沥青路面裂缝病害产生机理及防水修复材料的研制

摘要：伴随着早期修建的高速公路陆续进入大修期，我国高速公路路面结构养护维修任务日趋繁重。沥青路面作为我国主要的路面结构形式，在重载交通等诸多因素的作用下，早期损坏较为严重。其中裂缝类病害是沥青路面结构病害的主要类型，并且，裂缝的出现进一步导致路面结构水损坏的发生。公路沥青路面养护维修中，裂缝的维修至关重要。本文分析了公路沥青路面裂缝病害产生的基本原因，推荐了针对性强的快速维修处置方法，并介绍了新型的产品解决沥青路面防水问题的优势。

关键词：路面裂缝、灌缝处理、新型密封胶

中图分类号：TF526文献标识码： A

一、沥青路面产生裂缝的原因

公路路面裂缝产生的原因虽然多种多样，但一般认为有以下几种：

1、交通荷载作用下产生的路面结构性破坏裂缝。交通荷载作用大小不同，荷载分布形式不同，路面承受荷载的频率不同，均可以导致路面裂缝的发育和发展。

2、路面沥青面层在温差条件下产生的温度裂缝。昼夜温差和季节温差使不同膨胀系数的路面材料产生不同的胀缩量，从而导致了路面裂缝；当然，沥青本身的质量优劣及施工用料级配不合理造成的均匀性不同，也有可能使路面产生裂缝病害。

3、地基沉陷造成的沉降裂缝。我国幅员辽阔，公路穿越不同的地质单元、岩土分布不均、厚层软土区与坚硬岩石区交替沉积的地质条件、人工复合地基条件，都为裂缝的发育创造了条件。

二、工程概况

某部级高速公路建成运营不久，出现路面裂缝病害，各路段损害程度不同。该高速公路为国家着力建设的“五纵七横”高等级公路主骨架的主要组成部分，是首都连接东南部省市的大动脉，同时也是某省会南部的重要经济干线。按平原微丘区高速公路标准设计，路基宽26m，为全封闭、全立交、双向四车道高速公路。公路所处环境为温带大陆性气候，冬季寒冷少雪，春季多风干燥，夏季炎热多雨。该高速公路路面标准剖面如下：沥青路面上面层为4cm厚AC-16Ⅰ型（部分采用SMA、SAC型）中粒式沥青混凝土；中面层为5cm厚AC-25Ⅰ型粗粒式沥青混凝土；底面层为6cm厚AC-30型粗粒式沥青混凝土；上基层为18cm厚水泥稳定碎石；下基层为18cm厚二灰稳定级配碎石；底基层为20cm厚2∶

8灰土。图1为该公路路面剖面。

图1 公路剖面示意图

路面裂缝的主要形式有纵向裂缝和放射性裂缝，其中纵向裂缝开裂宽度小于5mm的比较多，支缝犬牙交错。放射性裂缝为纵裂缝进一步发育贯通后形成的，病害也较为严重。总体病状为沿轮迹带部位纵裂缝发育密集，纵缝间多发育横向和斜向连接缝，形成网格状分布的裂缝。比较常见的横向裂缝也在不同部位产生。放射性裂缝剖面图，见图2。

图2 放射性裂缝剖面示意图

三、沥青路面裂缝治理方案

1、传统方案

高速公路在长期维护保养中一直沿用传统治理手法，采用过传统乳化沥青灌注、贴缝带粘贴、固体灌缝胶机械灌注等工艺。这些治理手段虽然暂时取得了一定成效，但是未能根治路面裂缝，治标不治本，长远来看具有局限性。对于大面积密集分布的细小网格状裂缝，若采用开缝治理的方式，将人工扩大路面病害，导致更大范围的致命性破坏；如采用贴缝带施工，残余裂缝空间不可能进行满粘，为其在纵深上进一步发育埋下了隐患。

2、改进措施

为解决沥青路面病害，对裂缝进行有效修复，新型沥青路面裂缝胶作为解决沥青路面裂缝渗水的新型材料脱颖而出。该材料是以沥青为基料，以复合高聚物橡胶为改性剂，对高分子塑性材料进行化学改性处理使其中的聚合物进行接枝、交联反应，形成弹性网络连续结构的新型产品。该产品具备渗透力好、粘结强度高、抗剪切力强、耐高温、抗冻、冷施工、施工工艺简单快捷、缩短通车时间等优点。最为关键的是，采用此种材料对裂缝封灌后，可浸润渗透裂缝根部，将裂缝根部以下一定深度范围内路基融合补强，使裂缝两侧开裂面得到加固形成一个整体结构。新型沥青路面裂缝胶性能指标，见表1。

表1 新型沥青路面裂缝胶性能指标

采用新型沥青路面裂缝胶对公路路面裂缝的封灌补强机理为：材料在一定的机械压力条件下被灌入裂缝后，因为材料中存在部分溶剂，可以把裂缝边缘、原公路裂缝两侧及底部结构体直接浸润，使填充裂缝空间的物质和旧的裂缝界面全面结合为一体；材料中的沥青混合材料向旧的缝壁界面浸润融合，使新旧界面以及界面后一定范围内的路面结构、裂缝发育根源部位与整个公路结构体胶结为一个新的结合体，而且新结合体具备比公路原结构体更高的强度。

四、新型沥青路面裂缝胶合成方法

采用沥青作为粘接基料，和旧沥青路面沥青及石料粘接性好及水泥路面附着力强的特点，废旧轮胎橡胶粉作为改性物，采用先进的改性工艺，制成高性能的密封胶，同时结合我国不同路况和路面结构研制即粘即用的密封带。产品的研制分步实施，即用型密封胶和密封带要同步进行，第一步，在沥青改性前先采取橡胶改性，选取目数高纯度高的橡胶品，使用化学方法在橡胶表面引入易和沥青结合的基团，使沥青和橡胶相容性增强，粘度提高，降低改性沥青应用时的温度，同时筛选密封带胎基及检测工作。第二步，将沥青和橡胶品及其它添加剂混合后改性，采用较低温搅拌法，可防止高温对沥青及其它添加物的老化，选用渗透性好，韧性佳的胎基并配备专用的密封带生产设备。第三步，将改性过的产品深入改进，引入活性高的化学基团，并降低密封胶的凝固点，以制成常温流动态制成即用性密封胶和密封带。

项目所研发产品的先进性是采用沥青基常温灌注和粘贴，使用时不需要专用设备，可实现快速凝固快速通车，低成本、高性能路桥裂缝密封胶。常温灌注以住均是采用聚氨酯材料，粘接性能较好，但成本较本密封胶的高，推广受影响。传统改性密封胶产品由于使用需要现场加热，增加使用成本和影响生态环境，更加重操作工人的难度。本产品研制，将废弃资源再利用，具有降生态污染和产品成本低的优势，在性能上优于一般改性的产品，特别是在使用上，现场不需加热，采用常温法灌注，由于引入的活性化学基团，可以在很短的时间内达到凝固的状态，能够做到快速通车。本产品具有性能佳、即用型、低成本等诸多优势。

五、采用冷灌入法施工工艺

1、施工流程

裂缝清理吹风除尘材料就位机械灌缝处理添加粗骨料（一般采用细砂后添工艺）路面检验检测验收。

2、施工要点

（1）基层清理

路面裂缝由于尘土和污染物的作用，多已堵塞，特别是细小的裂纹，往往由于尘土的遮盖不易发现。为此，在施工前用路面清扫机进行清扫，扫除表面灰尘。

（2）强力吹风除尘

用强力吹风机清扫裂缝中未被清除的细小灰尘杂物。吹风除尘前，首先要保证天气晴朗干燥，以利于杂物松散吹出；吹风时，将强力吹风机对准裂缝反复鼓吹。如采用上述方法裂缝还有留存物，可使用高压水枪等工具进行清理。图3为工人对桥面进行吹风除尘。

图3 桥面强力吹风除尘

（3）灌缝处理

施工前，要确保裂缝清理干净、干燥，然后进行灌缝工序。用电动搅拌机搅拌新型沥青路面裂缝胶5～10min，使其均匀无沉淀。经搅拌后，若裂缝较宽直接倒于裂缝内，裂缝较窄小可用灌缝壶或其他合适的机械化装备灌注。灌注时，一人顺裂缝方向倾倒新型沥青路面裂缝胶，一人跟进用专用刮板刮平，保持路面标高的原状。放射性网状裂缝宽度若小于0.5mm，由于倾倒或注射的材料与裂缝两侧迅速粘结，会导致材料无法渗透到裂缝深处。根据工程经验，此时采用专业稀释剂稀释，增强材料的流动性后，注射于裂缝内，迅即用刮板刮平即可。图4为工人对桥面防水胶进行刮平（上）及刮平后的效果图（下）。

图4 刮平操作（上）及刮平后效果图（下）

六、结束语

综上所述，通过传统沥青路面维修方案与新型方案之间的比较。可以看出项目所研发的产品所具有的明显优势。希望该产品能够广泛应用到沥青路面的裂缝的维修上。更好解决沥青路面维修复杂等一系列问题。

参考文献：

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[2] 吴晓光：《高速公路永久性沥青路面的发展与实践》，《黑龙江交通科技》，2011年05期

[3] 袁细红 陈岳军：《某高速公路沥青路面施工技术分析》，《广东科技》，2009年10期

[4] 冯尚君：《高速公路沥青路面损坏与防治》，《科技信息》，2011年18期