城市瀝青路面裂痕修復(fù)材料與施工技術(shù)優(yōu)化

摘 要：為增強(qiáng)瀝青路面裂縫的修補(bǔ)效果，試驗(yàn)制備了面層修復(fù)材料和半剛性基層修復(fù)材料，并對(duì)修復(fù)材料的性能和施工工藝進(jìn)行研究。結(jié)果表明，面層修復(fù)材料中的最佳聚氨酯摻量為30%時(shí)，材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別是32.5 MPa、28.1%，老化后強(qiáng)度僅下降18.3%。用該面層修復(fù)材料對(duì)路面裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，可使路面裂縫強(qiáng)度恢復(fù)79.4%。半剛性基層修復(fù)材料中的最佳含水量為0.75%時(shí)，材料黏度為207.6 mPa·s，膨脹性能較好，且修補(bǔ)后的試件劈裂抗拉強(qiáng)度恢復(fù)超過80%。采用焊接裂縫法，將面層修復(fù)材料和半剛性基層修復(fù)材料結(jié)合，對(duì)路面裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，可以達(dá)到路面修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；修復(fù)材料；聚氨酯；耐老化性能；膨脹性能

中圖分類號(hào)：TQ433.4+32"""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""""""""""""""""""""""" 文章編號(hào)：1001-5922（2024）07-0106-04

Optimization of municipal asphalt pavement crack repair

materials and construction technology

XIE Tuanjie1，MOU Shouguo2

（1. Dongying River Dim Service Center，Dongying 257091，Shandong China；

2. Dongying Municipal Engineering Co.，Ltd.，Dongying 257091，Shandong China）

Abstract： To enhance the repair effect of asphalt pavement cracks， surface repair materials and semi rigid base repair materials were prepared in this experiment， and the performance and construction technology of the repair materials were studied. The results indicated that the optimal polyurethane content in the surface repair material was 30%. At this time， the tensile strength and elongation at break of the material were 32.5 MPa and 28.1%， respectively，the strength only decreased by 18.3% after aging. Using this surface repair material to repair road cracks could restore the strength of road cracks by 79.4%. The optimal moisture content in the semi rigid base repair material was 0.75%， the material had a viscosity of 207.6 mPa·s， the expansion performance was good， and the splitting tensile strength of the repaired specimen recovered more than 80%.The use of welding crack method， combining surface repair materials with semi rigid base repair materials， to repair road cracks can meet the road repair standards.

Key words： asphalt pavement；repair materials；polyurethane；aging resistance；expansion performance

受到車流量上升、行車荷載增加等影響，我國的大部分公路路面常常會(huì)產(chǎn)生裂縫等病害。這些裂縫等病害會(huì)隨著時(shí)間的增加不斷破壞路面基層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使道路發(fā)生局部凹陷、坑槽等，嚴(yán)重影響車輛行車安全［1?2］。對(duì)此，許多學(xué)者進(jìn)行了研究。如對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，研究了一種環(huán)氧樹脂修復(fù)材料，并研究該修復(fù)材料性能［3］。針對(duì)路面裂縫中的半剛性基層，以聚氨酯和環(huán)氧丙烯酸酯結(jié)合，制備了一種聚合物改性修補(bǔ)材料，并研究材料性能［4］。除此之外，通過燒氧化鎂、硼砂等材料，制備了一種水泥路面裂縫快速修復(fù)材料，并對(duì)其性能進(jìn)行探究［5］。結(jié)合以上學(xué)者的研究，為了更好地修補(bǔ)城市瀝青路面裂縫，試驗(yàn)研究了面層修復(fù)材料和半剛性基層修補(bǔ)材料，并對(duì)修復(fù)材料性能和施工工藝進(jìn)行研究。

1"" 試驗(yàn)部分

1.1"" 材料與設(shè)備

主要材料：聚氨酯（AR，康華保溫材料）；乙烯基酯樹脂（AR，躍錦精細(xì)化工）；1，4-丁二醇（AR，遠(yuǎn)祥化工）；二甲基苯胺（AR，長惠化工）；過氧化苯甲酰（AR， 攀旺玻璃鋼復(fù)合材料）；異氰酸酯（AR，盛強(qiáng)實(shí)業(yè)）；聚醚多元醇（AR，才華聚氨酯科技）；P·O32.5普通硅酸鹽水泥（工業(yè)純，新山河建材）；SBS改性瀝青（工業(yè)純， 澤力防水材料）。

主要設(shè)備：FA2204E型電子天平（根拓機(jī)電）；Y101A-1型烘箱（德普紡織科技）；SYD-0716型劈裂試驗(yàn)儀（魅宇儀器科技）；HNB-500N型萬能試驗(yàn)機(jī)（森倍科技）；TQ-810型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（世通科創(chuàng)技術(shù)）。

1.2"" 試驗(yàn)方法

1.2.1"" 修復(fù)材料配比

為修復(fù)城市瀝青路面裂痕，試驗(yàn)制備了面層修復(fù)材料以及半剛性的基層修復(fù)材料。其中，面層修復(fù)材料的主要原料是聚氨酯和乙烯基酯樹脂，聚氨酯按照不同的乙烯基酯樹脂含量添加。然后添加量適量的交聯(lián)劑、促進(jìn)劑和引發(fā)劑，分別是1，4-丁二醇、二甲基苯胺和過氧化苯甲酰。除此之外，基層修復(fù)材料則以聚醚多元醇和異氰酸酯為主要原料，并以不同聚醚多元醇質(zhì)量比添加適量的水。具體配比見表1、表2［6?8］。

1.2.2"" 修復(fù)材料的制備

（1）面層修復(fù)材料：按照表1中的面層修復(fù)材料配比，用電子天平稱取適量的聚氨酯、乙烯基酯樹脂等材料，備用。對(duì)乙烯基樹脂進(jìn)行定量稀釋處理，然后向稀釋后的溶液中添加適量的聚氨酯，再加入1，4-丁二醇、二甲基苯胺以及過氧化苯甲酰。利用機(jī)械攪拌器將原材料充分?jǐn)嚢?，混合均勻，獲得面層修復(fù)材料。

（2）基層修復(fù)材料：根據(jù)表2中基層修復(fù)材料的配比，按照異氰酸酯和聚醚多元醇質(zhì)量比1∶1來稱取適

量的原材料，備用；在3口燒瓶中加入適量的聚醚多元醇，在恒溫條件下進(jìn)行攪拌處理。然后，在真空條件下進(jìn)行脫水處理3 h，獲得脫水原料。在真空條件下，將適量的異氰酸酯加入到聚醚多元醇脫水原料中，并添加一定量的水，等待反應(yīng)一定時(shí)間后，獲得基層修復(fù)材料。

1.2.3"" 試件的制備

（1）馬歇爾試件：本試驗(yàn)通過擊實(shí)法和5.1%的油石比制備馬歇爾試件。其中，礦料級(jí)配為AC-13C，并添加0.35%抗剝落劑和3%抗車轍劑［9?10］。

（2）水泥穩(wěn)定碎石試件：水泥穩(wěn)定碎石試件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為Φ150×150的圓柱體，參考標(biāo)準(zhǔn)為《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51—2009）。在試件成型過程中，用牛皮紙將試件從中隔斷，形成裂縫。再對(duì)試件進(jìn)行取芯處理，以2 mm的半剛性基層裂縫作為試驗(yàn)試件。

1.3"" 性能測(cè)試

拉伸試驗(yàn)：通過萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料進(jìn)行拉伸測(cè)試，分析材料的拉伸性能。

低溫劈裂試驗(yàn)：制備標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，然后將其從中切開，將切開的截面打磨粗糙，模擬5 mm寬的市政瀝青路面裂縫試件。然后像裂縫中添加面層修復(fù)材料進(jìn)行修復(fù)。通過劈裂試驗(yàn)機(jī)，在低溫-10 ℃條件下，對(duì)修復(fù)后的試件進(jìn)行測(cè)試，分析其劈裂抗拉強(qiáng)度。

黏度測(cè)試：將基層修復(fù)材料裝滿粘度計(jì)盛樣器中，在保證無內(nèi)部氣泡后，密封盛樣器。在恒溫23 ℃水浴條件下，選擇適宜的轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理25 s。當(dāng)黏度計(jì)指針穩(wěn)定時(shí)，讀取并記錄讀數(shù)，多次測(cè)量取平均值，作為該基層修復(fù)材料試樣的黏度值。

膨脹性能測(cè)試：在封閉容器氣缸中均勻注滿基層修復(fù)材料，在等待一段時(shí)間后，修復(fù)材料膨脹，使活塞桿被推動(dòng)。通過壓力傳感器讀取膨脹過程中的膨脹力數(shù)據(jù)，分析材料膨脹性能。

2"" 結(jié)果與分析

2.1"" 面層修復(fù)材料

2.1.1"" 拉伸性能分析

拉伸試驗(yàn)結(jié)果分析如圖1所示。

由圖1可知，當(dāng)面層修復(fù)材料中摻入的聚氨酯注漿增多時(shí)，材料拉伸強(qiáng)度先緩慢降低后迅速降低；而斷裂伸長率則呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。當(dāng)面層修復(fù)材料中摻入的聚氨酯摻量為15%、30%時(shí)，面層修復(fù)材料的拉伸強(qiáng)度分別是36.2、32.5 MPa；當(dāng)聚氨酯摻入增多至45%、60%時(shí)，拉伸強(qiáng)度分別降至26.3、25.8 MPa。在斷裂伸長率方面，當(dāng)聚氨酯摻入從15%增至60%時(shí)，材料的斷裂伸長率從16.2%升至42.3%，增長了161%。發(fā)生以上這些現(xiàn)象的原因是，在材料內(nèi)部形成一種互穿的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使材料拉伸強(qiáng)度較高且較穩(wěn)定［11?12］。但是，隨著面層修復(fù)材料中聚氨酯摻量增多，繼續(xù)增加聚氨酯摻量反而會(huì)降低該體系的相容性，產(chǎn)生相分離?？紤]到在實(shí)際路面裂縫修復(fù)應(yīng)用中，修復(fù)材料較高的拉伸強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致裂縫2次開裂，所以，修復(fù)材料的拉伸強(qiáng)度不應(yīng)過高［13?14］。

綜上，當(dāng)在面層修復(fù)材料中摻入30%聚氨酯時(shí)，面層修復(fù)材料的拉伸性能良好。

2.1.2"" 低溫劈裂試驗(yàn)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件和用不同聚氨酯摻量的面層修復(fù)材料修復(fù)后的馬歇爾試件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，對(duì)于修復(fù)后的試件，當(dāng)面層修復(fù)材料中摻入的聚氨酯增多時(shí)，面層修復(fù)材料的劈裂抗拉強(qiáng)度不斷提高。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，其劈裂抗拉強(qiáng)度為4.81MPa。當(dāng)用15%、30%、45%、60%聚氨酯摻量的面層修復(fù)材料修復(fù)后，各試件的劈裂抗拉強(qiáng)度分別恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件的68.8%、79.4%、82.1%、84.4%。由此可見，當(dāng)聚氨酯摻量低于30%時(shí)，面層修復(fù)材料對(duì)裂縫試件的修復(fù)效果較低，而當(dāng)聚氨酯摻量在30%及以上時(shí)，面層修復(fù)材料對(duì)裂縫試件的修復(fù)效果基本在80%左右，修復(fù)效果較好。當(dāng)聚氨酯摻量增加時(shí)，面層修復(fù)材料韌性提高，在瀝青混凝土中的變形協(xié)調(diào)性更好，粘結(jié)性能更強(qiáng)［15?16］。綜上，當(dāng)聚氨酯摻量在30%及以上時(shí)，修復(fù)后的試件低溫劈裂抗拉性能較好。

2.2"" 基層修復(fù)材料

2.2.1"" 黏度

圖3為不同含水量下，半剛性基層修復(fù)材料的黏度測(cè)試結(jié)果。

由圖3可知，隨著半剛性基層修復(fù)材料中含水量不斷增多，基層修復(fù)材料的黏度不斷提高。當(dāng)含水量為0.25%時(shí)，基層修復(fù)材料黏度僅為116.4 mPa·s。這表明，材料黏度較小，流動(dòng)性過大。當(dāng)含量升高至0.50%、0.75%、1.00%時(shí)，基層修復(fù)材料的黏度分別達(dá)到162.7、207.6、255.7 mPa·s，對(duì)比含水量為0.25%時(shí)分別提高39.8%、78.4%、119.7%。由此可見，可以通過調(diào)整半剛性基層修復(fù)材料中的水含量，來控制材料的黏度。在路面裂縫修復(fù)的過程中，半剛性基層修復(fù)材料需要滲透進(jìn)入到裂縫內(nèi)部，從而增加修復(fù)效果。如果基層修復(fù)材料的黏度過小，會(huì)導(dǎo)致材料流動(dòng)度過大，對(duì)路面裂縫的封縫處理產(chǎn)生負(fù)面影響。而黏度過大則會(huì)導(dǎo)致半剛性基層修復(fù)材料在裂縫內(nèi)部無法充分滲透、填補(bǔ)，并且無法快速與裂縫內(nèi)部的壁面粘結(jié)。因此，半剛性基層修復(fù)材料的黏度應(yīng)控制在100～300 mPa·s［17?18］。

綜上，本試驗(yàn)中，當(dāng)含水量為0.50%～0.75%時(shí)，基層修復(fù)材料的黏度性能較好。

2.2.2"" 膨脹性能

對(duì)不同含水量的各半剛性基層修復(fù)材料進(jìn)行膨脹力測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著含水量的增多，半剛性基層修復(fù)材料的膨脹力基本呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在1 min內(nèi)，各不同含水量的材料膨脹力隨時(shí)間增加而迅速增大。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過1 min后，各材料膨脹力穩(wěn)定緩慢提升。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為10 min時(shí)，0.25%、1.00%含水量的基層修復(fù)材料膨脹力分別是0.62、3.22 MPa。這表明，與0.25%含水量材料相比，1.00%含水量的材料膨脹力提高419%。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為0.5 min時(shí)，含水量為0.25%、0.50%、0.75%和1.00%的各半剛性基層修復(fù)材料膨脹力分別達(dá)到10 min反應(yīng)時(shí)間的80.6%、73.7%、81.1%、76.1%。這表明，各基層修復(fù)材料的膨脹性能均較好。當(dāng)聚合反應(yīng)時(shí)間不斷增加時(shí)，材料中的分子量增長，氣體產(chǎn)生增多，形成固體泡沫，產(chǎn)生膨脹力［19?20］。綜上，為了使基層修復(fù)材料灌入路面裂縫的松散、脫空部位，產(chǎn)生膨脹效果，更好地對(duì)微裂縫、支縫進(jìn)行粘結(jié)，本試驗(yàn)認(rèn)為0.75%含水量較適宜。

2.3"" 施工工藝研究

針對(duì)城市瀝青路面的裂縫修補(bǔ)，常用施工工藝有傳統(tǒng)灌縫法、壓力注漿法和焊接裂縫法。對(duì)于傳統(tǒng)灌縫法修補(bǔ)的路面裂縫，常常因溫度荷載和車輛荷載導(dǎo)致2次開裂，失效率高。對(duì)于壓力注漿法路面裂縫修補(bǔ)工藝，其修補(bǔ)材料能更好地粘結(jié)裂縫，修補(bǔ)效果較好。但是，該工藝過程繁瑣且成本較高。對(duì)于焊接裂縫法裂縫修補(bǔ)工藝，其可以根據(jù)裂縫情況有針對(duì)性地進(jìn)行修補(bǔ)，將路面裂縫修復(fù)材料充分填充到裂縫中，粘結(jié)性強(qiáng)，修補(bǔ)效果較好，且該工藝施工簡單，成本較低。綜上，為更好地修補(bǔ)城市瀝青路面裂縫，本研究建議選擇焊接裂縫法。

3"" 結(jié)語

（1）當(dāng)面層修復(fù)材料中的聚氨酯摻量為30%時(shí)，材料綜合性能較好。此時(shí)，面層修復(fù)材料的拉伸強(qiáng)度為32.5 MPa，斷裂伸長率為28.1%，老化試驗(yàn)后強(qiáng)度僅降低18.3%。用該面層修復(fù)材料修補(bǔ)后的試件強(qiáng)度可恢復(fù)到原來的79.4%；

（2）當(dāng)基層修復(fù)材料中的含水量為0.75%時(shí)，基層修復(fù)材料的綜合性能較好，其黏度為207.6 mPa·s、0.5 min反應(yīng)時(shí)間的材料膨脹力能達(dá)到10 min反應(yīng)時(shí)間的81.1%%。并且，用該基層修復(fù)材料對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行修復(fù)后，劈裂抗拉強(qiáng)度能達(dá)到完整試件的80%以上；

（3）通過焊接裂縫法，以30%聚氨酯摻量的面層修復(fù)材料和0.75%含水量的基層修復(fù)材料，對(duì)路面裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，可以滿足路面修復(fù)材料的基本要求。

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