瀝青路面裂縫填封修補(bǔ)的再破損分析及其防治*

吳寧 林毅

1 瀝青路面裂縫修補(bǔ)技術(shù)及填封破損

我國(guó)瀝青路面主要為半剛性結(jié)構(gòu),路面的裂縫病害較為常見(jiàn),而且對(duì)于雨水充沛地區(qū),如果不能及時(shí)進(jìn)行裂縫封閉處理,很容易造成基層的進(jìn)一步浸水破壞,影響路面的使用品質(zhì)和使用壽命[1]。

瀝青路面裂縫維修的適宜措施類(lèi)型取決于裂縫的密度、損壞程度、裂縫性質(zhì)以及路面表面的一般狀況[2]。一般來(lái)說(shuō),大量且邊緣嚴(yán)重惡化的裂縫,表明路面正處于破壞進(jìn)展期,實(shí)施密封或填補(bǔ)無(wú)濟(jì)于事,需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造以徹底解決問(wèn)題[3]。如果路面裂縫很多但不存在高度邊緣破壞,則可進(jìn)行罩面處理或現(xiàn)場(chǎng)熱再生表層處理。如果裂縫密集度不高但已發(fā)展到典型的高度邊緣退化,則必須進(jìn)行裂縫的混合料修補(bǔ)或是進(jìn)行邊緣有限寬度范圍的熱再生處理,例如部分深度的切槽混合料修補(bǔ)或局部位置的挖槽修補(bǔ)、遠(yuǎn)紅外或微波熱再生處理。如果裂縫密集度中等或者存在一定的邊緣退化,則通過(guò)密封或填充操作可以實(shí)現(xiàn)有效的修復(fù)。各種不同裂縫狀況的維修措施類(lèi)型建議如表1所示[4]。

表1 瀝青路面裂縫維修適宜措施選擇策略

對(duì)于裂縫填封再破損(即裂縫填封失效),最基本的判定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是:水能通過(guò)填封后的裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)層中[5]。已填封裂縫在使用過(guò)程中,填封材料會(huì)出現(xiàn)一些表面破損,如冒泡、凸起、輪跡、石料嵌入、風(fēng)化以及磨損等。而真正能造成水滲入路面結(jié)構(gòu)的有以下三種填封裂縫再破損:1)填封材料脫出;2)填封材料斷裂;3)裂縫附近瀝青面層的二次開(kāi)裂。

2 裂縫填封材料的脫出破損原因分析

填封材料的脫出可能存在材料和工藝等方面原因,可能由于填封材料粘附性不強(qiáng)、縫壁面處理不當(dāng)、高溫穩(wěn)定性較差或填封施工溫度過(guò)低等造成填封修補(bǔ)效果下降,出現(xiàn)脫出病害。

裂縫填封的粘結(jié)效果影響其粘附性能,若填封料粘結(jié)力不高或裂縫壁面清除不凈或潮濕含水,則其粘附性能不會(huì)很好,填封裂縫在剪切應(yīng)力、拉伸應(yīng)力及動(dòng)水壓力作用下,填封材料很容易從縫壁脫開(kāi),在車(chē)輪形成的真空吸力及其他外力作用下,填封料便容易從縫隙中脫出,從而使裂縫填封失效。

填封材料高溫穩(wěn)定性不足時(shí),其在高溫環(huán)境下會(huì)變軟甚至出現(xiàn)流淌,受交通荷載形成的壓縮應(yīng)力作用,或受裂縫不斷合龍趨勢(shì)的作用,填封材料很容易被擠出或溢出裂縫,車(chē)輛駛過(guò)裂縫,便會(huì)被車(chē)輪帶走,使裂縫填封失效。

3 裂縫填封材料的斷裂破損原因分析

裂縫中的填封材料出現(xiàn)斷開(kāi)、破裂后,也會(huì)使填封裂縫失去防水能力,造成裂縫填封失效。填封材料出現(xiàn)斷裂主要是由于其彈性不良、低溫抗裂性能差、抗剪切能力不足等自身性能原因引起。

裂縫中的填封材料,在交通荷載反復(fù)作用下,將處于拉、壓交迭變化的狀態(tài)。若填封材料彈性性能不好,則在反復(fù)交變應(yīng)力應(yīng)變的作用下會(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂?；蛘?填封裂縫受到重載車(chē)輛的作用,使裂縫中的填封材料受到很大的拉應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過(guò)填封材料自身的抗拉彈性范圍時(shí),填封料便會(huì)被拉斷而形成新的裂縫,喪失原填封裂縫的防水能力,使裂縫填封失效。

若裂縫中的填封材料低溫抗裂性能較差,則在低溫環(huán)境下,其抗變形能力不足。此時(shí),填封材料在溫度作用下或拉、壓應(yīng)力應(yīng)變作用下,很容易被拉伸斷裂(或稱脆斷開(kāi)裂),造成裂縫填封失效。

行車(chē)荷載的反復(fù)交替作用造成縫隙兩側(cè)豎向剪切移動(dòng),當(dāng)填封材料低溫抗剪能力不足時(shí)也會(huì)出現(xiàn)疲勞剪切開(kāi)裂,尤其在行車(chē)道橫縫中的填封材料極易出現(xiàn)此種情況。

4 裂縫附近瀝青面層二次開(kāi)裂的原因分析

二次開(kāi)裂是指在填封修補(bǔ)裂縫的附近開(kāi)裂出與之平行的短裂縫。水會(huì)通過(guò)二次開(kāi)裂形成的短裂縫滲入瀝青路面結(jié)構(gòu)中,從而造成填封裂縫失效。產(chǎn)生填封裂縫二次開(kāi)裂的主要原因是填封材料自身的彈性和延展性較差,以及裂縫邊緣附近原有瀝青材料因惡化而造成自身性能下降。若裂縫中的填封料彈性和延展性不足,即其較硬而沒(méi)有延展性,特別是在其延展性不足時(shí),填封材料不能有效消解其受到的應(yīng)力,而將應(yīng)力傳遞給填封裂縫附近的瀝青面層材料。若裂縫附近某處路面材料抗拉壓能力較差,則會(huì)在該處產(chǎn)生新的裂縫,使填封裂縫失效。

5 填縫的受力變形分析及破損防治途徑

瀝青路面一旦產(chǎn)生裂縫,其縫隙在寒冷期會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)張,而在溫暖期會(huì)不斷合龍。這種裂縫邊緣的差異移動(dòng)稱為裂縫位移。裂縫位移通常存在以下三種類(lèi)型:1)水平裂縫位移;2)垂直向上或垂直向下的豎向位移;3)上下反復(fù)的豎向位移。

對(duì)填封修補(bǔ)的瀝青路面結(jié)構(gòu)在荷載作用下的裂縫縫隙內(nèi)部受力狀態(tài)有限元分析表明[4]:1)變化縫寬計(jì)算得到的受力狀態(tài)差別不大,而改變裂縫填封材料的模量其應(yīng)力則明顯發(fā)生變化;2)縫壁的粘結(jié)抗拉要求不主要由荷載作用決定,而更主要的取決于溫度作用引起的瀝青面層收縮變形量大小;3)縫壁面的粘結(jié)抗剪要求主要由荷載作用決定,裂縫材料內(nèi)部也存在較顯著的剪切作用,需要對(duì)其進(jìn)行材料的抗剪強(qiáng)度要求。

考慮到裂縫修補(bǔ)材料及路面結(jié)構(gòu)材料在不同溫度條件下的模量及抗力參數(shù)變化,因此高溫和低溫情況是瀝青路面裂縫填封修補(bǔ)再破損的主要出現(xiàn)時(shí)機(jī),需要通過(guò)嚴(yán)格的填封修補(bǔ)材料高溫穩(wěn)定性、粘結(jié)抗拉性、延伸性以及低溫抗剪裂強(qiáng)度要求,來(lái)保證其低溫不再次開(kāi)裂、高溫也具有一定的粘結(jié)抗剪流變能力[7]。

在裂縫修補(bǔ)的工程實(shí)踐操作中,建議應(yīng)重視以下方面,以防止裂縫填封的再破損病害過(guò)早出現(xiàn):1)選擇低溫延伸性及彈性較好的裂縫填封材料,以使其能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡蜏丨h(huán)境延伸要求;2)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)選擇與瀝青混凝土縫壁有良好粘結(jié)及抗剪裂性能的裂縫填封修補(bǔ)材料;3)擴(kuò)縫填封以更好的保證填封的充分及縫壁的良好工作狀態(tài);4)注意結(jié)合工程情況,嘗試擴(kuò)開(kāi)較寬槽口填封或采取填封表面溢出材料帽封處理來(lái)改善縫隙填封材料的受力狀態(tài)、密閉縫側(cè)表面的微裂縫;5)結(jié)合填封進(jìn)行縫隙兩側(cè)的路面表面再生劑或霧封處理以改善裂縫周?chē)奈⒘芽p和細(xì)小裂縫的泌水效果,延長(zhǎng)裂縫填封的效果。

6 結(jié)語(yǔ)

瀝青路面的裂縫修補(bǔ)需要結(jié)合裂縫破壞的實(shí)際狀況進(jìn)行技術(shù)處理,采取裂縫填封修補(bǔ)的主要目的在于阻止雨水沿縫下滲。裂縫填封修補(bǔ)的再破損有填封材料原因,有修補(bǔ)工藝原因,也有路面環(huán)境狀況及路面結(jié)構(gòu)材料本身原因。

保證裂縫修補(bǔ)的有效性、延緩填封的再破損需要通過(guò)技術(shù)手段加以嚴(yán)格要求。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行填封材料的選擇是比較可行的技術(shù)手段之一,應(yīng)優(yōu)選高溫穩(wěn)定性、低溫粘結(jié)性、低溫抗剪裂流變性較好的材料進(jìn)行裂縫修補(bǔ),并應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)要求確定明確的試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo),以便于工程試驗(yàn)控制。

瀝青路面裂縫填封同時(shí)也需要重視填封修補(bǔ)的施工工藝。開(kāi)槽擴(kuò)縫能夠較好的保證填封材料的有效灌填及其與縫壁面的良好粘結(jié),從而改善其粘結(jié)抗脫狀況,有效防止裂縫的再次破損。而采取填封材料的溢出表面貼封施工或裂縫周?chē)鸀r青層表面的養(yǎng)護(hù)劑涂刷縫側(cè)微裂縫等也可有效改善水分的下滲狀況,從而保證裂縫填封的持久效果,使裂縫填封的養(yǎng)護(hù)經(jīng)濟(jì)效益更明顯。

實(shí)踐表明,通過(guò)有效的材料與工藝控制完全能夠防止或延緩瀝青路面裂縫填封的再破損,更好的發(fā)揮預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的實(shí)際效果。

[1] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] JTJ 073.2,公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 于家成.瀝青路面裂縫的原因及防治措施的研究[J].北方交通,2009(3):39-40.

[4] 江蘇省高速公路經(jīng)營(yíng)管理中心.高等級(jí)公路瀝青路面裂縫快速修補(bǔ)技術(shù)研究[R].2009.

[5] 康敬東.瀝青路面裂縫和坑槽養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)的研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2002.

[6] 郭東鋒.瀝青混凝土路面裂縫填封修補(bǔ)問(wèn)題探析[J].科技資訊,2008(14):51.

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