橡胶沥青灌缝胶的生产及应用技术

张 博

(中海油炼油化工科学研究院，山东 青岛 266500)

国外对路面裂缝修补技术的研究已经非常成熟，形成了完善的路面裂缝修补施工技术，建立了路面裂缝修补材料的性能评价体系。我国于20世纪90年代中后期才开始引进这一技术，用于高等级路面的预防性养护工作。随着人们对于预防性养护的认可，各地公路管理部门开始采购灌缝设备和灌缝材料，开展了大面积的裂缝修补作业。以山东省为例，17个地市均配备了先进的灌缝设备和材料，当年即完成了沥青路面灌缝260余万延米，且经历了连续两年的强降雨考验，验证了路面裂缝修补是一种有效的沥青路面预防性养护技术[1]。

随着从业者对预防性养护观念的重视，对灌缝材料数量和产品品质的需求也有了大幅度的提高，相关技术领域人员在引进国外高性能材料和先进施工技术的同时，也都将目光投向了新材料、新技术、新工艺的开发和应用。

1 橡胶沥青灌缝胶技术指标

路面裂缝灌缝胶刚引入我国时，生产厂商以及业主单位对灌缝胶的技术指标都不够重视，检测试验局限于沥青传统的针入度、延度、软化点。然而，在使用过程中发现灌缝胶的性能要求与道路沥青有很大区别，沥青三大指标试验来评价灌缝胶是不适用的[2]。软化点并不能完全反映灌缝胶在高温条件下的流淌程度，需要用流动试验来评价其高温性能。低温性能指标用延度来评价也是不合适的，通常改性沥青延度测试的试验温度为5℃，而我国冬季气温条件下的路面温度一般都在0℃以下，极端地区最低可达-30℃以下，因此延度试验不能实现足够低的试验温度，不适用于评价灌缝胶的低温性能。同时，灌缝胶开裂往往最常出现在灌缝胶与沥青混凝土路面的结合面上，而改性沥青的延度试验不能反映灌缝胶与缝壁的粘结性能[3-4]。

近年来，随着公路养护部门对预防性养护的逐渐重视，灌缝胶生产厂商竞争日益激烈，交通部公路科学研究院出台了橡胶沥青灌缝胶的技术指标，规范了养护材料的市场，主要检测方法包含：锥入度试验、流动试验、拉伸试验、弹性试验、沥青相容性试验等。

2 橡胶沥青灌缝胶主要成分对使用性质的影响

2.1 合成橡胶类改性剂对灌缝胶的影响

图1 不同类型合成橡胶改性剂对灌缝胶性能的影响

合成橡胶由于具有良好的力学特性而广泛应用与沥青材料的改性。本文选取两种沥青改性中常用的不同类型改性剂来制备灌缝胶，通过高温抗变形能力、低温粘结性能以及弹性形变恢复性能，考察不同种类改性剂对于灌缝胶性质的影响，结果如图1所示。

均得到了提升，相同的制备工艺条件下，改性剂-1的作用优于改性剂-2。

2.2 相容剂对灌缝胶的影响

橡胶类改性剂虽然能够有效改善灌缝胶的高、低温性能，但从上面数据可以看出，其低温拉伸指标距技术要求差距还很明显。在改性沥青生产中，富含芳香烃组分的化合物通常被用来改善基质沥青组分配伍性，增加改性剂与基质沥青的相容性，促进聚合物在沥青中更好的发挥作用，这类物质被称为相容剂。通过前面试验可知，随着改性剂加入，灌缝胶的锥入度降低，沥青塑性变差。因此，考虑采用相容剂对灌缝胶体系进行改进。在改性剂-1与沥青的体系中，添加不同比例的相容剂，考察相容剂添加量对灌缝胶性质的影响，结果见图2。

图2 相容剂添加量对灌缝胶性能的影响

由图2可知，随着相容剂调和比例的升高，样品低温性能得到明显提升，其原因可能是由于相容剂的加入改善了聚合物改性剂与沥青的相容性，使得改性剂交联更加充分，高、低温改性效果更加明显[5]。随着相容剂添加量的增加，弹性恢复率呈现先增大后减小的趋势，这是由于前半部分，相容剂促进了改性剂与沥青的溶胀，提升了灌缝胶的弹性特征，随着相容剂进一步的增加，相容剂相的粘性特征成为主导，因而整体上出现了弹性特性下降的现象。

2.3 改性剂含量对灌缝胶的影响

由前面试验可知，改性剂-1能够在高、低温双向对灌缝胶的性能起到提升的作用，从而拓宽灌缝胶的使用温度区域，接下来考察改性剂-1在不同添加量下对灌缝胶性能的影响，考察添加量在10%～25%范围内，随着改性剂加量提高，灌缝胶技术指标的变化，结果见图3。

图3 改性剂添加量对灌缝胶性能的影响

由图3可知，随着改性剂添加量的增大，试验样品的高温性能得到提升，同时低温指标也并未衰减。但过高的改性剂加入量导致灌缝胶本身的内聚力升高，引起弹性恢复率数值超标。在实际使用过程中，这一情况将导致灌缝胶与路面裂缝分离，甚至造成次生沥青混凝土开裂。

3 橡胶沥青灌缝胶生产工艺

橡胶沥青灌缝胶的生产是以一定比例的石油沥青为原料，经原料泵加压，通过换热器加热到一定的温度进入改性沥青站，按一定配比加入聚合物改性剂、相容剂、软化剂等组分，经高速剪切、搅拌溶胀后，形成的稳定橡胶沥青体系的过程。

橡胶沥青灌缝胶的生产装置与SBS(或者橡胶粉)改性沥青生产装置相似，主要包括原料罐、发育罐、成品罐、换热器、改性沥青成套设备(内含给料泵、胶体磨、改性剂计量提升机、混合罐)、研磨罐、溶胀罐、相容剂泵、相容剂罐、原料泵、改性沥青泵、成品泵和改性剂计量提升机等设备。由于橡胶沥青灌缝胶采用独立小包装的运输储存方式，一般在常规的改性沥青生产装置中加入一套冷却、灌装设备，橡胶沥青灌缝胶生产工艺原则流程图见图4。

图4 橡胶沥青灌缝胶生产工艺原则流程图

4 橡胶沥青灌缝胶的应用

4.1 裂缝分类

从养护工艺的角度来看裂缝可按其缝宽分为2mm以下、2～6mm、6～12.7mm、12.7～25mm、大于25mm[6]。6mm以下的微小裂缝由于尚未发生结构性损坏通常不作更多的处理，只在表面上作贴封式的封面，其目的是防止由于雨水、冰雪通过裂缝向下渗入而继续扩大，属于预防性养护的范畴。宽度在6～12.7mm的小裂缝因尚未造成严重的结构性破坏因而也将它们的处理归入预防性养护，但此类裂缝通常需要进行扩缝处理[7]。

4.2 灌缝工艺

近些年随着高速公路建设的大力发展，早期建成的路面病害也逐渐显现出来，公路预防性养护的概念引起人们的广泛关注，但长期以来工程管理与技术工作者对路面灌缝技术的研究不够重视，导致目前我国尚无灌缝胶施工技术规范，在灌缝养护的操作规程方面均借鉴《公路养护技术规范》、《公路沥青路面养护技术规范》、《公路水泥混凝土路面养护技术规范》的相关规定。

目前比较规范的路面裂缝修补，在施工阶段包含六部分工作：灌缝准备工作、封闭交通、开槽、吹扫、灌缝、养护。

灌缝准备工作，在裂缝灌缝施工前，熟悉施工区域的气候、交通流量，对路面裂缝进行实地调查，记录裂缝产生的位置，裂缝的折算面积和深度，准备充足的灌缝材料，结合现场情况编制施工组织方案。

封闭交通，按照国家交通封闭要求进行，在交通封闭期间设专职安全员进行巡查。对封闭段内封闭设施损坏的需及时更换，倒伏的需及时扶正。并在封闭段设置红旗，安全员指挥交通，防止非施工车辆进入封闭段，封闭段长度不应小于1.5km。

开槽，按照设计的开槽尺寸，预先调节好开槽机开槽深度，然后进行开槽作业。开槽尺寸与形式对灌缝养护寿命影响较大。裂缝修补中典型开槽方式：方槽灌封式、方槽贴封式、浅槽贴封式、无槽贴封式、深槽凹封式、方槽凹封式、无槽填封式、无槽帽封式，其中方槽贴封式的使用效果最好，应用最多。实际施工中需要考虑灌缝养护效果与原材料成本，所以开槽尺寸建议值，深度：1.6～2.0cm，宽度：不小于1.2cm。

吹扫，用开槽机开槽后，应该用肩背式吹风机将槽内的碎渣及裂缝两侧至少10cm范围内的尘土、沙粒彻底清除干净，使灌缝胶可以黏结在干净、坚实的表面上。

灌缝，若在气温低于4℃补缝，灌缝机须配有预热设备对开槽部位进行预热，若在此温度下不预热就进行灌缝，会降低密封胶的粘结力，如果在气温高于4℃时灌缝，可不进行预热，一般预热后的灌缝效果要好。在密封胶加热温度达到190℃左右时，用灌缝机上带有刮平器的压力喷头将密封胶均匀的灌入槽内，并在裂缝两侧拖成一定宽度与厚度的封层，灌缝后两侧宽度总计控制在4.5cm～5cm。

养护，用灌缝胶灌缝后，应在上表面均匀撒布水泥，待灌缝胶充分冷却后，把路面上的碎渣清扫干净，才能开放交通，一般冷却时间为15min左右，具体开放交通时间可根据气温情况灵活掌握。

5 结语

随着预防性养护技术在我国的不断推广，目前在公路路面裂缝养护中所面临的问题依然是高性能路面裂缝灌缝材料的匮乏以及灌缝施工规范的缺失。交通运输部提出了推进公路科学养护，加强预防性养护新设备、新材料、新技术和新工艺的研究，推行低碳、环保、节能养护，努力形成成套技术标准体系等要求，并且随着越来越多的从业者对于预防性养护概念的理解，相信在不久的将来预防性养护会得到广泛的关注，在我国公路网的建设中起到重要的作用。