研究沥青路面裂缝灌缝新技术在公路养护中的应用

2024-04-25常丽功

中华建设 2024年4期

常丽功

裂缝一直以来都是沥青路面常见病害问题，轻则影响沥青路面整体外观，严重时由于裂缝不断发展和扩大将产生更严重的破坏。沥青路面裂缝修补方法有很多种，其中以灌缝的方法较为方便和快捷，效果也相对显著。为适应越来越复杂的沥青路面裂缝情况，并进一步提高修补效果，有必要在沥青路面裂缝灌缝处理中引入新技术。

一、灌缝技术现状

对于国内所用裂缝修补技术，可将其归纳成以下两种：第一种为以裂缝宽度为依据利用普通热沥青实施修补，需要注意的是此种方法下矿料也需要加热到指定温度；第二种为利用乳化沥青实施修补。这两种技术施工方法比较简单，修补需要的成本费用也较低。然而，无论使用何种方法，有效期都在一年以内，完成维修后在相同的位置容易再次开裂，因此不得不每年都进行修补，不仅养护工作量大幅增加，而且养护费用也明显提高。

在国外，美国主要使用密封胶作为裂缝修补材料，该修补材料是聚合物改性沥青，常温条件下为固体，常用品种包括路守福、宝利福与苏步福。在使用之前需通过加热使其变为液体，一般需要193℃的温度。在密封胶自然冷却后，无论是在低温还是在常温条件都有良好弹性，伴随裂缝胀缩产生相应的弹性变形，以此始终发挥良好的密封作用。采用该材料实施路面裂缝修补时，一般需要配备两台设备，即开槽机与灌缝机，相比之下设备相对复杂，所需费用成本也较高。

二、沥青路面裂缝类型及其产生原因

1.横向裂缝

该裂缝和路面中心线基本保持垂直，但宽度不一，裂缝长度有的可能贯穿整个路面，其产生原因为：沥青质量未能满足所在地区气候条件要求或与相关技术标准不符，导致面层产生温度收缩或产生比自身抗拉强度大的温度疲劳应力；对施工缝进行的处理不到位，使接缝不严密，导致各部位结合不良；半刚性基层因水泥剂量或施工质量方面的原因产生裂缝使面层出现反射裂缝；其它结构物回填处未能按照要求完成施工，或施工处理不当，产生一定程度的不均匀沉降。

2.纵向裂缝

该裂缝走向和路线走向基本保持平行，缝长与缝宽不一，其产生原因为：路基填料质量不合格，由于吸收膨胀导致路面开裂；纵向加宽未按要求施工，或碾压不到位，导致加宽处产生沉降，引起纵向开裂；路基边坡坡度未能达到设计要求，或边坡未能压实导致滑坡；边沟深度过大导致填高增大引起滑坡，使路面纵向开裂；面层上的冷接缝未能按照要求做好处理，由于结合不严密导致脱离，出现纵向开裂。

3.网状裂缝

裂缝横纵向交错分布，宽度超过1mm，间距小于40mm，其产生原因为：横纵向裂缝产生后不断扩展，特别是在我国北方地区，由于冰冻水不断侵入造成；混合料质量不满足要求，拌和持续时间过长，拌和过程中的温度过高或储料仓内存储时间过长导致沥青老化使混合料抵抗变形发生的能力减弱；沥青材料技术性能较差，特别是低温条件下抵抗变形发生的能力减弱；面层中有软弱夹层存在，或粒料层松动影响水稳定性，导致网状裂缝产生；面层厚度不足，使水分大量侵入，层间结合性变差，加快网状裂缝产生速度；沥青强度较低，损坏初期产生网裂，之后进一步发展，使裂缝之间的距离变小。

4.反射裂缝

基层开裂后受温度与行车荷载持续作用导致裂缝不断反射至面层表面，面层开裂形式和基层裂缝形式大致相同。若路面采用半刚性基层，则以横向裂缝居多，而对于柔性路面增铺的沥青层，其裂缝形式不一，与下承层结构类型及实际状态有关。该裂缝产生原因包括：在已经有裂缝存在的旧路面上增铺沥青面层，因温度明显变化导致旧路面裂缝被拉开，使新摊铺结构在既有裂缝部位断开；半刚性基层产生温缩裂缝导致路面出现反射裂缝；新摊铺而成的半刚性基层因混合料中水分不断减少而形成一定干缩应力，在产生裂缝的同时向上反射至面层结构。

三、灌缝新技术应用

1.技术概述

以下提出一种灌缝新技术，即冷法补缝，其灌缝材料为专门用于路面裂缝处理的SP高弹密封膏，采用这种材料无需加热就能实施灌缝处理。先在灌缝枪中注满膏体，然后由人工对灌缝枪进行加压处理，按照4～6MPa的压力将灌缝枪中的膏体注入至裂缝当中，以此封闭路面上的裂缝，沥青与水泥路面皆可使用，并且基本不会再次产生裂缝。采用这种材料即便是在负温条件下也能完成灌缝材料，操作方便。实践表明，通过采用这项灌缝技术，能长时间有效封闭路面上的裂缝，尤其是沥青路面裂缝。

对于SP高弹密封膏，其配方从国外引进，由国内相关研究机构进行了改良，研制出新型产品，相较于国外产品，除了能简化所需施工机械设备，实现冷法施工，为现场养护人员创造便利条件，还能用于水泥路面裂缝处理。该灌缝材料尤其适用于夏季炎热与冬季严寒的地区，适宜施工温度为不低于-5℃，如果需要在气温低于-5℃的条件下施工，则要用非明火进行必要的预热处理。

根据该材料实际应用效果可知，主要具有下列几方面优势：其一，可实现冷施工，即无需加热就能用于灌缝施工，现场施工十分方便和灵活，而且还能在负温条件下施工，随时对路面上的裂缝进行修补，施工极为方便；其二，施工工艺较为简单，对于宽度小于3cm的裂缝，一般无需在其内部填加矿料，完成灌缝后也无需在其表面撒布细砂或石屑来养护，在现场借助专门的灌缝枪进行灌缝处理方可；其三，密封效果良好，因补缝结构比较特殊，灌缝材料能在裂缝的顶部形成弹性极高的硬壳，而裂缝下部依然是膏体，所以能良好适应车轮荷载作用及裂缝自身胀缩变形作用，进而始终保持良好的密封效果，不会由于车轮荷载或裂缝自身胀缩导致灌缝材料失效，使裂缝继续发展。

2.作用机理

专用于路面裂缝灌缝处理的SP高弹密封膏，其主要成分包括沥青、高分子聚合物、增粘剂、增强剂与塑化剂，该密封膏材料在常温条件下为粘稠膏体，主要技术性能为：5℃温度条件下的挤出性不小于20mL/s；10℃温度条件下的表干时间不超过15min；挥发性为1%；闪点不小于160℃；15℃温度条件下的密度在0.9～1.1g/cm3范围内。

该沥青路面裂缝灌缝新技术作用机理为：如果沥青路面上的裂缝的宽度和深度均相对较大，则其产生原因通常为路基裂缝向上反射，在该裂缝影响下，会使路基土实际含水量大幅升高，因为雨水或雪水都会通过裂缝进入。针对这种实际情况，需在压入密封膏之前预先在裂缝当中填入筛选完成后的石屑或细砂，之后再按照标准要求的程序灌入密封膏，此时部分密封膏将和细砂或石屑发生混合，一同进入至路基土当中，密封膏所含膨胀活化物虽然数量很少，但能立即吸收水分，使体积膨胀3～5倍，同时密封膏所含沥青和高分子聚合物还能与路基土中的氧化铝、氧化钙与氧化硅发生半固相反应，由此形成板体结构。这样一来，除了能对路基裂缝进行有效修补，还能提高路基整体强度，实现路基加固。

无论沥青材料老化或低温条件下的塑性不足或其它方面的原因导致的路面裂缝，除了会对路面正常使用性能造成影响，还会加快路面结构损坏速度，因此一旦发现路面产生裂缝，必须立即采取措施将其修补。不论路面裂缝宽度如何，在其内部灌入密封膏之后，密封膏所含轻组份活性物将与裂缝两侧表面产生再生亲和，同时还能均匀且持续地渗入至裂缝当中，促使密封膏和裂缝两侧两者形成一个完整的整体；密封膏所含增粘剂与增强剂还能加强和裂缝两侧之间的粘附力；密封膏所含塑化剂可以改善沥青和高分子聚合物两种成分在常温及低温条件下的弹性，降低温度对弹性造成的影响。密封膏完成固化后，方可在裂缝顶部形成弹性较高的硬壳，此时即便受到车轮荷载持续作用，也能使受力后产生的变形快速恢复，还能伴随裂缝自身胀缩变形产生一定程度的弹性变形，以此使密封作用得以长时间稳定发挥。正是由于密封膏具备这种特殊的性能，才能长时间有效封闭路面上的各类裂缝。

3.施工方法

当使用SP密封膏进行灌缝施工时，需注意以下几方面要点：

（1）灌缝开始前应先将裂缝内部清理干净，对此建议借助手持式清缝机实施吹缝，将裂缝中存在的杂物、碎屑清理干净。为了使密封膏能和裂缝两侧良好粘结，防止拉脱破坏等现象的发生，必须对裂缝与其两侧路面进行清理，在清理干净并达到干燥后才能开始后续灌缝处理，为灌缝处理顺利完成和达到理想灌缝效果奠定良好基础，创造必要的外部条件。

（2）将裂缝清理干净后开始为灌缝枪装料和加压，即在预先备好的灌缝枪中注满性能与质量都符合要求的SP密封膏，完成装料并经检查确认无误后，将灌缝枪的枪头与裂缝中央完全的对准，最后采用人工对灌缝枪实施加压处理。

（3）完成以上两道工序后，方可开始灌缝操作。灌缝应从裂缝其中一端开始，待裂缝中存在一定量的密封膏且有向外溢出的趋势后，再开始向前移动，以此缓慢前进，尽量做成贴封状。

（4）对于宽度达到3cm以上的裂缝，应在灌缝开始前先在裂缝中填入筛选好的细砂或石屑，之后再采用以上方法灌入密封膏。

（5）施工路段的交通需要在密封膏达到不会与车轮粘结的状态下才能开放，根据工程实践经验，达到这一状态通常需要15min左右的时间，具体可结合现场气候条件灵活确定，防止由于开放交通过早导致裂缝中的膏体被车轮带走。

4.施工控制

（1）施工开始前认真检查所有施工材料与机械设备，相关养护部门或单位需提供密封膏质量检查报告，经检查确定材料与机械设备合格后才可开始施工。

（2）如果路面较为潮湿或温度不满足施工要求，则均不可开始施工，否则必然会对最终的灌缝效果造成不利影响。在没有特殊要求且可行的情况下，建议在其气温不超过10℃的条件下进行施工，因为此时路面上的裂缝宽度将达到峰值。

（3）雨雪雾等恶劣天气条件下不可进行灌缝施工，在施工中一般要求有良好的通视条件，因此不能在有雾时进行施工。施工时风力不能超过三级，且路面应保持干燥，不可在过湿或存在积水的路段进行施工。

（4）当需要在路面进行开槽时，建议采用无贴封标准槽，也可按照无贴封浅槽的形式进行设计，确保开槽线和裂缝之间达到完全吻合，避免产生错位。如果裂缝边缘存在剥落的情况，需在施工前将其清理干净。若在开槽完成发现裂缝内部较为潮湿，则需要在灌缝开始前进行适当烘烤，以达到干燥。

（5）灌缝开始前适当加热密封膏，期间对加热与出料的温度进行严格控制。虽然密封膏支持重复使用，但经过多次使用会使其性能明显下降，因此还要对重复加热次数进行控制，一般不能超出2～3次，具体按照密封膏说明书控制。

（6）当使用灌缝机施工时，由自带刮平装置的压力喷头将密封膏灌入到缝槽当中，通常需要分多次灌入，直到将缝槽完全灌满，同时在裂缝走向两侧形成适当宽度和厚度的封层。每一条裂缝的灌缝施工都要保持连续，并且还要在裂缝表面形成良好的密封层。在灌缝操作过程中需注意，灌嘴必须插入到缝槽的底部，对密封膏缓慢挤压，如果灌嘴未能到达缝槽底部，则会在灌缝完成后于缝槽底部产生气泡，由于气泡上升，所以会使缝槽中的密封膏变为球状，进而对灌缝质量和最终的效果造成不利影响。