公路瀝青路面灌縫機應用探討★

姜 婷

（山西工程科技職業大學智能制造學院， 山西 晉中 030031）

0 引言

截至2022 年末，我國路網總里程達535.48 萬km，居于世界前列。公路養護里程535.03 萬km，占公路里程比重的99.9%[1]。在公路瀝青路面病害中，裂縫是其早期最常見的病害之一。灌縫技術是路面裂縫預防性養護技術中最常用的處理技術，涵蓋了灌縫材料、灌縫設備和灌縫工藝等方面內容[2]。

國外的灌縫技術比較成熟，灌縫機產品研發也較完善，如美國Ceafco 公司、加拿大Susteg 公司等，很多公司產品系列化，不同公司的產品加熱、驅動、流量控制等也有所不同。我國隨著公路尤其是高等級公路的迅猛發展，對養護技術和養護設備的要求也越來越高，在歷經設備引進和產品自主研發后，有力推進了我國公路養護機械化技術的快速發展[3]。

1 瀝青路面裂縫特征及危害

裂縫是高速公路早期最常見、最易發生的病害之一，瀝青路面裂縫破損按幾何形狀特征分別有龜裂、橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫等，其中以橫向裂縫、縱向裂縫等線狀裂縫最為常見。

裂縫伴隨著瀝青路面的整個使用期，促使瀝青路面產生裂縫的因素主要由設計參數的選用、瀝青路面結構、施工材料（如瀝青混合料質量、基層材料等）、施工工藝、地質條件、氣候條件（特別是溫差較大的地區更為明顯）、交通荷載（如行車速率、車輛超載等）、養護工藝等諸多因素造成的。瀝青路面裂縫產生后如果不及時維護，就會伴隨著時間的推移逐漸擴展和加重。在裂縫初期，雨水通過裂縫進入基層，在行車載荷作用下形成的動力水對其結構進行沖刷后，裂縫會不斷地逐漸加寬加深，造成路面結構破壞，致使瀝青路面產生龜裂、坑槽、唧泥等一系列嚴重病害，不僅影響路面美觀和行車的舒適和安全性，降低瀝青路面的服務水平，而且縮短瀝青路面的使用壽命，甚至危及行車安全[4]。

2 灌縫機結構分析

2.1 灌縫機概述

灌縫機屬于路面機械，是現代灌縫技術的常用設備，也是路面裂縫養護的核心設備。瀝青灌縫機的灌縫作業是整個路面補縫作業的一個環節，在對瀝青路面裂縫進行開槽、清理、加熱步驟后，把加熱加壓后的灌縫膠均勻充分地灌入裂縫后，酌情撒布石屑，完成灌縫作業。

瀝青灌縫機按照行駛方式不同可分為手推式、拖式和自行式，手推式灌縫機體積小、質量輕、結構簡單、移動及操作方便，能夠實現灌縫膠全程加熱；拖式灌縫機結構相對較為簡單，使用時須配備牽引動力；自行式灌縫機將所有裝置放在一個底盤上，一般是液壓驅動，行走靈活。

按照熱熔箱容積不同主要有小型灌縫機、中大型灌縫機。小型灌縫機一般用于簡單的道路灌縫作業，大型瀝青灌縫機主要用于高速公路、市政等大工程量工程，我國常見的瀝青灌縫機規格型號有200 L、350 L、500 L 等，目前灌縫機技術趨向于包括清縫、加熱裂縫等功能齊全的大型灌縫機，相比于小型手推式灌縫機來說，大型灌縫機結構更加復雜。

2.2 灌縫機結構

瀝青灌縫機遵循灌縫作業質量佳、效率高、環保、節能的技術要求。不同灌縫機在結構上有所不同，一般包括動力源、底盤、加熱保溫系統、溫度控制裝置、液壓泵送系統等。

灌縫機的加熱系統是灌縫機非常重要的配置，關系到灌縫膠的融化性能和灌縫的質量和效率。加熱系統主要由燃燒器和熱熔箱組成，瀝青熱熔箱的作用是提供符合灌縫技術要求的灌縫膠，一是灌縫膠的溫度符合要求，二是灌縫膠融化均勻，三是灌縫膠不發生焦化。為防止灌縫膠的溫度過高或局部溫度過高發生焦化，瀝青熱熔箱采用加熱爐加熱導熱油，導熱油加熱灌縫膠的間接加熱方式。導熱油和灌縫膠中的溫度傳感器時時把檢測信號反饋到控制面板，通過數顯式溫控裝置實現溫度自動調節，控制灌縫膠的加熱溫度，提高施工進度和灌縫質量。在熱熔箱內部配置由液壓馬達驅動的攪拌器及導熱盤管，在灌縫膠稀化時，啟動攪拌器，對灌縫膠進行攪拌保證受熱均勻、快速融化。導熱油循環，箱內融化后的灌縫膠由瀝青泵加壓，通過出料軟管、出料口灌入裂縫。通過瀝青泵加壓輸出灌縫膠，流量速度可調節，并且由于壓力注射式使得灌縫膠和裂縫壁結合更緊密。瀝青熱熔箱外層一般為高性能保溫材料，可有效降低熱量的散失。

目前，導熱油的加熱一般采用液化氣或燃油點火加熱，點火系統由煤氣罐（柴油箱）、自動點火系統、燃燒器組成。自動點火系統有兩個溫度調節器，一個調節導熱油的溫度（最高溫度一般在出廠時已調好），另一個調節瀝青的溫度，兩個調節器都調好后，燃燒器的火焰也保持恒定[5]。

在出料軟管部位采用發電機提供電源的電加熱系統，通過恒溫控制出料管中灌縫膠的溫度，避免灌縫膠在溫度較低時凝固、在溫度過高時燒焦老化，保證出料的順暢，同時還可以減少因為冷凝原因導致人工清理軟管的次數。電加熱出料軟管在結構和材料上保證彎折度充分，滿足橫向、縱向裂縫的多項施工需求，滿足施工面積要求。

瀝青噴槍把加熱后的灌縫膠灌入縫中，一般為雙管循環回路，雙管循環回路是經過三通閥后分兩路輸出，一路去料箱，一路去噴嘴。通過操縱手柄可控制填封料去向[6]，使加熱后的灌縫膠與預熱后的裂縫良好黏合，提高黏接效果，噴出的未進入裂縫中的灌縫膠由回路管送回熱熔箱中。噴槍噴嘴可繞噴管轉動，而噴管能繞轉管作萬向運動，噴嘴可以繞自身軸線轉動外，可以上下左右擺動，可在縫槽的空間隨車架左右自由擺動，自動適應裂縫的走向。

此外，灌縫機的PLC 控制系統主要由電源總成開關、導熱油、密封膠、電加熱軟管、加熱溫控顯示器、瀝青泵開關等組件組成，通過中控元件對加熱元件溫度檢測、物位檢測等進行分析處理，根據控制要求輸出相應的信號，可以實現自動控制灌縫機溫度和各項操作，達到節能降耗、提高作業效率、縮短作業時間的目的。

動力及液壓驅動系統通過發電機和液壓傳動系統，提供整機動力和動力傳遞系統，采用液壓驅動方式給瀝青攪拌器驅動馬達、瀝青泵驅動馬達、導熱油循環驅動馬達提供動力[7]。

底盤系統是大型灌縫機主要的組成部分，一般有牽引式和自行式兩種。牽引式底盤在行駛及施工時需用機動車牽引，牽引鉤一般采用可調節式。

3 灌縫機應用

提高裂縫修補質量，要了解裂縫形成機理，尋找抑制裂縫形成、擴大的新技術；要分析選擇適宜裂縫修補灌縫膠；要完善施工工藝及施工條件；要選擇與作業匹配的施工設備，探討施工設備各部分功能、改進性能。

3.1 灌縫工藝探討

灌縫工藝一般流程：灌縫前準備→開槽→清縫→烤縫→灌縫→檢查養護→開放交通。

前期準備需要檢查灌縫機確定技術狀況良好，根據道路交通情況按照要求，在施工現場設置明顯的道路安全標志設施，施工人員穿戴安全防護服，按規定進行交通疏導和安全管理。對于一些小的裂縫，在灌縫前應先使用路面開槽機沿放樣標記，開槽深度和寬度滿足工程規范要求。

清縫作業在必要時用鋼絲刷將附著在縫隙邊緣至少10 cm 范圍內的雜物清除，再用空壓機的壓縮空氣對準已開好的溝槽進行徹底吹掃，徹底將雜物清除干凈，包括松動部分也要一并清除，否則灌縫膠黏附在松散的骨料上，導致黏附性差，在水、沙子、車輪等的作用下灌縫膠容易脫落，確保裂縫表面清潔無松動，無粉塵，提高密封膠與路面的黏結度。

在裂縫及其周邊吹掃干凈后，用噴火槍進行預熱烤縫，均勻烘烤裂縫直至作業規定溫度，為了均勻烘烤裂縫表面，可沿裂縫表面快速反復移動噴火槍，務必保證均勻烘烤而不至局部高溫破壞路面。地表溫度需達到20 ℃以上，使裂縫中的水汽蒸發，有利于路面與密封膠充分黏合。

裂縫表面烘烤完畢后，立即使用灌縫機對溝槽進行灌注，要求用軟管噴頭把灌縫膠充足、均勻地灌入封內，裂縫表面兩側留寬度3～4 cm、厚度≤2 mm的封層，采取必要的防黏輪處理，使路面與密封膠更好黏合。

灌縫后檢查灌縫填充充分飽滿，表面平整，無顆粒狀膠粒。灌縫膠經行車碾壓后不發生脫落變形，保持足夠彈性[8]。

最后在灌注材料表面上均勻撒布一層中粗砂，使密封膠加速吸附，防止流淌，保證作業面的性能及整體外觀。灌縫膠充分冷卻的情況下才能開放交通，否則灌縫膠會被輪胎黏帶脫離路面。實施時可根據氣溫等情況確定。

3.2 灌縫機應用探討

在瀝青路面灌縫作業中，灌縫機灌縫作業是其中重要環節，目前路面瀝青灌縫機種類較多，使用正確方法才能發揮到極致，提高灌縫的質量和效率。

3.2.1 環境溫度

在春秋季節氣溫7～18℃時，瀝青混凝土路面裂縫寬度達到較大值，裂縫相對比較穩定，適宜對瀝青路面裂縫進行處治，如我國北方地區可視情況選擇在春季3、4 月份和入冬10、11 月份晴朗天氣對路面裂縫進行處治。

施工溫度是造成灌縫膠脫落的原因之一，當溫度低到一定值就會降低密封材料的黏結力，容易脫落。當路面整體溫度較低時，灌縫后的灌縫膠溫度下降較快，收縮明顯，降低灌縫膠與路面的黏結力。

3.2.2 灌縫膠性能

公路灌縫膠是由優質石油瀝青和其他多種高分子材料在特定的條件下聚合而成，使用時不需添加其它任何溶劑。選擇灌縫膠產品時應根據不同路面施工情況，注意以下性能，黏結性強，不易被車帶走；彈性好，在低溫下仍能與裂縫黏結面保持一定的伸縮性和延展性；流動性強，深處的細微裂縫亦能得到有效封閉；密封效果好，能有效阻止雨水對路面的危害；凝固時間短，有效提升施工效率；使用壽命長，可提升路面使用壽命。其次不同的灌縫膠所允許的加熱溫度及成分不一致，不能混合一起使用，容易導致焦化或其他化學反應現象。

3.2.3 灌縫機選擇與操作

灌縫膠由于受高分子材料特性的影響，使用時需要在規定的溫度范圍內加熱才能達到良好效果，需要注意選擇符合技術性能參數要求的灌縫機，保證灌縫膠的最佳性能，提高施工質量和效率。

操作人員必須熟悉灌縫作業的灌縫機結構和規范操作要求，經培訓合格后才能上崗。例如工作時必須穿防護裝備；禁止在封閉的建筑內或通風不良的區域使用設備；正確檢查設備技術狀況，有磨損、擦傷、開裂痕跡的軟管必須更換，發電機維護、導熱油更換時間等等，只有熟悉規范操作才能保證灌縫的質量和提高灌縫的效率。

4 結語

公路瀝青路面橫向、縱向裂縫出現后隨著路齡的增加，開始出現大量支裂縫，若不及時修補會產生一系列問題，對路面的危害性進一步擴大，因此裂縫修補是一項重要的主要的日常預防性養護工作，在瀝青路面灌縫作業中，灌縫機的灌縫作業是其中重要環節，施工人員只有把握與灌縫的質量密切相關的作業環境溫度要求、灌縫膠選擇、灌縫作業工藝要求，了解灌縫機結構性能、掌握規范的操作，才能有效提高灌縫質量和效率，有效提高公路瀝青路面養護質量和使用壽命。