瀝青路面裂縫填封修補的再破損分析及其防治*

吳寧 林毅

1 瀝青路面裂縫修補技術及填封破損

我國瀝青路面主要為半剛性結構,路面的裂縫病害較為常見,而且對于雨水充沛地區,如果不能及時進行裂縫封閉處理,很容易造成基層的進一步浸水破壞,影響路面的使用品質和使用壽命[1]。

瀝青路面裂縫維修的適宜措施類型取決于裂縫的密度、損壞程度、裂縫性質以及路面表面的一般狀況[2]。一般來說,大量且邊緣嚴重惡化的裂縫,表明路面正處于破壞進展期,實施密封或填補無濟于事,需要進行結構改造以徹底解決問題[3]。如果路面裂縫很多但不存在高度邊緣破壞,則可進行罩面處理或現場熱再生表層處理。如果裂縫密集度不高但已發展到典型的高度邊緣退化,則必須進行裂縫的混合料修補或是進行邊緣有限寬度范圍的熱再生處理,例如部分深度的切槽混合料修補或局部位置的挖槽修補、遠紅外或微波熱再生處理。如果裂縫密集度中等或者存在一定的邊緣退化,則通過密封或填充操作可以實現有效的修復。各種不同裂縫狀況的維修措施類型建議如表1所示[4]。

表1 瀝青路面裂縫維修適宜措施選擇策略

對于裂縫填封再破損(即裂縫填封失效),最基本的判定標準應是:水能通過填封后的裂縫滲入路面結構層中[5]。已填封裂縫在使用過程中,填封材料會出現一些表面破損,如冒泡、凸起、輪跡、石料嵌入、風化以及磨損等。而真正能造成水滲入路面結構的有以下三種填封裂縫再破損:1)填封材料脫出;2)填封材料斷裂;3)裂縫附近瀝青面層的二次開裂。

2 裂縫填封材料的脫出破損原因分析

填封材料的脫出可能存在材料和工藝等方面原因,可能由于填封材料粘附性不強、縫壁面處理不當、高溫穩定性較差或填封施工溫度過低等造成填封修補效果下降,出現脫出病害。

裂縫填封的粘結效果影響其粘附性能,若填封料粘結力不高或裂縫壁面清除不凈或潮濕含水,則其粘附性能不會很好,填封裂縫在剪切應力、拉伸應力及動水壓力作用下,填封材料很容易從縫壁脫開,在車輪形成的真空吸力及其他外力作用下,填封料便容易從縫隙中脫出,從而使裂縫填封失效。

填封材料高溫穩定性不足時,其在高溫環境下會變軟甚至出現流淌,受交通荷載形成的壓縮應力作用,或受裂縫不斷合龍趨勢的作用,填封材料很容易被擠出或溢出裂縫,車輛駛過裂縫,便會被車輪帶走,使裂縫填封失效。

3 裂縫填封材料的斷裂破損原因分析

裂縫中的填封材料出現斷開、破裂后,也會使填封裂縫失去防水能力,造成裂縫填封失效。填封材料出現斷裂主要是由于其彈性不良、低溫抗裂性能差、抗剪切能力不足等自身性能原因引起。

裂縫中的填封材料,在交通荷載反復作用下,將處于拉、壓交迭變化的狀態。若填封材料彈性性能不好,則在反復交變應力應變的作用下會產生疲勞斷裂。或者,填封裂縫受到重載車輛的作用,使裂縫中的填封材料受到很大的拉應力,當應力超過填封材料自身的抗拉彈性范圍時,填封料便會被拉斷而形成新的裂縫,喪失原填封裂縫的防水能力,使裂縫填封失效。

若裂縫中的填封材料低溫抗裂性能較差,則在低溫環境下,其抗變形能力不足。此時,填封材料在溫度作用下或拉、壓應力應變作用下,很容易被拉伸斷裂(或稱脆斷開裂),造成裂縫填封失效。

行車荷載的反復交替作用造成縫隙兩側豎向剪切移動,當填封材料低溫抗剪能力不足時也會出現疲勞剪切開裂,尤其在行車道橫縫中的填封材料極易出現此種情況。

4 裂縫附近瀝青面層二次開裂的原因分析

二次開裂是指在填封修補裂縫的附近開裂出與之平行的短裂縫。水會通過二次開裂形成的短裂縫滲入瀝青路面結構中,從而造成填封裂縫失效。產生填封裂縫二次開裂的主要原因是填封材料自身的彈性和延展性較差,以及裂縫邊緣附近原有瀝青材料因惡化而造成自身性能下降。若裂縫中的填封料彈性和延展性不足,即其較硬而沒有延展性,特別是在其延展性不足時,填封材料不能有效消解其受到的應力,而將應力傳遞給填封裂縫附近的瀝青面層材料。若裂縫附近某處路面材料抗拉壓能力較差,則會在該處產生新的裂縫,使填封裂縫失效。

5 填縫的受力變形分析及破損防治途徑

瀝青路面一旦產生裂縫,其縫隙在寒冷期會進一步擴張,而在溫暖期會不斷合龍。這種裂縫邊緣的差異移動稱為裂縫位移。裂縫位移通常存在以下三種類型:1)水平裂縫位移;2)垂直向上或垂直向下的豎向位移;3)上下反復的豎向位移。

對填封修補的瀝青路面結構在荷載作用下的裂縫縫隙內部受力狀態有限元分析表明[4]:1)變化縫寬計算得到的受力狀態差別不大,而改變裂縫填封材料的模量其應力則明顯發生變化;2)縫壁的粘結抗拉要求不主要由荷載作用決定,而更主要的取決于溫度作用引起的瀝青面層收縮變形量大小;3)縫壁面的粘結抗剪要求主要由荷載作用決定,裂縫材料內部也存在較顯著的剪切作用,需要對其進行材料的抗剪強度要求。

考慮到裂縫修補材料及路面結構材料在不同溫度條件下的模量及抗力參數變化,因此高溫和低溫情況是瀝青路面裂縫填封修補再破損的主要出現時機,需要通過嚴格的填封修補材料高溫穩定性、粘結抗拉性、延伸性以及低溫抗剪裂強度要求,來保證其低溫不再次開裂、高溫也具有一定的粘結抗剪流變能力[7]。

在裂縫修補的工程實踐操作中,建議應重視以下方面,以防止裂縫填封的再破損病害過早出現:1)選擇低溫延伸性及彈性較好的裂縫填封材料,以使其能適應當地的低溫環境延伸要求;2)通過室內試驗來選擇與瀝青混凝土縫壁有良好粘結及抗剪裂性能的裂縫填封修補材料;3)擴縫填封以更好的保證填封的充分及縫壁的良好工作狀態;4)注意結合工程情況,嘗試擴開較寬槽口填封或采取填封表面溢出材料帽封處理來改善縫隙填封材料的受力狀態、密閉縫側表面的微裂縫;5)結合填封進行縫隙兩側的路面表面再生劑或霧封處理以改善裂縫周圍的微裂縫和細小裂縫的泌水效果,延長裂縫填封的效果。

6 結語

瀝青路面的裂縫修補需要結合裂縫破壞的實際狀況進行技術處理,采取裂縫填封修補的主要目的在于阻止雨水沿縫下滲。裂縫填封修補的再破損有填封材料原因,有修補工藝原因,也有路面環境狀況及路面結構材料本身原因。

保證裂縫修補的有效性、延緩填封的再破損需要通過技術手段加以嚴格要求。通過室內試驗進行填封材料的選擇是比較可行的技術手段之一,應優選高溫穩定性、低溫粘結性、低溫抗剪裂流變性較好的材料進行裂縫修補,并應結合室內試驗要求確定明確的試驗技術指標,以便于工程試驗控制。

瀝青路面裂縫填封同時也需要重視填封修補的施工工藝。開槽擴縫能夠較好的保證填封材料的有效灌填及其與縫壁面的良好粘結,從而改善其粘結抗脫狀況,有效防止裂縫的再次破損。而采取填封材料的溢出表面貼封施工或裂縫周圍瀝青層表面的養護劑涂刷縫側微裂縫等也可有效改善水分的下滲狀況,從而保證裂縫填封的持久效果,使裂縫填封的養護經濟效益更明顯。

實踐表明,通過有效的材料與工藝控制完全能夠防止或延緩瀝青路面裂縫填封的再破損,更好的發揮預防性養護的實際效果。

[1] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] JTJ 073.2,公路瀝青路面養護技術規范[S].

[3] 于家成.瀝青路面裂縫的原因及防治措施的研究[J].北方交通,2009(3):39-40.

[4] 江蘇省高速公路經營管理中心.高等級公路瀝青路面裂縫快速修補技術研究[R].2009.

[5] 康敬東.瀝青路面裂縫和坑槽養護維修技術的研究[D].西安:長安大學,2002.

[6] 郭東鋒.瀝青混凝土路面裂縫填封修補問題探析[J].科技資訊,2008(14):51.

[7] 楊曙嵐,林 毅,吳 寧,等.瀝青路面裂縫修補材料的性能指標探討[J].現代交通技術,2008(5):10-13.