浅谈寒区高等级公路沥青路面裂缝成因及修补技术

黄 哲

(黑龙江省交通科学研究所)

1 前言

沥青路面作为一种无接缝的连续式路面，具有表面平整、行车舒适、耐磨、振动小、噪音低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等众多优点，获得了越来越广泛的应用。在我国高等级公路中有85%以上是沥青路面，沥青路面是我国高等级公路的主要结构型式，有着较高的使用性能，受到广大建设和使用者青睐，但许多高等级公路沥青路面经常出现开裂现象，在寒冷地区由于地域气候等因素影响，开裂现象更加突出。我国修筑沥青路面历史短，成形养护技术与积累经验较少，以下就高等级公路沥青路面裂缝病害成因和寒区修补技术加以探讨。

2 高等级公路沥青路面裂缝病害分析

沥青路面在使用期开裂是各国普遍存在的问题，它的危害在于从裂缝中不断进入水分使基层软化、导致路面承载力下降，产生卿浆、网裂，加速路面破坏。

沥青路面开裂有以下几种情况。

(1)结构层本身强度不足。由于结构层本身强度不足，不适应日益增长的交通量及轴载作用而产生的开裂，最初一般表现为纵向开裂，然后发展成为网裂，这一类由荷载产生的裂缝在我国普通道路及一些超载严重的高等级公路上较为常见。

(2)温度疲劳裂缝。温度反复升降导致温度应力疲劳使混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小，又加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松弛性能降低，故可能在比一次性降温开裂温度高的温度下开裂，同时裂缝是随着路龄的增加而不断增加，实际上包含了温度应力疲劳的因素在内。

(3)反射性裂缝。反射源为水泥、石灰类无机结合料稳定材料的半刚性基层的缩裂缝，这些裂缝在交通荷载的作用下，由下层逐渐反射到表面。

(4)温度收缩裂缝。温度收缩裂缝即一次性降温造成的温度收缩裂缝，沥青在较高的温度条件下，具有良好的应力松弛性能，温度升降产生的变形不致于产生过高的温度应力。但在冬季气温骤降时，沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力的增长。同时劲度急剧增大，超过混合料的极限强度或极限拉伸应变，便会产生开裂。

在我国，高等级公路的沥青路面基本上都是半刚性基层，其中集料含量较多，而且沥青层相对较厚，收缩性能得到了很大改善，采用了质量较好的重交通石油沥青后，横向裂缝显著减少。对黑龙江省竣工通车的几条高速公路沥青路面调查显示，经过一个冬季后，横向裂缝间距一般在80～150 m范围内，第二年春季调查发现没有增加新的横向裂缝。这些裂缝冬季最宽的近10 mm，夏季完全闭合，这说明高等级公路沥青路面的横向裂缝大多源于沥青面层的温度收缩裂缝。

我国寒区高速公路沥青路面尤为常见的破损主要是温缩裂缝，针对沥青面层低温收缩开裂问题，国内外进行了众多的调查与研究，原因如下。

(1)沥青混合料性质是影响沥青路面温度开裂的最主要原因。

沥青混合料的低温劲度是决定是否开裂的最根本因素，沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。在沥青性质指标中，影响更大的是温度敏感性，感温性大的沥青容易开裂。改性沥青的性能以改性后沥青的感温性的改善程度，即针入度指数PI的变化为关键性评价指标。沥青针入度、低温延度是影响开裂的重要指标。由于沥青在老化过程中轻质油份挥发、沥青氧化分解、位阻硬化等，老化越严重，劲度越大，裂缝出现越早。沥青中的蜡使应变减小，脆性增加，温度敏感性变大，横向裂缝容易发生。

(2)沥青混合料的组成对沥青路面开裂的影响。

①一般认为在最佳沥青用量OCA的10.5%范围内波动对开裂率无明显影响。而且，沥青用量增加使混合料应力松驰性能提高的同时，也使收缩性能变大，二者互有抵消。

②基层的影响。

半刚性基层比级配碎石、沥青稳定碎石柔性基层热容量小，与沥青表面层的附着粘结性能差，尤其是本身收缩的附加影响，故横向裂缝较多。基层与面层的附着性能差，将使面层有一定自由收缩变形的可能性，混合料的应力松驰性能得不到充分发挥，温度应力无法传递到基层中去，在面层内部积聚，容易产生裂缝。

3 高等级公路沥青路面裂缝主要处理技术

由于受半刚性基层、沥青材料、气候、地质条件、施工工艺和行车荷载的影响，高速公路沥青路面裂缝是不可避免的问题，也是养护工作中一项经常性任务。要想使灌缝的质量和寿命提高就必须满足以下3个条件。

(1)灌缝材料应具有良好的粘结力(和沥青混合料相融合)。

(2)在工程当地冬季最低气温条件下具有优良的延伸性和弹性。

(3)灌缝材料应具备持久的抗老化和抗疲劳能力。

裂缝的修补具有很强的时限性，安排修补时间不当将大大影响灌缝质量和效果。一般对于北方冰冻地区，沥青路面裂缝的修补时间在每年的三四月为宜。修补裂缝的最佳时机为解冻前裂缝达到最大时，若路面已解冻才开始灌缝就不能有效防止雪水、雨水的浸入，达不到灌缝的最佳效果。

沥青路面裂缝修补方法很多，一般可根据裂缝的宽度和深度确定具体的修补工艺，目前我国主要有四种方法对裂缝进行养护处理。

3.1 普通热沥青灌缝

一般采用重交通道路AH-90#石油沥青铁壶灌入法。首先对沥青进行现场加热，用铁壶或专用容器将热沥青灌入缝内，一般需浇灌2～3遍，待沥青温度下降至常温后即可开放交通。此种方法操作简单，使用的设备和人员少，修补费用低廉，但对于地处寒区的高等级沥青路面缺点尤为突出。

(1)直接灌入，很难清除缝内杂物，使灌缝料与两壁粘结不牢。

(2)材料自身负温性能差，冬季材料极易脱落，达不到良好防水效果。

(3)夏天气温高时沥青软化，沥青溢出路面被行车粘走，污染路面。

(4)每年一次重复施工，累计养护费用较高。

3.2 乳化沥青灌缝

乳化沥青是将通常高温使用的道路沥青，经过机械搅拌和化学稳定的方法(乳化)，扩散到水中而液化成常温下粘度很低、流动性很好的一种道路建筑材料，可以常温使用，且可以和冷的和潮湿的石料一起使用，当乳化沥青破乳凝固时还原为连续的沥青并且水分完全排除掉。乳化沥青灌缝工艺与热沥青基本相同，其具有较好的常温流动性，有利于将裂缝彻底灌透，但需要加入一定量的外掺剂，调节破乳成型时间及其粘结力，如破乳成型时间过短则易硬脆开裂松散，如果破乳成型时间过短则易渗漏造成表面不饱满影响灌缝质量。

3.3 SBR改性乳化沥青灌缝

SBR改性乳化沥青中掺加1%的丁苯胶乳、5%的橡胶粉灌缝。其施工工艺流程主要有:(1)用压缩空气吹去缝内灰尘;(2)用竹片或铁铲清除缝中剩余杂物;(3)用铁壶灌入SBR改性乳化沥青灌缝材料。

该材料具有良好的高温稳定性、渗透性，此工艺无需加热，设备比较简单，灌缝效果较热沥青要好，但负温性能不足，不适用于寒区沥青路面裂缝修补。

3.4 进口灌缝胶修补裂缝

使用进口灌缝胶裂缝修补的工艺流程如下:(1)开槽作业;(2)高压气体清理开槽;(3)灌缝前预热。用普通液化气罐外接喷火装置，在实施灌缝前对凹槽加热，温度达到80～100℃左右后再进行灌缝;(4)灌缝。在进口密封胶加热温度达到188℃左右时，大型专业设备上自带的具有刮平装置的压力喷头将密封胶均匀灌入槽内。灌缝分二次灌满，第一次灌入槽深的4/5，第二次灌满并在槽口两侧拉成宽60 mm，厚3 mm的帖封层。

该工艺修补后效果优于前几种，但机械化程度较高，材料和设备价格较高，在我国还未得到大范围应用。

4 寒区沥青路面裂缝修补新技术

为探索适合我国寒区高等级公路沥青路面裂缝修补新材料和工艺，为即将来临的养护高峰期做好技术储备，黑龙江省交通科学研究所研制成功了GLP-R型沥青路面裂缝密封胶，它是一种热融型高聚物密封材料，该材料在负温状态下具有较好的延展性、粘结力，且高温不流淌、不粘车轮，密封胶在-37～90℃温度范围内随着裂缝的形变始终保持其稳定的密封作用。通过对地处小兴安岭的伊嘉公路五营至汤旺河段试验路三个冬季的观测表明，应用效果非常好，目前已应于哈大、哈五等高等级公路，该材料特别适合于寒区沥青路面裂缝的修补。较之国外材料相比，在施工工序和应用效果相近的情况下，该材料为小型机械施工，操作简单、快捷，且材料价格低于国外材料，可有效节约养护成本。

5 结语

随着经济的发展，交通量的增长，寒区高等级公路沥青路面大部分处于超负荷与超期服役状态，病害急需进行维修养护。对于寒区高等级公路沥青路面，裂缝是最为常见和典型的病害之一，需要我们加大重视，在公路建设中应因地制异优化沥青混合料性能和配合比设计。对于出现裂缝病害的路面要科学掌握时机，及时进行修补，国外的专业设备和材料灌缝效果较好，但综合养护成本较高，在我国高等级公路还很难短时间内普及和推广应用，面对即将来临的养护高峰期的到来，从长远利益和综合效益方面分析，还需要因地制宜，积极开发和推广适合本地区低耗高效的沥青路面裂缝修补技术和材料。

［1］李福普，沈金安.公路沥青路面施工技术规范实施手册［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］沈金安.美国的SMA配合比设计方法［J］.国外公路，1998，(10).