施工短期老化對灌縫膠性能的影響研究

作者簡介：周婷娜（1989—），工程師，研究方向：公路工程管理。

摘要：為探究施工短期老化對灌縫膠性能的影響，文章采用室內試驗模擬了灌縫膠在施工階段的短期老化，并通過相關性能指標變化分析短期老化對灌縫膠性能的影響，同時依托廣西某高速公路開展應用并進行總結。結果顯示：灌縫膠現場儲存時間宜≤6 h，187 ℃為最佳施工溫度；采用推薦的施工工藝對裂縫開展修補，跟蹤檢測結果顯示其1年后的修補完好率達到91%，具備良好的使用耐久性。

關鍵詞：高速公路；短期老化；灌縫膠性能

中圖分類號：U416.03A120382

0 引言

裂縫是瀝青路面最常見的早期病害，雖然在早期對路面整體服務性能的影響較小，但若不及時處理，裂縫將成為外部水進入路面結構內部的通道，最終導致路面嚴重破壞^［1-2］。現階段針對瀝青路面裂縫主要是采用灌縫膠進行修補，而灌縫膠的質量好壞對裂縫修補效果至關重要。《路面加熱型密封膠》（JT/T740-2015）對灌縫膠性能提出了明確要求，但并未提及施工短期老化可能對灌縫膠性能的影響。由于裂縫修補施工工藝的影響，從現場制備開始到施工完成，灌縫膠將不可避免地發生老化。與在長期使用過程中的老化不同，這種老化是一種短期老化，但對灌縫膠性能也將產生較大影響。

當前，國內外相關研究主要集中于灌縫膠的材料配合比優化及路用性能提升等方面，對灌縫膠在施工過程中受短期老化影響的研究較少^［3-5］。基于上述情況，本文在室內試驗模擬灌縫膠在施工階段的短期老化，并通過相關性能指標變化分析短期老化對灌縫膠性能的影響，同時依托高速公路開展相關試驗應用并進行相應總結，為高速公路養護從業者在后續灌縫膠裂縫修補的應用提供參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

灌縫膠是一種具有高粘結力和高彈性的高聚合物橡膠瀝青材料，屬于加熱型路面修補材料。結合廣西濕熱多雨氣候特征，本文選取市面上某品牌高溫型灌縫膠，其相關性能檢測指標如表1所示。

1.2 施工短期老化模擬

灌縫膠的施工短期老化主要包括兩個部分：（1）如果裂縫修補時開槽效率低，導致灌縫膠在灌縫機的加熱容器中長時間儲存而產生的儲存老化；（2）在裂縫修補施工時，施工溫度較高可能產生的施工老化。針對儲存老化，對灌縫膠采用室內恒溫加熱套及小型攪拌機進行儲存老化模擬。針對施工老化，對灌縫膠采用不同溫度進行加熱，以模擬施工時的高溫老化。具體老化相關條件如圖1所示。

1.3 試驗方案

（1）對原樣灌縫膠及儲存老化后的灌縫膠，主要參考《路面加熱型密封膠》（JT/T740-2015）規范進行錐入度、軟化點、流動值、彈性恢復及低溫拉伸等試驗。對施工老化處理后的灌縫膠，主要參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）進行布氏旋轉黏度試驗。

（2）采用灌縫機進行高速公路裂縫修補，相應施工工藝見下文。

2 灌縫膠老化試驗研究

2.1 儲存老化影響研究

高速公路進行裂縫修補作業時往往涉及開槽工藝，開槽效率低將導致灌縫膠在裂縫修補機中長時間加熱儲存。同時，由于裂縫修補作業是在已通車的高速公路上進行，交通管制等因素也可能造成施工作業持續時間延長，而灌縫膠高溫條件下的長時間保存必將導致儲存老化。因此，本文通過室內試驗對灌縫膠進行不同存儲時間的模擬并檢測其性能變化，具體試驗結果如表2所示。

錐入度與材料的軟硬程度相關，軟化點反映了材料的高溫性能，彈性恢復率反映了材料對雜物嵌入的抵抗能力，流動值表征的是高溫時發生流淌的程度，低溫拉伸則表征了材料在低溫時抵抗破壞的能力。從表2的數據可以看出，隨著儲存時間的逐漸增加，灌縫膠的錐入度和彈性恢復率呈逐漸減小的趨勢，而軟化點則升高，流動值表現較為穩定，未出現明顯變化。上述各項指標隨著儲存時間增加均出現了不同程度的變化，但總體仍滿足規范要求。但是，當儲存時間達到8 h后，灌縫膠的低溫拉伸性能已無法滿足三次循環后的拉伸要求。這表明在儲存過程中，灌縫膠發生了一定程度的老化，主要原因是由于灌縫膠中的輕質組分受熱不斷揮發，導致材料逐漸出現偏脆硬特性，最終體現在材料高溫性能的提升以及低溫抗破壞能力的衰減。為保證灌縫膠具備足夠的粘韌性、高溫穩定性和低溫抗破壞能力，建議灌縫膠的儲存時間≤6 h。

2.2 施工老化影響研究

在灌縫膠施工時，要確保其具備一定的流動性以填充裂縫，而這一性能主要與黏度相關，而黏度主要受施工溫度影響。當施工溫度低時，灌縫膠的黏度較大，流動性較差，會造成噴槍堵塞而影響施工。雖然提高施工溫度能顯著降低灌縫膠的黏度，使其流動性能滿足工作要求，但過高的溫度也會導致灌縫膠老化。因此，本文通過測定灌縫膠在不同溫度下的布氏旋轉黏度，結合實際性能需求，推薦最佳施工溫度。具體結果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨加熱溫度的不斷增加，灌縫膠的黏度呈現下降趨勢，這一趨勢符合橡膠瀝青類材料作為粘彈性材料的變化特性。當加熱溫度較低時，如160 ℃條件下，灌縫膠的黏度達到了6.1 Pa·s，此時的灌縫膠不具備足夠的流動性，無法充盈飽滿地填滿裂縫。當加熱溫度較高達到200 ℃時，雖然灌縫膠黏度顯著下降至2.1 Pa·s，流動性可以滿足要求，但存在老化的風險。施工經驗推薦灌縫膠黏度為3 Pa·s時可以滿足流動性要求。通過對灌縫膠的黏溫曲線進行線性擬合，可以得到相關系數R²達到0.93以上的擬合曲線Y=-0.097 3x+21.2。以目標黏度3 Pa·s代入公式計算，可以得出相應的加熱溫度為187 ℃。在該溫度條件下進行施工，可以保證灌縫膠不發生老化的情況下兼具良好的流動性能。

3 灌縫膠路用性能驗證

3.1 灌縫膠裂縫修補施工要點

依托廣西某高速公路的日常養護作業進行裂縫修補，其主要施工工藝流程如圖3所示。

總結裂縫修補中的施工控制要點如下：

（1）裂縫修補通常都是占道施工作業，往往面臨較大的安全風險，因此必須嚴格按照《公路養護技術規范》做好現場作業區的安全管控。

（2）依據裂縫寬度合理確定開槽尺寸，使用開槽設備沿裂縫走向切割出寬深比在1∶1～1∶2的U形槽。開槽完成后清理槽內的雜物，確保槽內清潔、干燥，確保灌縫膠具備良好的粘結條件。

（3）對灌縫膠的加熱要嚴格按照推薦的施工溫度進行，同時要確保其在加熱過程中受熱均勻，以避免灌縫膠發生老化。

（4）采用灌縫機進行施工時，要緩慢移動噴槍頭，確保灌縫膠能夠均勻、飽滿地布滿槽內，同時還要確保裂縫修補完后的整體美觀性。

（5）灌縫膠灌縫完成后，根據當地氣溫實際狀況和現場交通情況綜合確定合理養護時間，待灌縫膠完全冷卻成型后開放交通，養護時間建議≥30 min。

3.2 灌縫膠裂縫修補質量跟蹤檢測

針對灌縫膠裂縫修補施工質量的檢測主要集中在外觀質量和路用性能兩個方面。在外觀質量方面，灌縫修補后的表面應飽滿平整、邊緣齊整，同時與舊路面應粘結良好，不得出現脫落、剝離等現象。在路用性能方面，裂縫作為路面薄弱處，極易成為外部水進入路面的通道，因此必須確保裂縫修補后不發生滲水。除此之外，為確保路面整體平整度良好，灌縫處高出路面的部分應lt;3 mm。依照前文推薦的儲存時間、施工溫度、施工工藝及相應質量驗收標準，采用灌縫膠對高速公路裂縫進行修補，并對修補情況進行跟蹤質量檢測，具體如后頁表3所示。

總體來看，裂縫修補后3個月的整體質量穩定，未出現較大的變化，修補完好率達到了97%；在1年后，經過夏冬兩個季節變化后，裂縫修補處未出現卷邊、開裂等現象，修補完好率仍然達到了91%，這說明采用灌縫膠進行裂縫修補具有良好的耐久性，有效避免了裂縫擴展成為其他嚴重病害。

4 結語

（1）隨著高溫儲存時間的增加，灌縫膠將發生一定程度的老化，材料的錐入度和彈性恢復率將減小，軟化點將增加，流動值則未出現明顯變化。在儲存時間達到8 h時，灌縫膠低溫拉伸性能無法通過。綜合考慮各項性能，推薦灌縫膠的儲存時間≤6 h。

（2）通過對灌縫膠的黏溫曲線進行測定，當灌縫膠的施工溫度為187 ℃時，可確保灌縫膠在不發生老化的情況下具備良好的流動性能。

（3）采用推薦的施工工藝對裂縫進行修補，跟蹤檢測結果顯示1年后的修補完好率達到91%，說明灌縫膠具備良好的使用耐久性。

參考文獻

［1］陳大地.廣西瀝青路面裂縫處治方法研究［D］.南寧：廣西大學，2021.

［2］丁清卿.路面灌縫施工技術在高速公路中的應用［J］.中國公路，2021（16）：98-99.

［3］唐 偉.寒冷型灌封膠在公路養護灌縫中的應用［J］.西部交通科技，2020（12）：80-83.

［4］高 松.道路瀝青路面灌縫膠的性能研究［D］.長春：吉林建筑大學，2020.

［5］高 陽.橡膠改性瀝青灌縫材料開發與性能研究［D］.重慶：重慶交通大學，2019.