淺談寒區(qū)高等級公路瀝青路面裂縫成因及修補技術(shù)

黃 哲

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

1 前言

瀝青路面作為一種無接縫的連續(xù)式路面，具有表面平整、行車舒適、耐磨、振動小、噪音低、施工期短、養(yǎng)護(hù)維修簡便、適宜于分期修建等眾多優(yōu)點，獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。在我國高等級公路中有85%以上是瀝青路面，瀝青路面是我國高等級公路的主要結(jié)構(gòu)型式，有著較高的使用性能，受到廣大建設(shè)和使用者青睞，但許多高等級公路瀝青路面經(jīng)常出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，在寒冷地區(qū)由于地域氣候等因素影響，開裂現(xiàn)象更加突出。我國修筑瀝青路面歷史短，成形養(yǎng)護(hù)技術(shù)與積累經(jīng)驗較少，以下就高等級公路瀝青路面裂縫病害成因和寒區(qū)修補技術(shù)加以探討。

2 高等級公路瀝青路面裂縫病害分析

瀝青路面在使用期開裂是各國普遍存在的問題，它的危害在于從裂縫中不斷進(jìn)入水分使基層軟化、導(dǎo)致路面承載力下降，產(chǎn)生卿漿、網(wǎng)裂，加速路面破壞。

瀝青路面開裂有以下幾種情況。

(1)結(jié)構(gòu)層本身強度不足。由于結(jié)構(gòu)層本身強度不足，不適應(yīng)日益增長的交通量及軸載作用而產(chǎn)生的開裂，最初一般表現(xiàn)為縱向開裂，然后發(fā)展成為網(wǎng)裂，這一類由荷載產(chǎn)生的裂縫在我國普通道路及一些超載嚴(yán)重的高等級公路上較為常見。

(2)溫度疲勞裂縫。溫度反復(fù)升降導(dǎo)致溫度應(yīng)力疲勞使混合料的極限拉伸應(yīng)變(或勁度模量)變小，又加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松弛性能降低，故可能在比一次性降溫開裂溫度高的溫度下開裂，同時裂縫是隨著路齡的增加而不斷增加，實際上包含了溫度應(yīng)力疲勞的因素在內(nèi)。

(3)反射性裂縫。反射源為水泥、石灰類無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的半剛性基層的縮裂縫，這些裂縫在交通荷載的作用下，由下層逐漸反射到表面。

(4)溫度收縮裂縫。溫度收縮裂縫即一次性降溫造成的溫度收縮裂縫，瀝青在較高的溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松弛性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過高的溫度應(yīng)力。但在冬季氣溫驟降時，瀝青混合料的應(yīng)力松馳趕不上溫度應(yīng)力的增長。同時勁度急劇增大，超過混合料的極限強度或極限拉伸應(yīng)變，便會產(chǎn)生開裂。

在我國，高等級公路的瀝青路面基本上都是半剛性基層，其中集料含量較多，而且瀝青層相對較厚，收縮性能得到了很大改善，采用了質(zhì)量較好的重交通石油瀝青后，橫向裂縫顯著減少。對黑龍江省竣工通車的幾條高速公路瀝青路面調(diào)查顯示，經(jīng)過一個冬季后，橫向裂縫間距一般在80～150 m范圍內(nèi)，第二年春季調(diào)查發(fā)現(xiàn)沒有增加新的橫向裂縫。這些裂縫冬季最寬的近10 mm，夏季完全閉合，這說明高等級公路瀝青路面的橫向裂縫大多源于瀝青面層的溫度收縮裂縫。

我國寒區(qū)高速公路瀝青路面尤為常見的破損主要是溫縮裂縫，針對瀝青面層低溫收縮開裂問題，國內(nèi)外進(jìn)行了眾多的調(diào)查與研究，原因如下。

(1)瀝青混合料性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開裂的最主要原因。

瀝青混合料的低溫勁度是決定是否開裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關(guān)鍵。在瀝青性質(zhì)指標(biāo)中，影響更大的是溫度敏感性，感溫性大的瀝青容易開裂。改性瀝青的性能以改性后瀝青的感溫性的改善程度，即針入度指數(shù)PI的變化為關(guān)鍵性評價指標(biāo)。瀝青針入度、低溫延度是影響開裂的重要指標(biāo)。由于瀝青在老化過程中輕質(zhì)油份揮發(fā)、瀝青氧化分解、位阻硬化等，老化越嚴(yán)重，勁度越大，裂縫出現(xiàn)越早。瀝青中的蠟使應(yīng)變減小，脆性增加，溫度敏感性變大，橫向裂縫容易發(fā)生。

(2)瀝青混合料的組成對瀝青路面開裂的影響。

①一般認(rèn)為在最佳瀝青用量OCA的10.5%范圍內(nèi)波動對開裂率無明顯影響。而且，瀝青用量增加使混合料應(yīng)力松馳性能提高的同時，也使收縮性能變大，二者互有抵消。

②基層的影響。

半剛性基層比級配碎石、瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層熱容量小，與瀝青表面層的附著粘結(jié)性能差，尤其是本身收縮的附加影響，故橫向裂縫較多。基層與面層的附著性能差，將使面層有一定自由收縮變形的可能性，混合料的應(yīng)力松馳性能得不到充分發(fā)揮，溫度應(yīng)力無法傳遞到基層中去，在面層內(nèi)部積聚，容易產(chǎn)生裂縫。

3 高等級公路瀝青路面裂縫主要處理技術(shù)

由于受半剛性基層、瀝青材料、氣候、地質(zhì)條件、施工工藝和行車荷載的影響，高速公路瀝青路面裂縫是不可避免的問題，也是養(yǎng)護(hù)工作中一項經(jīng)常性任務(wù)。要想使灌縫的質(zhì)量和壽命提高就必須滿足以下3個條件。

(1)灌縫材料應(yīng)具有良好的粘結(jié)力(和瀝青混合料相融合)。

(2)在工程當(dāng)?shù)囟咀畹蜌鉁貤l件下具有優(yōu)良的延伸性和彈性。

(3)灌縫材料應(yīng)具備持久的抗老化和抗疲勞能力。

裂縫的修補具有很強的時限性，安排修補時間不當(dāng)將大大影響灌縫質(zhì)量和效果。一般對于北方冰凍地區(qū)，瀝青路面裂縫的修補時間在每年的三四月為宜。修補裂縫的最佳時機(jī)為解凍前裂縫達(dá)到最大時，若路面已解凍才開始灌縫就不能有效防止雪水、雨水的浸入，達(dá)不到灌縫的最佳效果。

瀝青路面裂縫修補方法很多，一般可根據(jù)裂縫的寬度和深度確定具體的修補工藝，目前我國主要有四種方法對裂縫進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理。

3.1 普通熱瀝青灌縫

一般采用重交通道路AH-90#石油瀝青鐵壺灌入法。首先對瀝青進(jìn)行現(xiàn)場加熱，用鐵壺或?qū)Ｓ萌萜鲗釣r青灌入縫內(nèi)，一般需澆灌2～3遍，待瀝青溫度下降至常溫后即可開放交通。此種方法操作簡單，使用的設(shè)備和人員少，修補費用低廉，但對于地處寒區(qū)的高等級瀝青路面缺點尤為突出。

(1)直接灌入，很難清除縫內(nèi)雜物，使灌縫料與兩壁粘結(jié)不牢。

(2)材料自身負(fù)溫性能差，冬季材料極易脫落，達(dá)不到良好防水效果。

(3)夏天氣溫高時瀝青軟化，瀝青溢出路面被行車粘走，污染路面。

(4)每年一次重復(fù)施工，累計養(yǎng)護(hù)費用較高。

3.2 乳化瀝青灌縫

乳化瀝青是將通常高溫使用的道路瀝青，經(jīng)過機(jī)械攪拌和化學(xué)穩(wěn)定的方法(乳化)，擴(kuò)散到水中而液化成常溫下粘度很低、流動性很好的一種道路建筑材料，可以常溫使用，且可以和冷的和潮濕的石料一起使用，當(dāng)乳化瀝青破乳凝固時還原為連續(xù)的瀝青并且水分完全排除掉。乳化瀝青灌縫工藝與熱瀝青基本相同，其具有較好的常溫流動性，有利于將裂縫徹底灌透，但需要加入一定量的外摻劑，調(diào)節(jié)破乳成型時間及其粘結(jié)力，如破乳成型時間過短則易硬脆開裂松散，如果破乳成型時間過短則易滲漏造成表面不飽滿影響灌縫質(zhì)量。

3.3 SBR改性乳化瀝青灌縫

SBR改性乳化瀝青中摻加1%的丁苯膠乳、5%的橡膠粉灌縫。其施工工藝流程主要有:(1)用壓縮空氣吹去縫內(nèi)灰塵;(2)用竹片或鐵鏟清除縫中剩余雜物;(3)用鐵壺灌入SBR改性乳化瀝青灌縫材料。

該材料具有良好的高溫穩(wěn)定性、滲透性，此工藝無需加熱，設(shè)備比較簡單，灌縫效果較熱瀝青要好，但負(fù)溫性能不足，不適用于寒區(qū)瀝青路面裂縫修補。

3.4 進(jìn)口灌縫膠修補裂縫

使用進(jìn)口灌縫膠裂縫修補的工藝流程如下:(1)開槽作業(yè);(2)高壓氣體清理開槽;(3)灌縫前預(yù)熱。用普通液化氣罐外接噴火裝置，在實施灌縫前對凹槽加熱，溫度達(dá)到80～100℃左右后再進(jìn)行灌縫;(4)灌縫。在進(jìn)口密封膠加熱溫度達(dá)到188℃左右時，大型專業(yè)設(shè)備上自帶的具有刮平裝置的壓力噴頭將密封膠均勻灌入槽內(nèi)。灌縫分二次灌滿，第一次灌入槽深的4/5，第二次灌滿并在槽口兩側(cè)拉成寬60 mm，厚3 mm的帖封層。

該工藝修補后效果優(yōu)于前幾種，但機(jī)械化程度較高，材料和設(shè)備價格較高，在我國還未得到大范圍應(yīng)用。

4 寒區(qū)瀝青路面裂縫修補新技術(shù)

為探索適合我國寒區(qū)高等級公路瀝青路面裂縫修補新材料和工藝，為即將來臨的養(yǎng)護(hù)高峰期做好技術(shù)儲備，黑龍江省交通科學(xué)研究所研制成功了GLP-R型瀝青路面裂縫密封膠，它是一種熱融型高聚物密封材料，該材料在負(fù)溫狀態(tài)下具有較好的延展性、粘結(jié)力，且高溫不流淌、不粘車輪，密封膠在-37～90℃溫度范圍內(nèi)隨著裂縫的形變始終保持其穩(wěn)定的密封作用。通過對地處小興安嶺的伊嘉公路五營至湯旺河段試驗路三個冬季的觀測表明，應(yīng)用效果非常好，目前已應(yīng)于哈大、哈五等高等級公路，該材料特別適合于寒區(qū)瀝青路面裂縫的修補。較之國外材料相比，在施工工序和應(yīng)用效果相近的情況下，該材料為小型機(jī)械施工，操作簡單、快捷，且材料價格低于國外材料，可有效節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量的增長，寒區(qū)高等級公路瀝青路面大部分處于超負(fù)荷與超期服役狀態(tài)，病害急需進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。對于寒區(qū)高等級公路瀝青路面，裂縫是最為常見和典型的病害之一，需要我們加大重視，在公路建設(shè)中應(yīng)因地制異優(yōu)化瀝青混合料性能和配合比設(shè)計。對于出現(xiàn)裂縫病害的路面要科學(xué)掌握時機(jī)，及時進(jìn)行修補，國外的專業(yè)設(shè)備和材料灌縫效果較好，但綜合養(yǎng)護(hù)成本較高，在我國高等級公路還很難短時間內(nèi)普及和推廣應(yīng)用，面對即將來臨的養(yǎng)護(hù)高峰期的到來，從長遠(yuǎn)利益和綜合效益方面分析，還需要因地制宜，積極開發(fā)和推廣適合本地區(qū)低耗高效的瀝青路面裂縫修補技術(shù)和材料。

［1］李福普，沈金安.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實施手冊［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］沈金安.美國的SMA配合比設(shè)計方法［J］.國外公路，1998，(10).