、延度、軟化點(diǎn)。然而，在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)灌縫膠的性能要求與道路瀝青有很大區(qū)別，瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)灌縫膠是不適用的[2]。軟化點(diǎn)并不能完全反映灌縫膠在高溫條件下的流淌程度，需要用流動(dòng)試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)其高溫性能。低溫性能指標(biāo)用延度來(lái)評(píng)價(jià)也是不合適的，通常改性瀝青延度測(cè)試的試驗(yàn)溫度為5℃，而我國(guó)冬季氣溫條件下的路面溫度一般都在0℃以下，極端地區(qū)最低可達(dá)-30℃以下，因此延度試驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)足夠低的試驗(yàn)溫度，不適用于評(píng)價(jià)灌縫膠的低溫性能。同時(shí)，灌縫膠開裂往往最常出現(xiàn)在灌縫膠與瀝青混凝土路面的結(jié)合面上，而改性瀝青的延度試驗(yàn)不能反映灌縫膠與縫壁的粘結(jié)性能[3-4]。

近年來(lái)，隨著公路養(yǎng)護(hù)部門對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的逐漸重視，灌縫膠生產(chǎn)廠商競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，交通部公路科學(xué)研究院出臺(tái)了橡膠瀝青灌縫膠的技術(shù)指標(biāo)，規(guī)范了養(yǎng)護(hù)材料的市場(chǎng)，主要檢測(cè)方法包含：錐入度試驗(yàn)、流動(dòng)試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、彈性試驗(yàn)、瀝青相容性試驗(yàn)等。

2 橡膠瀝青灌縫膠主要成分對(duì)使用性質(zhì)的影響

2.1 合成橡膠類改性劑對(duì)灌縫膠的影響

圖1 不同類型合成橡膠改性劑對(duì)灌縫膠性能的影響

合成橡膠由于具有良好的力學(xué)特性而廣泛應(yīng)用與瀝青材料的改性。本文選取兩種瀝青改性中常用的不同類型改性劑來(lái)制備灌縫膠，通過(guò)高溫抗變形能力、低溫粘結(jié)性能以及彈性形變恢復(fù)性能，考察不同種類改性劑對(duì)于灌縫膠性質(zhì)的影響，結(jié)果如圖1所示。

均得到了提升，相同的制備工藝條件下，改性劑-1的作用優(yōu)于改性劑-2。

2.2 相容劑對(duì)灌縫膠的影響

橡膠類改性劑雖然能夠有效改善灌縫膠的高、低溫性能，但從上面數(shù)據(jù)可以看出，其低溫拉伸指標(biāo)距技術(shù)要求差距還很明顯。在改性瀝青生產(chǎn)中，富含芳香烴組分的化合物通常被用來(lái)改善基質(zhì)瀝青組分配伍性，增加改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性，促進(jìn)聚合物在瀝青中更好的發(fā)揮作用，這類物質(zhì)被稱為相容劑。通過(guò)前面試驗(yàn)可知，隨著改性劑加入，灌縫膠的錐入度降低，瀝青塑性變差。因此，考慮采用相容劑對(duì)灌縫膠體系進(jìn)行改進(jìn)。在改性劑-1與瀝青的體系中，添加不同比例的相容劑，考察相容劑添加量對(duì)灌縫膠性質(zhì)的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 相容劑添加量對(duì)灌縫膠性能的影響

由圖2可知，隨著相容劑調(diào)和比例的升高，樣品低溫性能得到明顯提升，其原因可能是由于相容劑的加入改善了聚合物改性劑與瀝青的相容性，使得改性劑交聯(lián)更加充分，高、低溫改性效果更加明顯[5]。隨著相容劑添加量的增加，彈性恢復(fù)率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，這是由于前半部分，相容劑促進(jìn)了改性劑與瀝青的溶脹，提升了灌縫膠的彈性特征，隨著相容劑進(jìn)一步的增加，相容劑相的粘性特征成為主導(dǎo)，因而整體上出現(xiàn)了彈性特性下降的現(xiàn)象。

2.3 改性劑含量對(duì)灌縫膠的影響

由前面試驗(yàn)可知，改性劑-1能夠在高、低溫雙向?qū)嗫p膠的性能起到提升的作用，從而拓寬灌縫膠的使用溫度區(qū)域，接下來(lái)考察改性劑-1在不同添加量下對(duì)灌縫膠性能的影響，考察添加量在10%～25%范圍內(nèi)，隨著改性劑加量提高，灌縫膠技術(shù)指標(biāo)的變化，結(jié)果見圖3。

圖3 改性劑添加量對(duì)灌縫膠性能的影響

由圖3可知，隨著改性劑添加量的增大，試驗(yàn)樣品的高溫性能得到提升，同時(shí)低溫指標(biāo)也并未衰減。但過(guò)高的改性劑加入量導(dǎo)致灌縫膠本身的內(nèi)聚力升高，引起彈性恢復(fù)率數(shù)值超標(biāo)。在實(shí)際使用過(guò)程中，這一情況將導(dǎo)致灌縫膠與路面裂縫分離，甚至造成次生瀝青混凝土開裂。

3 橡膠瀝青灌縫膠生產(chǎn)工藝

橡膠瀝青灌縫膠的生產(chǎn)是以一定比例的石油瀝青為原料，經(jīng)原料泵加壓，通過(guò)換熱器加熱到一定的溫度進(jìn)入改性瀝青站，按一定配比加入聚合物改性劑、相容劑、軟化劑等組分，經(jīng)高速剪切、攪拌溶脹后，形成的穩(wěn)定橡膠瀝青體系的過(guò)程。

橡膠瀝青灌縫膠的生產(chǎn)裝置與SBS(或者橡膠粉)改性瀝青生產(chǎn)裝置相似，主要包括原料罐、發(fā)育罐、成品罐、換熱器、改性瀝青成套設(shè)備(內(nèi)含給料泵、膠體磨、改性劑計(jì)量提升機(jī)、混合罐)、研磨罐、溶脹罐、相容劑泵、相容劑罐、原料泵、改性瀝青泵、成品泵和改性劑計(jì)量提升機(jī)等設(shè)備。由于橡膠瀝青灌縫膠采用獨(dú)立小包裝的運(yùn)輸儲(chǔ)存方式，一般在常規(guī)的改性瀝青生產(chǎn)裝置中加入一套冷卻、灌裝設(shè)備，橡膠瀝青灌縫膠生產(chǎn)工藝原則流程圖見圖4。

圖4 橡膠瀝青灌縫膠生產(chǎn)工藝原則流程圖

4 橡膠瀝青灌縫膠的應(yīng)用

4.1 裂縫分類

從養(yǎng)護(hù)工藝的角度來(lái)看裂縫可按其縫寬分為2mm以下、2～6mm、6～12.7mm、12.7～25mm、大于25mm[6]。6mm以下的微小裂縫由于尚未發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞通常不作更多的處理，只在表面上作貼封式的封面，其目的是防止由于雨水、冰雪通過(guò)裂縫向下滲入而繼續(xù)擴(kuò)大，屬于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的范疇。寬度在6～12.7mm的小裂縫因尚未造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性破壞因而也將它們的處理歸入預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，但此類裂縫通常需要進(jìn)行擴(kuò)縫處理[7]。

4.2 灌縫工藝

近些年隨著高速公路建設(shè)的大力發(fā)展，早期建成的路面病害也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的概念引起人們的廣泛關(guān)注，但長(zhǎng)期以來(lái)工程管理與技術(shù)工作者對(duì)路面灌縫技術(shù)的研究不夠重視，導(dǎo)致目前我國(guó)尚無(wú)灌縫膠施工技術(shù)規(guī)范，在灌縫養(yǎng)護(hù)的操作規(guī)程方面均借鑒《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》、《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》、《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

目前比較規(guī)范的路面裂縫修補(bǔ)，在施工階段包含六部分工作：灌縫準(zhǔn)備工作、封閉交通、開槽、吹掃、灌縫、養(yǎng)護(hù)。

灌縫準(zhǔn)備工作，在裂縫灌縫施工前，熟悉施工區(qū)域的氣候、交通流量，對(duì)路面裂縫進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，記錄裂縫產(chǎn)生的位置，裂縫的折算面積和深度，準(zhǔn)備充足的灌縫材料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況編制施工組織方案。

封閉交通，按照國(guó)家交通封閉要求進(jìn)行，在交通封閉期間設(shè)專職安全員進(jìn)行巡查。對(duì)封閉段內(nèi)封閉設(shè)施損壞的需及時(shí)更換，倒伏的需及時(shí)扶正。并在封閉段設(shè)置紅旗，安全員指揮交通，防止非施工車輛進(jìn)入封閉段，封閉段長(zhǎng)度不應(yīng)小于1.5km。

開槽，按照設(shè)計(jì)的開槽尺寸，預(yù)先調(diào)節(jié)好開槽機(jī)開槽深度，然后進(jìn)行開槽作業(yè)。開槽尺寸與形式對(duì)灌縫養(yǎng)護(hù)壽命影響較大。裂縫修補(bǔ)中典型開槽方式：方槽灌封式、方槽貼封式、淺槽貼封式、無(wú)槽貼封式、深槽凹封式、方槽凹封式、無(wú)槽填封式、無(wú)槽帽封式，其中方槽貼封式的使用效果最好，應(yīng)用最多。實(shí)際施工中需要考慮灌縫養(yǎng)護(hù)效果與原材料成本，所以開槽尺寸建議值，深度：1.6～2.0cm，寬度：不小于1.2cm。

吹掃，用開槽機(jī)開槽后，應(yīng)該用肩背式吹風(fēng)機(jī)將槽內(nèi)的碎渣及裂縫兩側(cè)至少10cm范圍內(nèi)的塵土、沙粒徹底清除干凈，使灌縫膠可以黏結(jié)在干凈、堅(jiān)實(shí)的表面上。

灌縫，若在氣溫低于4℃補(bǔ)縫，灌縫機(jī)須配有預(yù)熱設(shè)備對(duì)開槽部位進(jìn)行預(yù)熱，若在此溫度下不預(yù)熱就進(jìn)行灌縫，會(huì)降低密封膠的粘結(jié)力，如果在氣溫高于4℃時(shí)灌縫，可不進(jìn)行預(yù)熱，一般預(yù)熱后的灌縫效果要好。在密封膠加熱溫度達(dá)到190℃左右時(shí)，用灌縫機(jī)上帶有刮平器的壓力噴頭將密封膠均勻的灌入槽內(nèi)，并在裂縫兩側(cè)拖成一定寬度與厚度的封層，灌縫后兩側(cè)寬度總計(jì)控制在4.5cm～5cm。

養(yǎng)護(hù)，用灌縫膠灌縫后，應(yīng)在上表面均勻撒布水泥，待灌縫膠充分冷卻后，把路面上的碎渣清掃干凈，才能開放交通，一般冷卻時(shí)間為15min左右，具體開放交通時(shí)間可根據(jù)氣溫情況靈活掌握。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)在我國(guó)的不斷推廣，目前在公路路面裂縫養(yǎng)護(hù)中所面臨的問題依然是高性能路面裂縫灌縫材料的匱乏以及灌縫施工規(guī)范的缺失。交通運(yùn)輸部提出了推進(jìn)公路科學(xué)養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)新設(shè)備、新材料、新技術(shù)和新工藝的研究，推行低碳、環(huán)保、節(jié)能養(yǎng)護(hù)，努力形成成套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系等要求，并且隨著越來(lái)越多的從業(yè)者對(duì)于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)概念的理解，相信在不久的將來(lái)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)會(huì)得到廣泛的關(guān)注，在我國(guó)公路網(wǎng)的建設(shè)中起到重要的作用。