寒冷型灌封胶在公路养护灌缝中的应用

2020-01-26唐伟

西部交通科技 2020年12期

唐伟

摘要：文章为探究不同补缝材料的实际应用效果，选取适用于高山高寒地区的气候特点的寒冷型灌封胶和广泛应用的贴缝带两种材料，从气候条件适应性、裂缝特征、材料特性、施工工艺和经济效益等多方面进行论证分析，明确了灌封胶施工工艺及控制要点，并采用渗水试验进行了工后灌缝效果评价。结果表明：适用于冬季严寒区的寒冷型灌封胶不受除雪设备的破坏，修补耐久性强，使用年限达3年以上;温度耐性下限可达-40 ℃，寒区拉伸性能表现良好;工料单价是贴缝带的0.6倍左右，经济效益较高。裂缝处治后的8个测区渗水试验检测结果显示，渗水系数均能满足规范要求，裂缝表观边缘平整，灌封胶表面光滑，无颗粒状胶粒。研究成果可为高寒区沥青路面裂缝处治提供选材依据和施工借鉴。

关键词：沥青路面;灌封胶;裂缝;养护;渗水试验

0 引言

近年来，随着我国经济社会的不断发展，公路建设由传统的建管阶段逐步过渡为建管养并重平衡发展阶段，大量已建成公路进入了养护维修期。事实上，在役公路在复杂的气候条件、水文环境和车辆荷载的长期作用下出现了大量路面病害问题，其中裂缝是最常见的病害之一[1-3]。为此各级交通主管部门和运营管理单位不得不将裂缝列为年度预防性养护和大中小修养护的必选项，大量基层管养人员管理成本、机械设备采购和新材料使用费用也在逐年攀升，因此从节能降耗、经济节约、技术可行角度对裂缝处理材料开发、设备更新、工艺改进等方面研究更为迫切。

目前，国内有关对路面裂缝的研究主要集中在：

（1）新材料研发。应用较为广泛的有液体类灌封胶和固体类贴缝带[3-5]，主要倾向于修补耐久性强、施工操作智能化和特殊气候条件下的沥青基高分子聚合物类材料。

（2）裂缝维修设计。关注点主要在于开槽尺寸方面，采用传统处理缝宽界限为6 mm的维修方法密封裂缝，其有效期不超过一年，二次开裂失效率在85%以上。最新研究显示，一般裂缝开槽宽度设计为0.8～1.0 cm，深度为1.0～1.3 cm时，既能满足开槽机具性能要求，又具备较强的抵抗裂缝横向失效的能力。但仍存在不足：考虑到不同封缝材料的适用范围和适用条件存在较大差异，补缝材料随意选取将导致实际应用效果较差，短期内同一位置裂缝病害需进行再次维修处理，产生额外的费用支出和资源消耗。

鉴于此，本文借助典型路面型裂缝工程处治案例，对不同封缝材料、不同施工工艺的维修方案进行全方位、多层次、多角度分析论证，选取最佳处理方法和措施，以期改善路用性能，延长使用寿命，获得良好的应用效果。

1 工程概况

哈巴河公路管理分局2019年度养护总里程为366.167 km，其中：国道4.26 km，省道257.078 km，专用公路104.829 km。其负责管养的省道S227线于2004年10月交工验收，是出入哈巴河县城的重要路段，也是连接布尔津县和185团的交通枢纽，同时承担着戍边守防的重要使命。

S227线K3+000～K8+000路段道路为双向两车道，按二级公路标准建设，路基宽度为12 m（9 m）。目前道路整体使用性能较好，以日常养护、小修为主，路面主要病害表现为纵横向不规则裂缝，裂缝宽度分布范围在0.3～0.8 cm之间，其中横向溫缩性裂缝占比较大，已处治裂缝长度为9 023 m，本次拟处治长度为4 033 m。

2 材料选择

考虑到本项目位于新疆西北高寒地区，为确保维修质量和经济效益，避免补后原裂缝位置重新开裂失效，应结合现场气候情况、路面裂缝特征、材料特性、施工工艺和使用条件等方面综合论证选取裂缝处治材料。根据地区项目应用情况和市场调研，暂圈定适用于高山高寒地区的气候特点的寒冷或严寒型灌封胶和国内养护项目广泛应用的贴缝带或抗裂贴两种裂缝处治材料进行对比。

2.1 适用条件

新疆北疆地区冬季寒冷漫长，S227道路沿线分布有多处风吹雪路段，周边居民出行受雪害影响较大，每经历大雪天气均需借助大型除雪清障设备恢复正常交通运行。如采用贴缝带处理裂缝，则极易在冬季使用过程中被大型除雪机械铲除或破坏，雪水渗入开裂缝隙后逐渐封存于路基体内，在经历多次冻融循环作用后，沥青混合料粘附性能衰减严重，空隙率逐渐变大，并发展为新的裂缝，其主要用于应急防裂处理或高等级公路等不阻断交通条件下的裂缝封闭处理。而灌缝胶多为嵌入裂缝槽孔内部，封闭两侧断裂面的复合材料，可有效阻止雨雪水下渗，延缓坑槽、龟裂等其他类路面病害的发展速度，为春季封缝处理争取时间，主要在低等级公路路面或交通量相对较小路段裂缝防治及预养处治应用较多。因此，就适应性而言，采用液体类灌封胶更适合本地气候环境，利于裂缝病害的有效防治。

2.2 材料性能

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）、《路面加热型灌封胶》（JT/T 740-2015）、《路面裂缝贴缝胶》（JT/T 969-2015）要求，采用PHP-806全自动沥青软化点测试仪（XJKE4-8）、LZ-S电脑自动沥青针入度仪（XJKE4-13）等主要设备对上述两种材料进行性能检测，检测结果分别见表1、表2。

表1、表2检测结果表明，两种材料基本性能指标均满足规范要求，其中灌封胶最重要的性能参数低温拉伸检测通过，弹性恢复率接近上限值，而贴缝胶主要衡量指标粘结性能是规定值的2.5倍，两种材料在性能指标上的差别并不大。但从材料耐久性分析，灌封胶能长久保持对裂缝的良好密封效果达3年以上，而贴缝胶使用年限为1～3年。就温度耐性区间而言，贴缝胶为-30 ℃～90 ℃，灌封胶为-40 ℃～90 ℃，可见灌封胶的耐低温适应性更强。综上对比，液体式灌封胶更适合应用在本项目低温环境中。

2.3 施工工艺

从可操作性和施工便利性上，贴缝带贴缝工艺明显更加方便和简单，可更多地用于条件比较简陋的养护单位，以及临时抢修工作;灌缝对施工人员要求较高，需要施工人员能熟练操作灌缝设备，从而发挥设备和材料的最好性能。从维修设备投入上分析，贴缝带无需开槽机械，而灌封胶则暂不需要碾压设备。从施工速度方面来看，较宽的裂缝使用灌封胶时，灌缝前须耗费较长时间加热融化材料，且开槽工艺复杂、施工速度较慢，而贴缝带只须根据不同的裂缝宽度选择相应规格的材料即可，且施工时无须封闭交通，施工完成后即可通车。从节能降耗、环境保护角度出发，使用路面灌缝胶修补路面裂缝施工前，开槽机切割路面产生大量灰尘，施工时须将灌缝胶加热熔化成液体，在加热熔化的同时不仅耗费大量燃油，也会产生污染环境和伤害施工人员的废气。而采用贴缝带进行路面裂缝修补，无须开槽扩缝，无烟、无尘、效率高，工艺简单。

2.4 经济效益

从当期投入上看，两种工艺在材料成本上差距不大，贴缝带贴缝工艺在设备和人工投入方面更为节省，灌缝施工的工料单价约13元/m·3年、贴缝施工的工料单价约7元/m·年。若折合到3年、5年养护期计算。3年期：灌缝一般3年不返工，即13元/m·3年;贴缝带通常1～2年返工，如果有除雪路段需每年返工，就是21元/m·3年。5年期：灌缝返工一次，即21.7元/m·5年，贴缝施工每年返工，就是35元/m·5年。但从长期投入上看，灌封胶灌缝工艺能显著减少养护施工次数，从而使工程投入材料、人员、设备等费用降低，且减少了封闭施工对交通的影响，因此具有更好的经济效益和社会效益。

两种材料详细对比分析汇总见表3。

综上，贴缝带虽然施工工藝简单、能耗小、对环境影响可控，但在本项目实施后的工后易损问题无法解决，设计使用寿命存在折减，达不到预期应用效果。从材料性能和适用条件来看，灌缝胶主要在裂缝内部发挥密封作用，受外界影响较小，不会被外力（如铲雪车等）破坏，使用年限在3年以上，对项目区冬季严寒气候适应性好，最低可耐受-40 ℃左右的严寒天气。从经济效益角度，按养护寿命周期折算，贴缝带工料单价是灌封胶的1.6倍以上，不利于养护成本节约。因此，推荐采用适用于冬季严寒区的热熔型灌封胶进行裂缝封闭处理。

3 灌缝施工

根据灌封胶材料特性、裂缝修补工作量、材料运距、气象资料等完成机械设备配置、现场作业人员技术交底和保通措施等施工前准备工作。

3.1 准备工作

（1）计算材料用量

在规定施工温度时，1 kg灌封胶可封闭处理一条长8 m、宽1 cm、深1 cm的裂缝。

估算公式为：宽（cm）×深（cm）×长（m）×0.12（kg）

例如：一条宽与深均为1.5 cm的纵向裂缝长达30 m，则灌封胶用量为：1.5×1.5×30×0.12=8.1 kg。

（2）加热灌封胶

灌缝前，需使用热熔釜加热仓将灌封胶加热熔化，加热至规定施工温度193 ℃～204 ℃。

注意：为确保灌封胶均匀受热，应使用以导热油或热空气为介质、配置自动搅拌功能的加热设备。加热温度不足或灌封胶局部温度不足，会导致灌封胶不能完全发挥出应有性能。加热温度过高、长时间高温加热、多次冷却后反复加热，会使灌封胶出现老化变质乃至失效的问题。因此，在不具备均匀加热设备的条件时，不得采用开放式加热容器或明火直接加热灌封胶。

3.2 施工工艺流程及要求

（1）封闭交通。根据《公路养护安全作业规程》（JTG H30-2015）中有关规定和保通设计，结合施工现场实际情况，按规定距离摆放锥型桶及其他移动标志，并设专人负责指挥交通。

（2）开槽。按照设计图纸，调节好开槽机的宽度和深度，沿裂缝进行开槽，以便胶液能更好地填充裂缝。施工过程中要根据裂缝变化情况及时调节槽口尺寸，以满足设计要求。

（3）清缝。用压缩空气枪将槽内及两侧至少5 cm范围内的浮尘、石屑等杂物清吹干净，保持槽内及两侧缝壁清洁、稳固、干燥，如裂缝内湿润或潮湿也应先烘干或晾干后再进行施工。

（4）灌缝。在灌缝施工前3 h左右开始使用灌缝设备的热熔釜加热灌封胶，并搅拌均匀，使胶液完全融化，无未融化的块状物。灌封胶的加热温度应达到规定温度以上，但不能超过最高温度限制，当达到200 ℃的条件时，用灌缝终端上带有刮平器的压力喷头（手喷枪）或其他小型辅助注胶设备将灌封胶均匀地灌入槽内。灌注的胶液面应略高于路面2～3 mm，并用刮板修整胶液表面，保证路面美观。如裂缝内部空隙较大，胶液下渗速度较快，可在该位置补灌。

（5）养护。灌缝完成后，应继续封闭施工区进行养生，直至胶液完全冷却成型后可开放交通。封闭养生时间视天气情况不同一般需要10～30 min。

3.3 外观验收标准

（1）灌封胶高于路面≤0.3 cm。

（2）灌封胶贴封层边缘整齐，表面平整。

（3）灌封胶表面光滑，无颗粒状胶粒。

（4）车辆碾压后不变形，保持弹性。

3.4 灌缝效果评价

针对病害处理4个月后的路面使用性能状况，主要采用渗水试验后评价方法进行验证，按照《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）要求每隔200 m测1处，将本项目施工段划分为8个测区，每个测区布置5个测点，检测结果见表4。

根据规范要求普通密级配沥青混凝土路面渗水系数为300 ml/min，由表4可以看出，8个测区的典型位置处路面补缝渗水系数的均值都小于规范要求，在裂缝封闭处理4个月后，其密封性尚处于良好状态。经现场实际调查，灌封胶表面紧贴集料、沿缝长度连续圆滑、无开孔破裂现象。处理前后对比如图1所示。

4 结语

（1）两种材料在性能指标上的差别并不大。但灌封胶材料的耐久性更强，能保持良好密封效果达3年以上，抗极限低温可达-40 ℃，更为重要的是不受冬季除雪车机械破坏，在高寒区道路裂缝封闭处理上具有独特优势。

（2）对裂缝处治后的8个测区进行渗水试验，用于评价裂缝实际封闭效果。检测结果显示：渗水系数均能满足规范要求，裂缝表观边缘平整，灌封胶表面光滑，无颗粒状胶粒。