唐偉

摘要：文章為探究不同補縫材料的實際應用效果，選取適用于高山高寒地區(qū)的氣候特點的寒冷型灌封膠和廣泛應用的貼縫帶兩種材料，從氣候條件適應性、裂縫特征、材料特性、施工工藝和經濟效益等多方面進行論證分析，明確了灌封膠施工工藝及控制要點，并采用滲水試驗進行了工后灌縫效果評價。結果表明：適用于冬季嚴寒區(qū)的寒冷型灌封膠不受除雪設備的破壞，修補耐久性強，使用年限達3年以上;溫度耐性下限可達-40 ℃，寒區(qū)拉伸性能表現(xiàn)良好;工料單價是貼縫帶的0.6倍左右，經濟效益較高。裂縫處治后的8個測區(qū)滲水試驗檢測結果顯示，滲水系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，裂縫表觀邊緣平整，灌封膠表面光滑，無顆粒狀膠粒。研究成果可為高寒區(qū)瀝青路面裂縫處治提供選材依據(jù)和施工借鑒。

關鍵詞：瀝青路面;灌封膠;裂縫;養(yǎng)護;滲水試驗

0 引言

近年來，隨著我國經濟社會的不斷發(fā)展，公路建設由傳統(tǒng)的建管階段逐步過渡為建管養(yǎng)并重平衡發(fā)展階段，大量已建成公路進入了養(yǎng)護維修期。事實上，在役公路在復雜的氣候條件、水文環(huán)境和車輛荷載的長期作用下出現(xiàn)了大量路面病害問題，其中裂縫是最常見的病害之一[1-3]。為此各級交通主管部門和運營管理單位不得不將裂縫列為年度預防性養(yǎng)護和大中小修養(yǎng)護的必選項，大量基層管養(yǎng)人員管理成本、機械設備采購和新材料使用費用也在逐年攀升，因此從節(jié)能降耗、經濟節(jié)約、技術可行角度對裂縫處理材料開發(fā)、設備更新、工藝改進等方面研究更為迫切。

目前，國內有關對路面裂縫的研究主要集中在：

（1）新材料研發(fā)。應用較為廣泛的有液體類灌封膠和固體類貼縫帶[3-5]，主要傾向于修補耐久性強、施工操作智能化和特殊氣候條件下的瀝青基高分子聚合物類材料。

（2）裂縫維修設計。關注點主要在于開槽尺寸方面，采用傳統(tǒng)處理縫寬界限為6 mm的維修方法密封裂縫，其有效期不超過一年，二次開裂失效率在85%以上。最新研究顯示，一般裂縫開槽寬度設計為0.8～1.0 cm，深度為1.0～1.3 cm時，既能滿足開槽機具性能要求，又具備較強的抵抗裂縫橫向失效的能力。但仍存在不足：考慮到不同封縫材料的適用范圍和適用條件存在較大差異，補縫材料隨意選取將導致實際應用效果較差，短期內同一位置裂縫病害需進行再次維修處理，產生額外的費用支出和資源消耗。

鑒于此，本文借助典型路面型裂縫工程處治案例，對不同封縫材料、不同施工工藝的維修方案進行全方位、多層次、多角度分析論證，選取最佳處理方法和措施，以期改善路用性能，延長使用壽命，獲得良好的應用效果。

1 工程概況

哈巴河公路管理分局2019年度養(yǎng)護總里程為366.167 km，其中：國道4.26 km，省道257.078 km，專用公路104.829 km。其負責管養(yǎng)的省道S227線于2004年10月交工驗收，是出入哈巴河縣城的重要路段，也是連接布爾津縣和185團的交通樞紐，同時承擔著戍邊守防的重要使命。

S227線K3+000～K8+000路段道路為雙向兩車道，按二級公路標準建設，路基寬度為12 m（9 m）。目前道路整體使用性能較好，以日常養(yǎng)護、小修為主，路面主要病害表現(xiàn)為縱橫向不規(guī)則裂縫，裂縫寬度分布范圍在0.3～0.8 cm之間，其中橫向溫縮性裂縫占比較大，已處治裂縫長度為9 023 m，本次擬處治長度為4 033 m。

2 材料選擇

考慮到本項目位于新疆西北高寒地區(qū)，為確保維修質量和經濟效益，避免補后原裂縫位置重新開裂失效，應結合現(xiàn)場氣候情況、路面裂縫特征、材料特性、施工工藝和使用條件等方面綜合論證選取裂縫處治材料。根據(jù)地區(qū)項目應用情況和市場調研，暫圈定適用于高山高寒地區(qū)的氣候特點的寒冷或嚴寒型灌封膠和國內養(yǎng)護項目廣泛應用的貼縫帶或抗裂貼兩種裂縫處治材料進行對比。

2.1 適用條件

新疆北疆地區(qū)冬季寒冷漫長，S227道路沿線分布有多處風吹雪路段，周邊居民出行受雪害影響較大，每經歷大雪天氣均需借助大型除雪清障設備恢復正常交通運行。如采用貼縫帶處理裂縫，則極易在冬季使用過程中被大型除雪機械鏟除或破壞，雪水滲入開裂縫隙后逐漸封存于路基體內，在經歷多次凍融循環(huán)作用后，瀝青混合料粘附性能衰減嚴重，空隙率逐漸變大，并發(fā)展為新的裂縫，其主要用于應急防裂處理或高等級公路等不阻斷交通條件下的裂縫封閉處理。而灌縫膠多為嵌入裂縫槽孔內部，封閉兩側斷裂面的復合材料，可有效阻止雨雪水下滲，延緩坑槽、龜裂等其他類路面病害的發(fā)展速度，為春季封縫處理爭取時間，主要在低等級公路路面或交通量相對較小路段裂縫防治及預養(yǎng)處治應用較多。因此，就適應性而言，采用液體類灌封膠更適合本地氣候環(huán)境，利于裂縫病害的有效防治。

2.2 材料性能

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）、《路面加熱型灌封膠》（JT/T 740-2015）、《路面裂縫貼縫膠》（JT/T 969-2015）要求，采用PHP-806全自動瀝青軟化點測試儀（XJKE4-8）、LZ-S電腦自動瀝青針入度儀（XJKE4-13）等主要設備對上述兩種材料進行性能檢測，檢測結果分別見表1、表2。

表1、表2檢測結果表明，兩種材料基本性能指標均滿足規(guī)范要求，其中灌封膠最重要的性能參數(shù)低溫拉伸檢測通過，彈性恢復率接近上限值，而貼縫膠主要衡量指標粘結性能是規(guī)定值的2.5倍，兩種材料在性能指標上的差別并不大。但從材料耐久性分析，灌封膠能長久保持對裂縫的良好密封效果達3年以上，而貼縫膠使用年限為1～3年。就溫度耐性區(qū)間而言，貼縫膠為-30 ℃～90 ℃，灌封膠為-40 ℃～90 ℃，可見灌封膠的耐低溫適應性更強。綜上對比，液體式灌封膠更適合應用在本項目低溫環(huán)境中。

2.3 施工工藝

從可操作性和施工便利性上，貼縫帶貼縫工藝明顯更加方便和簡單，可更多地用于條件比較簡陋的養(yǎng)護單位，以及臨時搶修工作;灌縫對施工人員要求較高，需要施工人員能熟練操作灌縫設備，從而發(fā)揮設備和材料的最好性能。從維修設備投入上分析，貼縫帶無需開槽機械，而灌封膠則暫不需要碾壓設備。從施工速度方面來看，較寬的裂縫使用灌封膠時，灌縫前須耗費較長時間加熱融化材料，且開槽工藝復雜、施工速度較慢，而貼縫帶只須根據(jù)不同的裂縫寬度選擇相應規(guī)格的材料即可，且施工時無須封閉交通，施工完成后即可通車。從節(jié)能降耗、環(huán)境保護角度出發(fā)，使用路面灌縫膠修補路面裂縫施工前，開槽機切割路面產生大量灰塵，施工時須將灌縫膠加熱熔化成液體，在加熱熔化的同時不僅耗費大量燃油，也會產生污染環(huán)境和傷害施工人員的廢氣。而采用貼縫帶進行路面裂縫修補，無須開槽擴縫，無煙、無塵、效率高，工藝簡單。

2.4 經濟效益

從當期投入上看，兩種工藝在材料成本上差距不大，貼縫帶貼縫工藝在設備和人工投入方面更為節(jié)省，灌縫施工的工料單價約13元/m·3年、貼縫施工的工料單價約7元/m·年。若折合到3年、5年養(yǎng)護期計算。3年期：灌縫一般3年不返工，即13元/m·3年;貼縫帶通常1～2年返工，如果有除雪路段需每年返工，就是21元/m·3年。5年期：灌縫返工一次，即21.7元/m·5年，貼縫施工每年返工，就是35元/m·5年。但從長期投入上看，灌封膠灌縫工藝能顯著減少養(yǎng)護施工次數(shù)，從而使工程投入材料、人員、設備等費用降低，且減少了封閉施工對交通的影響，因此具有更好的經濟效益和社會效益。

兩種材料詳細對比分析匯總見表3。

綜上，貼縫帶雖然施工工藝簡單、能耗小、對環(huán)境影響可控，但在本項目實施后的工后易損問題無法解決，設計使用壽命存在折減，達不到預期應用效果。從材料性能和適用條件來看，灌縫膠主要在裂縫內部發(fā)揮密封作用，受外界影響較小，不會被外力（如鏟雪車等）破壞，使用年限在3年以上，對項目區(qū)冬季嚴寒氣候適應性好，最低可耐受-40 ℃左右的嚴寒天氣。從經濟效益角度，按養(yǎng)護壽命周期折算，貼縫帶工料單價是灌封膠的1.6倍以上，不利于養(yǎng)護成本節(jié)約。因此，推薦采用適用于冬季嚴寒區(qū)的熱熔型灌封膠進行裂縫封閉處理。

3 灌縫施工

根據(jù)灌封膠材料特性、裂縫修補工作量、材料運距、氣象資料等完成機械設備配置、現(xiàn)場作業(yè)人員技術交底和保通措施等施工前準備工作。

3.1 準備工作

（1）計算材料用量

在規(guī)定施工溫度時，1 kg灌封膠可封閉處理一條長8 m、寬1 cm、深1 cm的裂縫。

估算公式為：寬（cm）×深（cm）×長（m）×0.12（kg）

例如：一條寬與深均為1.5 cm的縱向裂縫長達30 m，則灌封膠用量為：1.5×1.5×30×0.12=8.1 kg。

（2）加熱灌封膠

灌縫前，需使用熱熔釜加熱倉將灌封膠加熱熔化，加熱至規(guī)定施工溫度193 ℃～204 ℃。

注意：為確保灌封膠均勻受熱，應使用以導熱油或熱空氣為介質、配置自動攪拌功能的加熱設備。加熱溫度不足或灌封膠局部溫度不足，會導致灌封膠不能完全發(fā)揮出應有性能。加熱溫度過高、長時間高溫加熱、多次冷卻后反復加熱，會使灌封膠出現(xiàn)老化變質乃至失效的問題。因此，在不具備均勻加熱設備的條件時，不得采用開放式加熱容器或明火直接加熱灌封膠。

3.2 施工工藝流程及要求

（1）封閉交通。根據(jù)《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30-2015）中有關規(guī)定和保通設計，結合施工現(xiàn)場實際情況，按規(guī)定距離擺放錐型桶及其他移動標志，并設專人負責指揮交通。

（2）開槽。按照設計圖紙，調節(jié)好開槽機的寬度和深度，沿裂縫進行開槽，以便膠液能更好地填充裂縫。施工過程中要根據(jù)裂縫變化情況及時調節(jié)槽口尺寸，以滿足設計要求。

（3）清縫。用壓縮空氣槍將槽內及兩側至少5 cm范圍內的浮塵、石屑等雜物清吹干凈，保持槽內及兩側縫壁清潔、穩(wěn)固、干燥，如裂縫內濕潤或潮濕也應先烘干或晾干后再進行施工。

（4）灌縫。在灌縫施工前3 h左右開始使用灌縫設備的熱熔釜加熱灌封膠，并攪拌均勻，使膠液完全融化，無未融化的塊狀物。灌封膠的加熱溫度應達到規(guī)定溫度以上，但不能超過最高溫度限制，當達到200 ℃的條件時，用灌縫終端上帶有刮平器的壓力噴頭（手噴槍）或其他小型輔助注膠設備將灌封膠均勻地灌入槽內。灌注的膠液面應略高于路面2～3 mm，并用刮板修整膠液表面，保證路面美觀。如裂縫內部空隙較大，膠液下滲速度較快，可在該位置補灌。

（5）養(yǎng)護。灌縫完成后，應繼續(xù)封閉施工區(qū)進行養(yǎng)生，直至膠液完全冷卻成型后可開放交通。封閉養(yǎng)生時間視天氣情況不同一般需要10～30 min。

3.3 外觀驗收標準

（1）灌封膠高于路面≤0.3 cm。

（2）灌封膠貼封層邊緣整齊，表面平整。

（3）灌封膠表面光滑，無顆粒狀膠粒。

（4）車輛碾壓后不變形，保持彈性。

3.4 灌縫效果評價

針對病害處理4個月后的路面使用性能狀況，主要采用滲水試驗后評價方法進行驗證，按照《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）要求每隔200 m測1處，將本項目施工段劃分為8個測區(qū)，每個測區(qū)布置5個測點，檢測結果見表4。

根據(jù)規(guī)范要求普通密級配瀝青混凝土路面滲水系數(shù)為300 ml/min，由表4可以看出，8個測區(qū)的典型位置處路面補縫滲水系數(shù)的均值都小于規(guī)范要求，在裂縫封閉處理4個月后，其密封性尚處于良好狀態(tài)。經現(xiàn)場實際調查，灌封膠表面緊貼集料、沿縫長度連續(xù)圓滑、無開孔破裂現(xiàn)象。處理前后對比如圖1所示。

4 結語

（1）兩種材料在性能指標上的差別并不大。但灌封膠材料的耐久性更強，能保持良好密封效果達3年以上，抗極限低溫可達-40 ℃，更為重要的是不受冬季除雪車機械破壞，在高寒區(qū)道路裂縫封閉處理上具有獨特優(yōu)勢。

（2）對裂縫處治后的8個測區(qū)進行滲水試驗，用于評價裂縫實際封閉效果。檢測結果顯示：滲水系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，裂縫表觀邊緣平整，灌封膠表面光滑，無顆粒狀膠粒。

（3）灌封膠雖然施工工藝較復雜、能耗大、對環(huán)境有影響，但能解決項目實施后工后易損問題，設計使用壽命不存在折減，能達到預期應用效果。

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