李 峰，黃頌昌，徐 劍

（交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所 道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100088）

我國(guó)高等級(jí)公路瀝青路面普遍采用加熱型密封膠進(jìn)行開(kāi)槽灌縫處理裂縫，采用的密封膠來(lái)源廣泛，但使用效果不盡理想［1］.為此，交通運(yùn)輸部在2009年頒布了《路面橡膠瀝青灌縫膠》（JT／T 740－2009）［2］，為規(guī)范我國(guó)瀝青路面加熱型密封膠的質(zhì)量提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).該標(biāo)準(zhǔn)參考ASTM D5329［3］提出了錐入度、軟化點(diǎn)、流動(dòng)、彈性和低溫拉伸等5 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo).經(jīng)過(guò)三年多的應(yīng)用，證實(shí)該標(biāo)準(zhǔn)可以有效地區(qū)分不同密封膠的性能，為規(guī)范我國(guó)密封膠質(zhì)量，提高密封膠的路用性能起到了積極的促進(jìn)作用.但是，JT／T 740標(biāo)準(zhǔn)的部分內(nèi)容仍然存在一些爭(zhēng)議和不足之處.本文通過(guò)大量的密封膠性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)，提出了更為合理的加熱型密封膠性能評(píng)價(jià)方法和技術(shù)要求，為標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供技術(shù)參考.

1 高溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)

JT／T 740標(biāo)準(zhǔn)中，軟化點(diǎn)和流動(dòng)試驗(yàn)都用于評(píng)價(jià)密封膠的高溫性能.軟化點(diǎn)采用環(huán)與球法，是常規(guī)的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)儀器在我國(guó)具有廣泛的普及率.流動(dòng)試驗(yàn)如圖1所示，需要專門的測(cè)試級(jí)鍍錫板，試驗(yàn)?zāi)＞咝枰孕屑庸ぶ谱鳎鄬?duì)比較麻煩.因此，國(guó)內(nèi)很多瀝青實(shí)驗(yàn)室提出是否可以取消流動(dòng)試驗(yàn)，僅用軟化點(diǎn)試驗(yàn)評(píng)價(jià)密封膠的高溫性能.為此，本文分析了密封膠的軟化點(diǎn)和流動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果.采用的密封膠樣品是標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來(lái)實(shí)驗(yàn)室接收送樣檢測(cè)的國(guó)內(nèi)常用的20種密封膠，編號(hào)為：H1～H20.

將軟化點(diǎn)和流動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果輸入統(tǒng)計(jì)分析軟件中進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，可得軟化點(diǎn)與流動(dòng)值的相關(guān)性分析圖（圖2），圖中線性回歸方程為y＝－0.197x＋20.437.相關(guān)性分析結(jié)果表明，軟化點(diǎn)和流動(dòng)值的相關(guān)系數(shù)r＝－0.757，使相關(guān)系數(shù)為0的假設(shè)檢驗(yàn)成立的概率P＝0.000，在α＝0.01 水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān).分析結(jié)果表明軟化點(diǎn)試驗(yàn)和流動(dòng)試驗(yàn)具有相關(guān)性，因此，同時(shí)采用軟化點(diǎn)和流動(dòng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)高溫性能的必要性不大，可以取消流動(dòng)試驗(yàn).

2 拉伸試件的混凝土塊

2.1 試驗(yàn)方案及結(jié)果

低溫性能是密封膠的關(guān)鍵性能，JT／T 740參照ASTM D5329制訂了低溫拉伸試驗(yàn)，拉伸試件采用的是水泥混凝土模塊，ASTM D1985［4］給出了水泥混凝土模塊的制作標(biāo)準(zhǔn).但是，國(guó)內(nèi)同行對(duì)此常有這樣的質(zhì)疑：采用水泥混凝土模塊所得試驗(yàn)結(jié)果能否反映瀝青路面加熱型密封膠的性能，為何不直接采用瀝青混凝土模塊？為此，本文分別制作了水泥混凝土模塊和瀝青混凝土模塊，在相同條件進(jìn)行低溫拉伸試驗(yàn)，以比較兩者的異同.水泥混凝土按照J(rèn)T／T 740制作，采用標(biāo)號(hào)32.5的普通硅酸鹽水泥和石灰?guī)r集料.瀝青混凝土采用AC－13中值級(jí)配，90 號(hào)基質(zhì)瀝青，與水泥混凝土塊同一料源的石灰?guī)r集料.

由于國(guó)內(nèi)多數(shù)密封膠的低溫性能較差，很多密封膠的低溫拉伸量?jī)H在0～3 mm［5］，達(dá)不到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)于這些低溫拉伸量很小的密封膠，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)的意義不大.因此，在上述20 種密封膠樣品中，挑選了8種低溫性能較好的樣品（編號(hào)分別為H4、H5、H6、H7、H9、H10、H11和H12），分別進(jìn)行了拉伸循環(huán)試驗(yàn)（50%拉伸量，三次循環(huán)）以及一次拉伸試驗(yàn)（一次拉伸直至試件破壞），所得試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 兩種拉伸試件的低溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Results of bond test for two types bond specimens

2.2 雙因素方差分析

為分析不同模塊對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果的影響，需要對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析.方差分析是檢驗(yàn)多個(gè)樣本均數(shù)間差異是否具有統(tǒng)計(jì)意義的一種方法［6］.在本文中，需要考察的是不同模塊對(duì)拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.有2個(gè)因素：模塊和密封膠，模塊有2個(gè)水平：水泥混凝土塊和瀝青混凝土塊，密封膠有8個(gè)水平：高溫型H4和H5、普通型H10和H12、低溫型H6和H11，嚴(yán)寒型H7 和H9，每一次處理情境中有3次重復(fù)測(cè)量.

表1中，所有樣品都通過(guò)了拉伸循環(huán)試驗(yàn)，因此沒(méi)有體現(xiàn)出水泥模塊和瀝青模塊之間的差異.密封膠樣品H4、H5和H10的一次拉伸試驗(yàn)均超過(guò)了60 mm，接近了拉伸設(shè)備的最大行程，也沒(méi)有體現(xiàn)水泥模塊和瀝青模塊之間的差異.其余5種密封膠樣品的一次拉伸試驗(yàn)表現(xiàn)了不同的最大拉伸量，將這5種密封膠的一次拉伸試驗(yàn)結(jié)果輸入統(tǒng)計(jì)分析軟件中進(jìn)行重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)的雙因素方差分析，結(jié)果見(jiàn)表2.表中，誤差來(lái)源“模塊＊密封膠”表示模塊與密封膠的交互效應(yīng)引起的誤差，F(xiàn)值是組間均方與組內(nèi)均方的比值，p值是觀測(cè)得到的顯著性水平.

表2的雙因素方差分析顯示：不同模塊之間不存在顯著性差異，p＝0.566＞0.05.分析認(rèn)為，這是由于模塊切割面的大部分截面是同一料源的石灰?guī)r集料，這部分的截面與密封膠的粘結(jié)能力是相當(dāng)?shù)模徊煌芊饽z之間存在顯著的主效應(yīng)，p＝0.009＜0.05.表明不同密封膠的低溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果有顯著差異，即不同密封膠具有不同的低溫性能，這是顯而易見(jiàn)的結(jié)果；模塊與密封膠之間不存在顯著的交互效應(yīng)，p＝0.969＞0.05.

表2 雙因素方差分析結(jié)果Tab.2 Results of two－factor analysis of variance

JT／T 740采用水泥混凝土模塊的目的是為了與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ASTM D1985）接軌，便于國(guó)內(nèi)外材料評(píng)價(jià)結(jié)果之間的比較.分析結(jié)果表明JT／T 740標(biāo)準(zhǔn)采用水泥混凝土模塊所得試驗(yàn)結(jié)果與采用瀝青混凝土模塊基本一致.這一結(jié)論也可由表2的拉伸循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果（均為通過(guò)）和密封膠樣品H4、H5和H10的一次拉伸試驗(yàn)結(jié)果（均為大于60mm）作為傍證.

本文出于以下兩點(diǎn)考慮，建議JT／T 740標(biāo)準(zhǔn)下次修訂時(shí)改用瀝青混凝土模塊：

（1）試件的標(biāo)準(zhǔn)化

國(guó)內(nèi)大部分的瀝青及瀝青混合料實(shí)驗(yàn)室均不具備制作水泥混凝土模塊所需的水泥混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生室條件，而制作瀝青混凝土模塊所需要的瀝青、集料、車轍成型儀及切割機(jī)等條件比較容易獲得.因此，水泥混凝土模塊的制作難度遠(yuǎn)大于瀝青混凝土模塊，采用瀝青混凝土模塊有利于在我國(guó)推廣普及瀝青路面加熱型密封膠的性能評(píng)價(jià)試驗(yàn).

（2）符合實(shí)際應(yīng)用情況

盡管不同模塊對(duì)低溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果的影響不顯著，但方差分析結(jié)果的不顯著不代表沒(méi)有差異.在這種情況下，采用與瀝青路面同類型的瀝青混凝土材料進(jìn)行試驗(yàn)更能反映加熱型密封膠的路用性能.

3 低溫性能的評(píng)價(jià)

3.1 裂縫運(yùn)動(dòng)觀測(cè)

瀝青路面裂縫隨著路面溫度變化而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，顯然，路面溫度越低，裂縫擴(kuò)張量越大.這表明，使用地區(qū)的氣溫越低，密封膠的試驗(yàn)溫度應(yīng)越低，并且拉伸量要求應(yīng)越高.這也是北方地區(qū)密封膠冬季失效現(xiàn)象突出的主要原因，材料在低溫條件下變脆，與此同時(shí)，裂縫的擴(kuò)張量增大.

本文在北京和烏魯木齊進(jìn)行了瀝青路面裂縫運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)期觀測(cè).觀測(cè)方法如圖3所示，在裂縫兩側(cè)各埋一枚鋼釘，定期用游標(biāo)卡尺測(cè)兩鋼釘之間的距離，同時(shí)記錄路面溫度，觀測(cè)頻率為每月2～3次.在北京地區(qū)某條瀝青路面上進(jìn)行為期一年的觀測(cè)，測(cè)得運(yùn)動(dòng)量和路面溫度如圖4所示.圖中顯示了該路段6條典型橫向裂縫（編號(hào)A～F）的運(yùn)動(dòng)量與路面溫度曲線.裂縫運(yùn)動(dòng)量的計(jì)算規(guī)則為，一年內(nèi)兩個(gè)鋼釘之間的最小寬度記為初始運(yùn)動(dòng)量0，其余時(shí)間的裂縫運(yùn)動(dòng)量為兩鋼釘間的寬度與最小寬度的差值.

3.2 觀測(cè)結(jié)論

（1）路面溫度在0 ℃以上的區(qū)間，裂縫運(yùn)動(dòng)量比較小，在此區(qū)間的裂縫運(yùn)動(dòng)可以忽略不計(jì).理論分析認(rèn)為：瀝青混凝土是黏彈性材料，溫度越低，越接近于彈性材料，隨溫度變化的線收縮性表現(xiàn)越明顯；溫度越高，越接近于黏性材料，隨溫度變化的線收縮性表現(xiàn)越不明顯.觀測(cè)結(jié)果與理論分析一致.

（2）路面溫度在0 ℃以下的區(qū)間，裂縫運(yùn)動(dòng)量隨溫度變化而產(chǎn)生明顯變化.實(shí)測(cè)中，北京地區(qū)極端路面最低溫度在－10 ℃上下，最大裂縫運(yùn)動(dòng)量為7.10 mm；路面溫度在0 ℃上下時(shí)，最大裂縫運(yùn)動(dòng)量為3.73mm.新疆地區(qū)極端最低溫度可達(dá)－30 ℃以下，實(shí)測(cè)最大裂縫運(yùn)動(dòng)量為13.59 mm.由此，本文據(jù)瀝青路面裂縫運(yùn)動(dòng)實(shí)測(cè)情況，拉伸量適當(dāng)大于實(shí)測(cè)最大裂縫運(yùn)動(dòng)量并取整后，提出如下4種類型密封膠的拉伸量要求，分別為：0 ℃，25%（3.75mm）；－10℃，50%（7.5mm）；－20 ℃，75%（11.25mm）；－30℃，100%（15mm）.標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件采用瀝青混凝土模塊，密封膠寬度為15mm.

4 加熱型密封膠的技術(shù)要求

4.1 技術(shù)要求的修正

根據(jù)上述分析，本文提出了修正的評(píng)價(jià)指標(biāo)及技術(shù)要求（表3）.

表3 加熱型密封膠的評(píng)價(jià)指標(biāo)及技術(shù)要求的修正Tab.3 Revision of evaluation index and technical requirements for hot－applied sealant

與現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT／T 740的評(píng)價(jià)指標(biāo)及技術(shù)要求相比較，表3有以下幾點(diǎn)變化：

（1）取消了流動(dòng)試驗(yàn)，只采用軟化點(diǎn)評(píng)價(jià)密封膠的高溫性能，彈性試驗(yàn)的技術(shù)要求保持不變，低溫拉伸試驗(yàn)采用瀝青混凝土模塊.

（2）錐入度的技術(shù)要求有所變化.錐入度是一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，JT／T 740標(biāo)準(zhǔn)的要求是：高溫型≤50，普通型30～70，低溫型50～90，嚴(yán)寒型70～150.實(shí)驗(yàn)證明，JT／T 740 標(biāo)準(zhǔn)的錐入度要求偏低，處于錐入度下限的材料往往偏硬，不能滿足相應(yīng)的低溫拉伸試驗(yàn)要求，因此對(duì)高溫型的上限、普通型和低溫型的上下限、嚴(yán)寒型的下限均提高了20個(gè)錐入度單位.表3的錐入度要求的密封膠較JT／T 740標(biāo)準(zhǔn)的密封膠更軟，有利于獲得更好的低溫性能.

（3）4種類型密封膠的低溫拉伸試驗(yàn)的拉伸量要求分別為25%、50%、75%和100%，試驗(yàn)溫度越低，拉伸量要求越高，符合路面裂縫運(yùn)動(dòng)規(guī)律.與JT／T 740標(biāo)準(zhǔn)相比，對(duì)密封膠的低溫性能提出更高的要求.

4.2 基于性能的技術(shù)要求

以上提出了更符合實(shí)際路面使用性能的加熱型密封膠的修正技術(shù)要求，可作為JT／T 740行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)參考.同時(shí)，本文提出密封膠材料選擇的理想境界是根據(jù)所在地區(qū)的性能要求選擇材料：當(dāng)使用地區(qū)有統(tǒng)計(jì)或?qū)崪y(cè)的路面溫度、路面裂縫運(yùn)動(dòng)量和裂縫開(kāi)槽寬度數(shù)據(jù)，及對(duì)使用年限有要求時(shí)，可采用當(dāng)?shù)貙?shí)際情況確定試驗(yàn)條件（試驗(yàn)溫度、拉伸量、拉伸循環(huán)次數(shù)和試件寬度），進(jìn)行低溫拉伸試驗(yàn).

例如，東北某地區(qū)極端最低路面溫度達(dá)－35℃，裂縫年最大運(yùn)動(dòng)量為20mm，為了適應(yīng)這種極端溫度和大運(yùn)動(dòng)量的情況，開(kāi)槽寬度為20mm 以提供更大的容膠空間，要求質(zhì)保期為5年，則可進(jìn)行如下低溫拉伸試驗(yàn)：試驗(yàn)溫度－35 ℃，試件寬度20mm，拉伸量20mm（試件寬度的100%），拉伸循環(huán)5次.反之，如果海南等地區(qū)經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)認(rèn)為裂縫年最大運(yùn)動(dòng)量基本為0，則可以不進(jìn)行低溫拉伸試驗(yàn).根據(jù)所在地區(qū)的氣候條件和路面情況，選擇理想的密封膠，有望實(shí)現(xiàn)理想的裂縫修補(bǔ)效果.

5 結(jié)論

（1）對(duì)20種密封膠樣品的軟化點(diǎn)和流動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)兩者具有相關(guān)性，因此建議棄用流動(dòng)試驗(yàn)，只采用軟化點(diǎn)試驗(yàn)評(píng)價(jià)密封膠的高溫性能.

（2）修正了原標(biāo)準(zhǔn)錐入度的技術(shù)要求.高溫型的上限、普通型和低溫型的上下限、嚴(yán)寒型的下限均提高了20個(gè)錐入度單位.修正后的密封膠較原要求的密封膠更軟，有利于獲得更好的低溫性能.

（3）進(jìn)行了8種密封膠的不同模塊條件下的低溫拉伸對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)其中5種密封膠進(jìn)行了雙因素方差分析，結(jié)果顯示不同模塊之間不存在顯著性差異，為試件標(biāo)準(zhǔn)化和符合實(shí)際應(yīng)用情況，建議改用瀝青混凝土模塊制作低溫拉伸試件.

（4）根據(jù)瀝青路面裂縫運(yùn)動(dòng)量實(shí)測(cè)結(jié)果，提出了4種類型密封膠的低溫拉伸試驗(yàn)的拉伸量要求分別為：高溫型，25%；常溫型，50%；低溫型，75%；嚴(yán)寒型，100%.同時(shí)，建議可根據(jù)所在地區(qū)的性能要求確定低溫拉伸試驗(yàn)的試驗(yàn)條件.

［1］ 高建立，李林，寧杰，等.道路高分子聚合物密封膠低溫性能實(shí)驗(yàn)方法研究［J］.公路交通科技應(yīng)用技術(shù)版，2006（1）：73.GAO Jianli，LI Lin，NING Jie，et al.Research on low temperature performance of experimental methods for pavement high polymer sealant ［J］.Highway and Transportation Research Applied Technology，2006（1）：73.

［2］ 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.JT／T740—2009路面橡膠瀝青灌縫膠［S］.北京：人民交通出版社，2009.Ministry of Transport of the People’s Republic of China.JT／T 740—2009 Rubber asphalt sealant and filler of pavement［S］.Beijing：China Communications Press，2009.

［3］ American Society for Testing Materials.ASTM D5329—2004 Standard test methods for sealants and fillers，hot－applied，for joints and cracks in asphaltic and portland cement concrete pavements［S］.Philadelphia：American Society for Testing Materials，2004.

［4］ American Society for Testing Materials.ASTM D1985—91 Standard practice for preparing concrete blocks for testing sealants，for joints and cracks［S］.Philadelphia：American Society for Testing Materials，2004.

［5］ 李峰，黃頌昌，徐劍，等.瀝青路面密封膠性能評(píng)價(jià)與技術(shù)要求［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2009，9（2）：7.LI Feng，HUANG Songchang，XU Jian，et al.Performance evaluation and technical requirement of sealant and filler in asphalt pavement［J］.Journal of Traffic and Transportation Engineering，2009，9（2）：7.

［6］ Mendenhall W，Sincich T.統(tǒng)計(jì)學(xué)［M］.5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.Mendenhall W，Sincich T.Statistics for engineers and the sciences［M］.5th ed.Beijing：China Machine Press，2009.