高寒山区沥青路面裂缝修补材料应用探究

(重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074)

前言

随着“西部大开发”战略及“十三五”规划的推进，公路建设重心己由平原地区逐渐转向地理环境特征更加复杂的高寒山区。沥青路面由于具备诸多优点，已成为我国公路路面主要的路面结构形式。但在车辆荷载和自然环境的综合作用下，无论是寒冷地区还是非寒冷地区，开裂问题都会存在，只是不同地区具有不同的开裂程度。高寒山区海拔高、温度低、昼夜温差大、紫外线辐射强，特殊的气候环境条件使得开裂问题在高寒地区显得尤为突出。裂缝是沥青路面的主要病害之一，裂缝的存在不仅影响行车的舒适性和安全性，而且路表雨水通过裂缝渗入基层，还将大大削弱路基的强度和稳定性，使沥青路面受到更严重的破坏。为处治沥青路面大量出现的裂缝，在路面设计阶段，研究者们就开始采取设置应力吸收层、增加沥青层厚度、设置土工合成材料夹层等方法来减缓路面反射裂缝[1-3]。而针对已建成通车的沥青路面表面裂缝，大多采用灌缝、填缝、贴缝的方式进行路面裂缝修补[4]，灌缝是国内外最常用的裂缝修补方式。沥青路面裂缝进行及时修补，可以提高路面使用质量，延长使用寿命，对防治沥青路面的早期破坏有着重要的意义。

为此，笔者对沥青路面裂缝进行分类，分析高寒地区裂缝的成因，并提出与高寒山区特殊气候环境相适应的修补材料的技术要求，为高寒地区沥青路面裂缝修补提供参考。

一、沥青路面裂缝的分类

国内外对裂缝种类做了大量的观察和分类，它们依据不同的分类方式将裂缝分为不同的类型，主要有以下几种：

路面裂缝从外观形状上可分为横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝和龟裂。

路面裂缝从裂缝延伸的方向上可分为自上向下(Top-Down)和自下向上(Down-Top)两种。

根据沥青路面开裂的主要原因，可将裂缝分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝两大类[5]。

根据裂缝宽度可将裂缝分为4种[6]：裂缝缝宽小于5mm且对车辆行驶的平稳性影响不太大的微裂缝；裂缝缝宽为5-15mm且会引起车辆轻微跳动的小裂缝；裂缝缝宽为15-25mm且会引起车辆明显跳动的中裂缝；裂缝缝宽大于25mm且会引起车辆剧烈跳动的大裂缝。

二、高寒山区沥青路面开裂成因

由于高寒山区独特的气候地理环境，引起路面开裂的因素主要可分为荷载因素、气候因素、设计及施工不当等，这些因素综合作用下导致沥青路面开裂。

(一)气候因素

气候因素主要指温度和紫外线对沥青路面开裂的影响。高寒山区的沥青路面承受着严峻的自然环境(低温、大温差、强紫外线)的考验，常出现过早老化、开裂等病害。一方面，高寒地区昼夜温差大，气温低且低温持续时间长，路面在使用过程中极易产生温缩裂缝。另一方面，高寒山区由于海拔高，紫外线辐射强度大，使得沥青面层老化变脆，在车辆荷载和温度应力的共同作用下，极易导致路面开裂；同时沥青紫外光老化后黏度下降，与集料的粘附性变差，容易造成面层剥落，产生裂缝、坑槽等损坏形式，雨水通过裂缝、坑槽渗入到下层结构中，进一步损害下层路面结构，从而严重影响沥青路面的使用性能和寿命。

(二)荷载因素

荷载因素是指道路在其正常营运过程中，交通荷载对路面各个结构层的破坏。大量研究证明，行车荷载是造成沥青路面开裂的主要因素。一方面，在车辆荷载的作用下，路面基层会随之发生不规则性的应力应变响应，当拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度时，半刚性基层底部就会产生细微裂纹，在行车荷载的反复作用下，裂纹会不断扩展，底部的裂缝会逐渐向上延伸，形成反射裂缝；另一方面，由于交通荷载作用影响，会在路面轮迹带两侧形成自上而下的Top-Down裂缝。此外，在交通荷载作用下，长大纵坡加剧了路面开裂。高寒山区地势条件复杂，长大纵坡路段众多，车辆荷载由于受坡度、坡长、频繁加速和减速等原因影响，车辆荷载与路面作用时间变长，内部应力增大，使得长大纵坡路段更容易出现开裂等早期破坏。

(三)设计或施工不当

路面开裂可能是因路面设计的某些缺陷，或因施工不当而引起的。设计方面，路面结构层承载能力没能满足设计年限内交通发展的需要；路面结构类型选择不当。施工因素对沥青路面裂缝的影响也是容易忽略的一个环节。一方面，材料自身存在均质性问题，沥青混合料内部差异性较大，进而导致平整度、压实度等都达不到规范要求，在外界环境作用下，易引起面层裂缝、松散等病害。另一方面，采用振动压路机对路面进行压实，在双向重力作用下，沥青混合料内部容易产生微裂缝，如果不及时处理已有裂缝，在温度及荷载应力双重作用下，这些微裂缝会扩展为宏裂缝。

三、裂缝修补材料

裂缝修补是指采用专用设备，将修补材料灌入裂缝中，使其与原路面结构粘结成一个整体，共同承受车辆荷载，并起到防水作用的一项预防性养护技术。裂缝修补施工工艺一般包括开槽、清缝、灌缝、养护及开放交通等步骤[7]。目前，用于沥青路面裂缝修补的材料按施工方式大致可分为3类，即热灌型、常温型、贴缝型。

(一)热灌型

热灌型材料，顾名思义是指采用加热方式来实现裂缝修补的修补材料。热灌型修补材料包括(改性)沥青、橡胶沥青、聚合物改性沥青等。传统型的修补材料，如改性沥青、橡胶沥青等，修补效果较差，已不推荐作为路面裂缝修补的材料。加热型密封胶是目前国内常用的裂缝修补材料。

(二)常温型

常温修补材料主要包括有机硅、聚氨酯、溶剂型改性沥青和改性乳化沥青等。由于常温施工修补材料能及时对少量初期裂缝进行修补，同时具有高渗透、方便、环保等优点，已被广泛运用于路面裂缝修补工作中。

(三)贴缝型

贴缝带，又称压缝带或填缝带，是一种以沥青为主要成分的宽度不等的带状产品，分为自粘型和热粘型两种。自粘型贴缝带粘结力强，在常温下可以对裂缝进行直接修补；热粘型贴缝带施工时需采用液化气喷火枪同时加热路面裂缝和贴缝带的粘贴面，当沥青混凝土路面裂缝面出现油点且贴缝带粘贴面变得油滑时，即可粘贴在裂缝上。贴缝带具有很高的工作效率，但贴缝带的长期效果还有待验证。

四、高寒山区裂缝修补材料的发展趋势

多年工程实践证明，改性乳化沥青由于材料的温度敏感性大，弹性及低温韧性差，在温度及紫外光辐射下极易老化，进而失去粘结性，起不到修护目的，一般不推荐用于高海拔地区裂缝修补。基于高寒山区特殊的气候条件，必须采用性能更好的裂缝修补材料，修补材料的选择对裂缝修补至关重要，因此在选择适合高寒地区裂缝修补材料时，应满足下列要求:

(一)具有良好的粘结力

良好的粘结力包括修补材料自身的粘结力以及修补料与裂缝界面之间的粘结力。修补料本身具有较好的粘结力，可以防止修补料在综合作用下产生开裂而影响裂缝修补效果。此外，填封料与裂缝界面之间应具有较好的粘附性，在受到车辆荷载及其他外力反复作用时，修补材料与裂缝界面粘结成一个统一的整体，具有很高的粘结强度，可以避免裂缝失效而导致二次开裂。

(二)低温状态下应具有良好的韧性

高寒地区由于气温低、日温差大，在这样的条件下，修补材料容易变脆、失去韧性，在长期拉应力应变作用下，容易被拉裂，导致裂缝修补失效，因此，修补材料应具有良好的低温韧性。

(三)具有足够的的弹性和延展性

修补材料在外力作用下，会发生弹、塑性变形，后者变形后难以复原。因此，修补材料应具有足够的弹性，使其在受拉压应力作用后能快速恢复到原有状态。同时，为了使修补材料能够始终与裂缝壁界面之间保持很好的密封效果，修补材料必须具有较好的延展性，跟随裂缝伸缩方向而移动。

(四)具有良好的高低温稳定性

修补材料在高温条件下，易受热而发生流淌，同时在车轮作用下，易被挤出裂缝而被车轮带走，导致修补失效。因此，修补材料应具有足够的高温稳定性，即使是在温度较高的情况下，修补料也能不变软，保持很好的高温稳定性。同时，在低温条件下，为防止修补材料出现脆裂而导致填封裂缝失效，修补材料必须具备良好的低温变形能力。

(五)具有良好的耐老化性

高寒地区由于海拔高，紫外线辐射强，修补材料在使用过程中，长期受到温度、紫外线、水等因素的综合影响，容易发生老化，造成修补材料自身各项性能下降。因此，为了保证修补材料的耐久性，防止修补裂缝过早失效，修补材料应具有很好的耐老化性，在其使用期内各项性能指标都能保持稳定或发生较小变化。

五、总结

高寒地区路面裂缝的产生是由荷载、气候、基层裂缝反射和施工等多方面因素造成的。裂缝修补作为一种重要的路面预防性养护技术，应引起我国道路研究者的高度重视。选择与地域特征相适应的修补材料进行裂缝修补至关重要，针对高寒山区特殊的气候特征，应选择粘结性、韧性、弹性、温度稳定性、抗老化性能优良的修补材料，同时严格按照裂缝修补工艺的技术要求进行施工，这样才能真正解决裂缝问题，达到延长路面使用寿命的效果。