高速公路瀝青路面密封膠熱熔灌縫養(yǎng)護(hù)施工

張曉霞

（山西交通控股集團(tuán)有限公司太原高速公路分公司，山西 太原 030006）

0 引言

瀝青混凝土路面在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因重型車(chē)輛荷載、氣候等外界因素以及自身設(shè)計(jì)、施工等人為因素的綜合作用而出現(xiàn)不同程度的裂縫，裂縫出現(xiàn)后既影響路面連續(xù)性和整體性，又會(huì)導(dǎo)致路表水順著裂縫進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，進(jìn)而引發(fā)坑槽、塌陷、唧漿等更為嚴(yán)重的病害。及時(shí)進(jìn)行路面裂縫修補(bǔ)和處置能延緩早期系列病害的發(fā)生，延長(zhǎng)公路路面服役年限，而裂縫修補(bǔ)質(zhì)量主要與灌縫材料及灌縫施工技術(shù)直接相關(guān)，合理選擇灌縫材料及施工技術(shù)，以提升瀝青混凝土路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果。

1 工程及病害概況

位于我國(guó)北方地區(qū)的某公路2004 年底建成投運(yùn)，路面為瀝青混凝土路面，在運(yùn)行過(guò)程中先后出現(xiàn)各種病害，其中以裂縫最為嚴(yán)重。通過(guò)實(shí)地勘察及鉆孔取芯發(fā)現(xiàn)，裂縫是設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、氣候環(huán)境及重型車(chē)輛荷載等綜合作用的結(jié)果[1]，如果不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，在氣候及重型超載超限行車(chē)持續(xù)作用下，必將造成瀝青路面大面積毀損。該公路段既有裂縫病害主要呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：裂縫數(shù)量多，縱向裂縫長(zhǎng)，平均長(zhǎng)度約為20m/條，且橫向裂縫多為貫穿公路上行道路橫斷面的裂縫；裂縫病害十分嚴(yán)重，起重起訖樁號(hào)K236+054—K237+196 段所出現(xiàn)的寬度20cm 的反射裂縫帶多達(dá)32處；起訖樁號(hào)K229+112—K231+045 段寬度20cm 的反射裂縫帶多達(dá)50 處。經(jīng)過(guò)公路管理當(dāng)局對(duì)灌縫膠使用情況的進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，造成灌縫失效的原因主要為：

（1）由于灌縫材料高溫穩(wěn)定性不良，在長(zhǎng)期暴曬及高溫作用下，灌縫材料流出脫離，且大部分經(jīng)行車(chē)車(chē)輪碾壓帶走；

（2）所使用的灌縫材料彈性恢復(fù)性能不良，當(dāng)小石子等硬質(zhì)顆粒經(jīng)車(chē)輪碾壓至灌縫材料中時(shí)，灌縫材料無(wú)法將其及時(shí)彈出，造成灌縫材料自身發(fā)生不可逆的斷裂損壞；與此同時(shí)，所用灌縫材料抗低溫應(yīng)變性能差，在寒冷季節(jié)遭遇低溫情況下，瀝青混凝土路面材料收縮而使既有裂縫寬度增大，灌縫膠內(nèi)應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于極限抗拉強(qiáng)度，引發(fā)膠體結(jié)構(gòu)被拉斷和破壞。

（3）灌縫材料與既有裂縫外壁貼合不緊密，在遭遇剪切應(yīng)力、拉伸應(yīng)力、真空吸力、溫度應(yīng)力及動(dòng)水壓力等作用下，造成灌縫膠體與裂縫縫壁脫離。為此，公路管理當(dāng)局決定對(duì)K228+000—K270+500 段裂縫較為嚴(yán)重的病害路段再次實(shí)施灌縫養(yǎng)護(hù)。

為進(jìn)行熱熔膠開(kāi)槽灌縫養(yǎng)護(hù)施工效果和直接灌縫養(yǎng)護(hù)施工效果的比較，在該公路上行向起訖樁號(hào)K240+000—K243+583.4段直接灌縫，而在下行向起訖樁號(hào)K250+102—K261+516.4段進(jìn)行密封膠熱熔開(kāi)槽灌縫養(yǎng)護(hù)施工，兩個(gè)試驗(yàn)段裂縫病害程度相當(dāng)。直接灌縫修補(bǔ)就是在清理、加熱瀝青路面裂縫及四周后灌入灌封膠材料。為保證灌縫效果，還應(yīng)通過(guò)灌縫機(jī)燃燒器進(jìn)行灌封膠加熱及保溫，再通過(guò)灌縫機(jī)上帶有刮平器的出料口將灌封膠勻速注入槽中，通過(guò)刮平器將膠帶拖平處理為T(mén)字形封帶。灌縫施工完畢冷卻15min后便可開(kāi)放交通。

2 試驗(yàn)段開(kāi)槽灌縫養(yǎng)護(hù)施工

2.1 灌縫材料的選用

當(dāng)前市場(chǎng)上可以選用的灌縫材料較多，為保證裂縫修補(bǔ)效果，必須結(jié)合既有灌縫材料性能及該公路瀝青混凝土路面特性進(jìn)行綜合選擇。當(dāng)前在公路裂縫修補(bǔ)方面我國(guó)并無(wú)具體規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)公路裂縫修補(bǔ)施工大多參照美國(guó)《用于瀝青路面裂縫密封用瀝青橡膠及橡膠改性瀝青的實(shí)驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)》以及我國(guó)相關(guān)水泥混凝土路面接縫加熱施工填縫料技術(shù)要求（見(jiàn)表1）。

表1 我國(guó)水泥混凝土路面接縫加熱施工填縫料技術(shù)要求

填縫料除應(yīng)具備以上延展性和黏結(jié)性外，還必須具備：

（1）高流動(dòng)性，填縫料能夠在裂縫中克服阻力而流動(dòng)；

（2）填充性，填縫料能借助材料自重快速填滿裂縫內(nèi)各個(gè)角落；

（3）穿越性能，填縫料能在材料自重作用下流入狹窄間隙；

（4）抗老化性能，填縫料具備抵抗水文、極端溫度的性能穩(wěn)定性。

公路瀝青路面裂縫密封材料選擇時(shí)必須在參考相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上展開(kāi)性能試驗(yàn)，考慮到密封膠體主要成分為改性瀝青和橡膠等聚合物，為此，可以參考瀝青、乳化瀝青等試驗(yàn)方法，并結(jié)合公路運(yùn)行實(shí)際選定試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。

本公路所采用的密封膠熱熔灌縫養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)主要采用以石油瀝青、樹(shù)脂等為基料，并摻加適量改性劑、添加劑后制備而成的ASTM 密封膠。該密封膠外觀為黑褐色膏狀體，固體含量不低于70%，具備不滲水性，140℃無(wú)流淌、無(wú)氣泡、無(wú)滑動(dòng)，且在-20℃～2℃的溫度下無(wú)裂紋，斷裂延伸性為400%，黏結(jié)強(qiáng)度不低于0.4MPa，針入度≤90mm，彈性復(fù)原率在60%以上，流動(dòng)度不超出2mm，推薦加熱溫度165℃[2]。

2.2 裂縫修補(bǔ)時(shí)機(jī)

裂縫修補(bǔ)時(shí)機(jī)的選擇對(duì)于裂縫修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)施工效果存在較大影響，原則上而言，裂縫修補(bǔ)應(yīng)當(dāng)安排在日平均氣溫10℃以下溫度較低的季節(jié)進(jìn)行，因?yàn)闅鉁剌^低會(huì)使裂縫壁瀝青材料收縮，裂縫寬度達(dá)到較大值，選擇這種時(shí)間修補(bǔ)，能最大程度填滿裂縫，并能防止裂縫寬度繼續(xù)增加使膠體內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力。開(kāi)槽后若發(fā)現(xiàn)裂縫壁潮濕，則應(yīng)通過(guò)預(yù)熱設(shè)備烘烤至干燥后再灌縫。

2.3 灌縫設(shè)備

下行向病害路段開(kāi)槽灌縫主要使用開(kāi)槽機(jī)、清縫機(jī)、噴槍及灌縫機(jī)等設(shè)備：

（1）開(kāi)槽機(jī)：主要用于瀝青路面裂縫外壁松動(dòng)瀝青混凝土材料的清除，要求開(kāi)槽機(jī)開(kāi)槽方向及深度均能調(diào)節(jié)，并能準(zhǔn)確確定出槽位中心位置，開(kāi)槽效率也應(yīng)與工期及工程量要求相符。

（2）清縫機(jī)：用于清除開(kāi)槽機(jī)刻槽后所殘留的瀝青混凝土渣，通過(guò)清縫機(jī)鋸片在槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶出殘?jiān)?；清縫機(jī)規(guī)格型號(hào)必須與開(kāi)槽機(jī)配套；

（3）噴槍?zhuān)航柚殖譄釟鈬姌屗a(chǎn)生的1 000℃高溫及0.1m3/min 高壓達(dá)到徹底清除槽內(nèi)雜物以及干燥槽壁的目的；

（4）灌縫機(jī)：熔化熱熔型ASTM 密封膠后通過(guò)灌縫機(jī)主壓力噴頭均勻灌注，并能調(diào)節(jié)灌封膠出膠量。為保證灌縫質(zhì)量和效率，灌縫機(jī)必須能對(duì)灌縫膠恒溫加熱，并能進(jìn)行灌縫膠出流量的人工調(diào)節(jié)，出料管同時(shí)應(yīng)具備膠體加熱功能，以防止膠體冷凝后將管道和出口堵塞。此外，灌縫機(jī)噴頭還必須配備槽狀結(jié)構(gòu)刮平器，刮平器前方中心底部還應(yīng)開(kāi)設(shè)長(zhǎng)×寬為5cm×0.1cm的開(kāi)口。當(dāng)將灌縫膠灌入槽狀結(jié)構(gòu)后，通過(guò)刮平器將明顯高出槽幫的部分在裂縫兩側(cè)拖拉成0.1cm 厚、5.0cm寬的T形封條，以便增強(qiáng)灌縫膠密封效果。

以上所提到的灌縫設(shè)備是公路路面裂縫病害修補(bǔ)過(guò)程中常用設(shè)備，而隨著灌縫技術(shù)的發(fā)展，灌縫設(shè)備的功能也逐漸多元化，其工作原理也多為以上幾種灌縫設(shè)備的組合，組合后的灌縫設(shè)備能有效減少牽引車(chē)輛及施工人員的配備，工效也更高。因此在公路裂縫病害治理過(guò)程中，提倡灌縫設(shè)備的組合應(yīng)用。

2.4 開(kāi)槽灌縫

通過(guò)路面開(kāi)槽機(jī)將既有裂縫開(kāi)槽處理，開(kāi)槽寬度應(yīng)能保證將裂縫兩側(cè)松動(dòng)材料全部去除，開(kāi)槽深度應(yīng)控制在10mm 以內(nèi)；將裂縫周?chē)鷼埩粑飶氐浊謇砗蟀丛O(shè)計(jì)要求加熱，再將提前制備好的灌封膠材料灌入縫內(nèi)。裂縫修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)效果和開(kāi)槽構(gòu)造形式直接相關(guān)，灌縫料和裂縫兩側(cè)原路面結(jié)構(gòu)黏結(jié)的牢固程度直接取決于開(kāi)槽寬深比[3]，一般情況下寬深比越小，黏結(jié)效果越好，但是隨著寬深比的增大，灌封材料用量也會(huì)增大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合工程裂縫病害現(xiàn)狀，本公路瀝青路面開(kāi)槽寬深比取1∶1，開(kāi)槽深度控制在10～20mm范圍內(nèi)。

就開(kāi)槽形式而言，對(duì)于寬度在3.0mm 及以上的裂縫，采用標(biāo)準(zhǔn)槽貼縫式開(kāi)槽方式（見(jiàn)圖1），而對(duì)于寬度不超過(guò)3.0mm的裂縫，則采用簡(jiǎn)單無(wú)槽貼縫式開(kāi)槽方式（見(jiàn)圖2）。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)槽貼縫式

圖2 簡(jiǎn)單無(wú)槽貼縫式

通過(guò)加熱釜將灌封膠加熱、攪拌，使其充分融化后通過(guò)熱熔灌縫機(jī)上帶有刮平器的壓力噴頭均勻灌入已經(jīng)清理過(guò)的槽口中，并將裂縫兩側(cè)外溢的熱熔膠涂抹為一定寬度的帶狀，以便對(duì)槽口內(nèi)熱熔膠起到保護(hù)和固定作用。灌注過(guò)程由下至上進(jìn)行，且不得中斷，保證灌注密實(shí)無(wú)氣泡、空洞。在填充時(shí)應(yīng)使密封槽溝表面適當(dāng)寬于裂縫寬度，且所填充的密封膠略高于原路面，以保證其塌落后與路面保持齊平。本公路瀝青路面1kg 熱熔密封膠可填充6～10 延米長(zhǎng)度的裂縫，且填充厚度控制在3mm左右。

3 使用效果評(píng)價(jià)

試驗(yàn)段采用密封膠熱熔灌縫施工后，灌封膠基本齊平于原路面，且灌注飽滿，目測(cè)無(wú)顆粒狀突起、空包及氣泡；與原路面牢固黏接，不存在脫落形變；彈性飽滿，受到行車(chē)荷載作用后發(fā)生的微小變形會(huì)快速恢復(fù)至初始狀態(tài)。養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)路段運(yùn)行1 年后，分別進(jìn)行兩個(gè)試驗(yàn)段灌縫養(yǎng)護(hù)效果評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果具體見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)段灌縫養(yǎng)護(hù)效果

從表2匯總結(jié)果可以看出，該高速公路瀝青路面裂縫試驗(yàn)路段養(yǎng)護(hù)施工一年后，上行向路面因采用普通灌縫技術(shù)，灌縫膠總失效率58.7%，下行向路面采用的是密封膠熱熔開(kāi)槽灌縫技術(shù)，灌縫膠總失效率39.6，失效率比直接灌縫低19.1%，表明瀝青路面裂縫病害段開(kāi)槽后采用密封膠熱熔灌縫養(yǎng)護(hù)施工的效果比直接灌縫效果好。

4 結(jié)語(yǔ)

為防止瀝青路面裂縫病害持續(xù)擴(kuò)大，最終引發(fā)路面大面積失效，必須注重養(yǎng)護(hù)時(shí)間，不得延誤裂縫處置的有效時(shí)機(jī)。瀝青路面裂縫處治效果與處治工藝及灌縫材料性能密切相關(guān)，事實(shí)證明，通過(guò)開(kāi)槽機(jī)開(kāi)槽，采用清縫機(jī)和手持噴槍將槽內(nèi)壁殘留瀝青混凝土材料徹底清除并加熱烘干后，通過(guò)灌縫機(jī)壓力噴頭均勻灌注熱熔密封膠的處治效果比直接灌注熱熔密封膠的處治效果更好。