半刚性基层沥青路面裂缝处治措施研究

李思源

摘 要：半刚性基层的主要优点为刚度大、稳定性强、成本低等，但该类材料一直存在难以解决的问题：裂缝持续发展且修复困难。针对该现象文章进行了以下研究：通过实际工程对现状裂缝进行了描述，制备修补材料并对其性能进行分析，通过对沥青混合料性能分析和工程应用说明修补材料的有效性。研究结果表明：该修补材料中聚氨酯掺量为45%时，裂缝修补性能最佳，对沥青路面裂缝处治研究具有一定的指导意义和应用价值。

关键词：半刚性基层;裂缝;修补材料

0 引言

我国对沥青路面裂缝的研究起步较晚。刘士元[1]通过研究基层裂缝对面层的影响，表明可通过优化基层材料来减少裂缝的产生。苛弘生[2]通过改善沥青性能来提高路面强度，主要方法为掺入外加剂，提高变形能力和抗弯性能。吕伟民[3]通过建立裂缝发展预测图，表明该方法的应用广泛性。通过以上学者的相关分析，该研究已取得了初步的成果，但仍存在不足。本文通过研究由乙烯基酯树脂和聚氨酯混合的裂缝修补材料，为裂缝处治措施的研究提供了一定的参考价值。

1 案例分析

1.1 工程概况

文章所依托工程为我国某高速公路维修项目，路线长59 km，双向六车道，所处地带为温带，年平均温度13.5℃，最高温度达43℃，最低温度为-20℃，年降水量500 mm。通车后，在交通荷载和环境因素的共同作用下，路面刚度表现良好，但在不同路段出现较为严重的裂缝病害，主要有横向裂缝、纵向裂缝、网裂等。为不影响行车安全性、舒适性等，采用输送孔方式对裂缝进行修补。

1.2 制备修补材料

修补材料是将一定质量的乙烯基酯树脂和聚氨酯进行混合制成，试验组为5组，设定基准为：聚氨酯占乙烯基酯树脂的15%、25%、35%、45%、55%，并分为命名为修补材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。在修补材料中加入二甲基替苯胺进行搅拌，该物质的作用是稳定原材料性能。

1.3 性能分析

五种修补材料的黏度试验结果如表1所示。

通过上表可知：五种修补材料的黏度性能表现为：修补材料Ⅴ>修补材料Ⅳ>修补材料Ⅲ>修补材料Ⅱ>修补材料Ⅰ。

同时通过对修补材料的压缩性能、拉伸性能、耐老化性、环保性能等进行相关分析，结果表明：（1）聚氨酯占乙烯基酯树脂的25%～45%范围内，材料的压缩强度变化较大，且材料Ⅳ和Ⅴ比材料Ⅰ和Ⅱ的压缩性能强。（2）聚氨酯占乙烯基酯树脂的比例>45%时，混合物的拉伸模量降低幅度较小。（3）经试验监测，五种裂缝修补材料均不会对水和环境造成污染。

2 沥青混合料性能分析

2.1 方案设计

通过沥青混合料制备小梁试件、马歇尔试件进行试验。试件分三类工况：完好的、切割后的、修补后的，分别模拟沥青路面的三种状态：完好的、带裂缝的、修补后的。

2.2 低温性能分析

文章采用的是最能反映试件低温破坏状态的低温弯曲蠕变试验方法，具体如下：试件尺寸为250 mm×30 mm×

35 mm;弯曲蠕变试验过程中环境温度为-10℃，加载速率为50 mm/min。该试验选取的评价指标为最大弯拉应变和劲度模量。计算公式如下所示[4]：

εb=6hd/L2 Sb=Rb/εb

上式中：L、b和h分别表示试件的长度、高度以及宽度;Rb表示极限弯拉强度;εb 表示最大弯拉应变;Sb表示试件的劲度模量。

试验结果分析：

（1）劲度模量分析。文章通过进行小梁弯曲试验来测定，加入修补剂的试件的劲度模量变化趋势，结果如图1所示。

通过对弯曲模量的试验结果进行分析表明：修补试件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ（分别为使用修补材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ后的试件）的劲度模量分别为原试件的50.26%、62.35%、68.36%、77.25%、81.64%。以上数据表明，聚氨酯占比越大，劲度模量的数值也越大。当聚氨酯的占比在45%后，弯曲模量趋于稳定。

（2）弯拉应变分析。通过小梁弯曲试验来测定，加入修补剂的试件的弯拉应变变化趋势，结果如图2所示。

通过对弯曲模量的试验结果进行分析表明：修补试件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ（分别为使用修补材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ后的试件）的劲度模量分别为原试件的49.23%、62.35%、30.25%、18.56%、13.49%。以上数据表明，聚氨酯占比越大，弯拉应变的数值越小。且聚氨酯掺量大于45%时，试件弯拉应变与未修补试件的弯拉应变之差小于20%。

3 修补效果分析

为验证修补材料对沥青路面裂缝的处治效果，对裂缝修补处进行了取芯，如图3所示。

可以看出：试件中裂缝较为明显且贯穿芯样，修补材料已经填满裂缝，并补充到微裂缝中，说明修补材料与混合料进行了完好结合，无脱落现象;同时说明修补材料的渗透性、粘结性较好。对试件的稳定度和流值进行分析：分别取样6个试件，测试稳定度和流值均满足规定要求，其中稳定度指标平均为9.1 kN，流值指标平均为2.7 kN。因此证明了本文研究制备的修补材料具有较好的沥青路面裂缝处治效果。

4 结语

本文通过对路面裂缝的处治进行研究，结果表明：（1）文章自配五种修补材料，并对其进行初步性能分析，通过相关试验和工程应用表明该材料对沥青路面裂缝的修補起到积极有效的作用，对环境不会造成污染。（2）通过低温试验指标弯曲模量、弯拉应变，并结合经济性表明：聚氨酯的掺量应控制在45%，对裂缝处治效果最佳。

参考文献：

[1]刘士元.北京市黑色路面早期损坏的原因及其防治措施[J].市政技术，1979（2）：1-14.

[2]苛弘生.沥青路面裂缝的成因与防治途径的初探[J].华东公路，1984（6）：44-53.

[3]吕伟民.沥青路面裂缝发展的预测方法[J].石油沥青，1991（2）：33-37.

[4]夏慧芸，张瑞，宋莉芳，等.高性能沥青混凝土路面裂缝密封胶的制备及性能研究[J].公路，2017（4）：253-257.