瀝青路面灌縫材料

張春喜

[摘要]本文歸納了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有瀝青路面灌縫材料的類型，重點(diǎn)總結(jié)和闡述了熱用類瀝青、冷用類瀝青和化學(xué)材料類等灌縫材料的特點(diǎn)。并結(jié)合我國(guó)公路事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和灌縫材料應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)瀝青路面灌縫材料的發(fā)展前景做了展望。

[關(guān)鍵詞]瀝青路面；灌縫處理；灌縫材料

0引言

瀝青路面裂縫的出現(xiàn)，一方面使得路面的連續(xù)性、整體性和美觀性遭到破壞：另一方面由于過多的路表水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，會(huì)引發(fā)唧泥、塌陷、坑槽等病害?？梢姡访媪芽p的產(chǎn)生嚴(yán)重制約著路面的使用壽命和服務(wù)質(zhì)量。因此，為了控制路面早期損壞、提高公路服務(wù)質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命，有必要對(duì)瀝青路面現(xiàn)有裂縫進(jìn)行及時(shí)而有效的修補(bǔ)。根據(jù)不同裂縫的實(shí)際情況，選擇有針對(duì)性的修補(bǔ)材料，在裂縫出現(xiàn)的早期進(jìn)行預(yù)防性修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)，往往會(huì)起到事半功倍的效果。

1灌縫材料性能要求

瀝青路面裂縫按其破損的幾何形狀及形成機(jī)理，可以分為塊裂、龜裂、網(wǎng)狀裂縫、斜向裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫等多種類型。無論修補(bǔ)其中哪一種，灌縫材料都需要具備一定的使用性能。

1.1高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性指標(biāo)主要是評(píng)價(jià)灌縫材料在高溫條件下抗軟化或抗流淌的能力。灌縫材料在夏季高溫天氣，易受熱變軟甚至出現(xiàn)流淌現(xiàn)象。在車輛荷載形成的壓縮應(yīng)力作用下，裂縫中的材料很容易被擠出或溢出裂縫，而使灌縫失效。

1.2抗裂延伸性

抗裂延伸性指標(biāo)主要是用來評(píng)價(jià)灌縫材料在拉壓應(yīng)力應(yīng)變作用下，承受塑性變形和彈性變形的能力。灌縫材料應(yīng)具有較好的抗裂延伸性，使材料始終能與裂縫壁面貼合并保持對(duì)裂縫的封閉作用。

1.3粘附抗脫性

灌入裂縫中的灌縫材料，在交通荷載和水損害的作用下，承受著多種應(yīng)力應(yīng)變，為了使裂縫壁面與灌縫材料之間形成一個(gè)整體，能有效傳遞拉壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力，并防止材料過早斷裂造成灌縫失效，灌縫材料應(yīng)具有足夠高的粘附抗脫性。

1.4低溫抗裂性

低溫抗裂性指標(biāo)主要是評(píng)價(jià)灌縫材料在低溫條件下，抵抗脆斷開裂的能力及其柔韌性能的好壞。灌縫材料在冬季及低溫天氣，很容易變脆、失去原有的柔韌性。若灌縫材料長(zhǎng)期在拉應(yīng)力應(yīng)變作用下，很容易被拉伸斷裂，造成灌縫失效，

1.5抗硬物嵌入性

進(jìn)行灌縫修補(bǔ)后的裂縫表面往往容易嵌入硬物，若灌縫材料彈性較差，在行車荷載的作用下還易造成路表某些不可壓縮材料（例如石屑、砂石等）嵌入灌縫裂縫中，造成灌縫失去傳荷能力，灌縫料容易脫出，裂縫修補(bǔ)很快失效。

1.6抗老化性

耐老化性主要是評(píng)價(jià)裂縫灌縫后，在使用過程中受交通荷載和自然環(huán)境的作用，其主要性能保持穩(wěn)定或較少發(fā)生變化的能力。為了提高灌縫材料的耐久性，避免灌縫較早失效，應(yīng)檢測(cè)裂縫灌縫材料是否具有較好的耐老化性。

上述灌縫材料評(píng)價(jià)指標(biāo)都是彼此獨(dú)立的，而有些指標(biāo)（如高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性）還相互對(duì)立，同時(shí)滿足所有評(píng)價(jià)指標(biāo)是非常難的。裂縫灌縫要求滿足哪幾項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)具體結(jié)合裂縫灌縫的時(shí)機(jī)、氣候條件以及裂縫的類型來選擇確定。

2灌縫材料分類及其適用性

2.1灌縫材料的發(fā)展

長(zhǎng)期以來，在“重建輕養(yǎng)”觀念的影響下，我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)部門一般只在路面裂縫發(fā)展到比較嚴(yán)重時(shí)，才采用普通熱瀝青等簡(jiǎn)單的膠結(jié)材料，通過人工灌縫對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。但實(shí)踐證明，路面裂縫經(jīng)過這種傳統(tǒng)方法修補(bǔ)后，隨著路表面及基層的溫度收縮，最多不超過1年，維修后的裂縫又在原灌縫位置重新開裂，其失效率在85%以上，因而必須在第2年重新進(jìn)行灌縫，這樣一來就加大了養(yǎng)護(hù)工作量，增加了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

近年來，隨著高速公路管理部門越來越重視“道路養(yǎng)護(hù)”對(duì)公路路用性能及使用壽命的影響，一些經(jīng)費(fèi)較為充足，如一級(jí)公路、高速公路、城市快速路等等級(jí)較高路面的養(yǎng)護(hù)部門，開始在灌縫時(shí)采用橡膠改性瀝青等性能更好的改性瀝青，以及自流平有機(jī)硅樹脂、樹脂類密封膠等裂縫修補(bǔ)專用材料，

2.2灌縫材料分類及其特性

現(xiàn)在在瀝青路面裂縫修補(bǔ)中采用的灌縫材料大致可以歸為熱用瀝青類、冷用瀝青類及專用材料類等3大類，以下對(duì)各類材料作分別介紹。

2.2.1熱用瀝青類

包括熱瀝青、SBS改性瀝青、瀝青橡膠、橡膠改性瀝青及低模量橡膠改性瀝青等，因其價(jià)格不高，對(duì)施工人員的要求不苛刻而受到廣泛采用。

1）熱瀝青

瀝青本身是一種很好的膠結(jié)材料，具有較好的粘結(jié)性能和極佳的耐水性能。通常將其加熱至140-160℃制成熱瀝青，便會(huì)具有很好的流動(dòng)性和浸潤(rùn)性，熱瀝青完全可以作為裂縫灌縫材料使用。同時(shí)，熱瀝青在各種裂縫灌縫材料中成本最低，質(zhì)量也穩(wěn)定，施工人員對(duì)熱瀝青的制備及使用經(jīng)驗(yàn)也最為豐富。所以在許多情況下，將熱瀝青作為裂縫灌縫材料是一種較佳的選擇，而且有文獻(xiàn)資料表明熱瀝青作為灌縫材料的比例較高。但是，修補(bǔ)裂縫破損，對(duì)其材料的要求通常是較高的，而一般的瀝青結(jié)合料柔韌性較差、溫度敏感性較大，不太適合灌縫修補(bǔ)有較大水平位移的裂縫，不適用于氣溫變化很大的地區(qū)。故熱瀝青可更多地用于無或少水平位移（<2.5mm）裂縫的灌縫，可在氣溫變化相對(duì)較小的地區(qū)使用。

2）改性瀝青

灌縫材料的粘附性和水穩(wěn)定性要求很高。但是，一般的熱瀝青作為裂縫灌縫材料，較難滿足諸多的性能要求，必須對(duì)熱瀝青根據(jù)裂縫灌縫的具體性能要求進(jìn)行改性后使用，特別是對(duì)于有較大水平位移（≧2.5mm）的裂縫灌縫，則必須采用性能（特別是延展性和彈性）更為優(yōu)良的改性瀝青作裂縫灌縫材料。

瀝青改性劑的品種很多，目前常用的改性瀝青多采用高分子聚合物作為改性劑來制備。其效果取決于聚合物的類型、添人量以及瀝青與聚合物的相容性。不同類型聚合物改性劑制成的改性瀝青，其性能各不相同，用于瀝青改性的高分子聚合物主要有以下3大類：

（1）橡膠類

按其產(chǎn)源可分為天然橡膠與合成橡膠，代表性品種有丁苯橡膠（SBR）、氯丁橡膠（cR）、天然橡膠（NR）。其中，SBR是合成橡膠中應(yīng)用最廣的一種通用橡膠，其綜合性能較好，強(qiáng)度較高、延伸率大，抗磨性和耐寒性亦較好。用SBR制成的橡膠改性瀝青具有極好的低溫抗裂性能，且高溫穩(wěn)定性、粘附性、耐老化性亦有所提高，同時(shí)具有較好的延展性和彈性。

（2）樹脂類

通常其分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂兩類，代表性品種有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、乙烯一醋酸乙烯酯共聚物（EVA）及環(huán)氧樹脂（EP），其中PE和EVA被采用較多。

（3）熱塑性橡膠

又稱為熱塑性彈性體，兼具橡膠和熱塑性塑料特性，在常溫下顯示橡膠的高彈性，受熱時(shí)呈可塑性。其代表性品種有苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物（sBS）。SBS具有彈性好、抗拉強(qiáng)度高、低溫變形性能好等優(yōu)點(diǎn)。由其制成的SBS改性瀝青具有很好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、彈性恢復(fù)性和耐久性，且粘結(jié)性能、粘附性能及耐水性能都有較大提高。

2.2.2冷用瀝青類

包括乳化瀝青、改性液體瀝青等，由于其受限制條件較少，不需加熱使用，可用在潮濕的路面、有灰塵的壁面使用。其中較有代表性的是乳化瀝青。

乳化瀝青主要是由瀝青、乳化劑、穩(wěn)定劑和水等組分所組成。將粘稠瀝青加熱熔化后，經(jīng)機(jī)械研磨的作用，以細(xì)小的微滴（粒徑約為2～5um）狀態(tài)分散于含有乳化劑和穩(wěn)定劑的水溶液中，形成水包油狀的瀝青乳液，此時(shí)瀝青便成為在常溫條件下具有極好流動(dòng)性和浸潤(rùn)性的乳化瀝青，完全可以作為瀝青路面裂縫破損的灌縫材料。灌縫于裂縫中的乳化瀝青經(jīng)過一段時(shí)間，乳液中的水分逐漸蒸發(fā)散失，瀝青與乳液中的水相分離，當(dāng)乳液完全分解破乳后，乳液中的瀝青便恢復(fù)其原有的性能和作用。

乳化瀝青較熱瀝青具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：乳化瀝青（特別是陽離子乳化瀝青）不怕水，能裹覆潮濕石料，且低溫不影響其流動(dòng)性和浸潤(rùn)性，故在雨后、裂縫潮濕或低溫條件下進(jìn)行裂縫灌縫，對(duì)其修補(bǔ)性能影響很小；乳化瀝青具有極好的流動(dòng)性和浸潤(rùn)性（即滲透性），用于未成熟的微裂縫的灌縫修補(bǔ)較理想：乳化瀝青不需或稍許加熱便可使用，價(jià)格上雖比瀝青高出25%-30%，但其施工費(fèi)用較低，使用安全方便且節(jié)約能源，并能減少環(huán)境污染。但是，乳化瀝青在粘結(jié)性能上很難與熱瀝青相比，故其更多地用于無或少水平位移裂縫的灌縫，且多在裂縫處于潮濕狀態(tài)或低溫天氣等環(huán)境條件較惡劣情況下，作為裂縫的應(yīng)急灌縫材料。

2.2.3專用材料類

包括聚合物、橡膠及樹脂類等專用灌縫材料。這種材料包括1～2種組成材料，通過化學(xué)反應(yīng)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。國(guó)外試驗(yàn)證明，這種類型的材料修補(bǔ)效果很好，但由于其粘度太大，不宜充分滲入裂縫，且對(duì)施工條件要求高，既費(fèi)時(shí)又昂貴，故大多用于等級(jí)較高的瀝青路面灌縫處理。

1）自流平有機(jī)硅樹脂

目前在國(guó)內(nèi)外，對(duì)于自流平有機(jī)硅樹脂的使用較少，主要原因在于其價(jià)格太高。但是其修補(bǔ)效果也最讓人滿意。自流平有機(jī)硅樹脂實(shí)際上是1種或2種能夠通過化學(xué)反應(yīng)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)而自我成形的材料。由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)不可逆的過程，所以其高溫、低溫性能均很好，用作裂縫灌縫材料時(shí)，可以達(dá)到良好的修補(bǔ)效果，根據(jù)SHRP的研究，一般有效期可以達(dá)到6-7年。最近才在裂縫修補(bǔ)中使用，是一種新型的材料。

2）樹脂類密封膠

另外，國(guó)內(nèi)目前經(jīng)常使用的一類材料通稱為密封膠，實(shí)際上也是以瀝青為基質(zhì)材料，摻加各種改性劑（如聚合物和樹脂）。與上文中的橡膠改性瀝青、乳化瀝青或者纖維改性瀝青所不同的只是摻加的改性劑的種類較多而已。在國(guó)內(nèi)，樹脂類密封膠的使用已經(jīng)被用于修補(bǔ)瀝青路面裂縫，且取得了良好效果。

3結(jié)語

近年來，公路路面灌縫材料的研究是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)領(lǐng)域最重要的研究方向之一，而且也取得了重要進(jìn)展，但高性能、低成本路面灌縫材料的開發(fā)仍然是道路養(yǎng)護(hù)工作者的一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱巨的任務(wù)。熱用類瀝青材料應(yīng)用較早，技術(shù)較為成熟，但是復(fù)雜的施工步驟和昂貴的灌縫設(shè)備限制了其應(yīng)用范圍；專用材料類的性能很好，專用性強(qiáng)，價(jià)格昂貴，適用于高等級(jí)的路面；冷用類瀝青由于無需加熱，能耗低，更環(huán)保，施工簡(jiǎn)便，性價(jià)比高，成為近年來灌縫料開發(fā)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，具有不可估量的發(fā)展?jié)摿?。不論是路面灌縫新型材料還是傳統(tǒng)材料，未來都必須沿著：（1）使用方便，操作簡(jiǎn)單，施工快捷，迅速開放交通；（2）污染小，更加環(huán)保，對(duì)工人的身體傷害?。唬?）使用性能優(yōu)良，性價(jià)比高的方向發(fā)展。

[責(zé)任編輯：王偉平]