沥青混凝土裂缝修补结构性能研究进展

杨雁

摘要：为了进一步推进沥青混凝土路面裂缝修补技术的发展，综述了国内沥青混凝土裂缝修补结构性能的研究进展。首先将目前常用的裂缝修补材料分为热用沥青、专用材料与化学灌浆类材料三类;其次对沥青混凝土裂缝修补结构的力学性能和耐久性能进行了梳理。基于此提出裂缝修补结构性能研究存在的问题，并提出展望。

关键词：沥青混凝土裂缝修补结构;修补材料;力学性能;耐久性能

Abstract： In order to further promote the development of asphalt concrete pavement crack repair technology， the research progress of asphalt concrete crack repair  structure performance at home and abroad is summarized. Firstly， the commonly used crack repair materials are divided into three categories： hot asphalt， special materials and chemical grouting materials. Secondly， the mechanical properties and durability of asphalt concrete crack repair structure are combed. Based on this， the problems existing in the research of fracture repair structure performance are put forward， and the prospect is put forward.

0  引言

沥青是21世纪道路的主要建设材料之一，它具有足够的力学强度，行车平稳舒适等特点，因此世界各国高等级公路路面均选择采用沥青混凝土路面，特别是高速公路。根据我国交通运输部公布数据显示，2020年我国高速公路總里程已达到15万公里，95%以上是沥青混凝土路面。由于沥青混凝土路面一般用于铺筑路面的面层，在使用过程中长期经受着车辆荷载与自然环境的综合作用和影响，极易出现各种早期病害，如裂缝、车辙、坑槽等。其中裂缝是沥青混凝土路面出现最多，也是最主要的病害，因此众多沥青混凝土路面是在进行早期裂缝修补后以裂缝修补结构的形式继续工作。所以裂缝修补结构的性能对公路的服役寿命有着极大的影响，其性能研究在工程中有着极大的需求。

本文基于国内外学者的研究成果，总结了三种常用裂缝修补材料，对比分析了常见的沥青混凝土裂缝修补结构的力学性能与耐久性能。旨在为沥青混凝土路面的裂缝修补，延长沥青混凝土路面的使用寿命提供参考。

1  沥青混凝土裂缝修补结构概念

沥青混凝土裂缝修补结构是指进行裂缝修补后的沥青混凝土与修补材料组合而成的结构。我们判断沥青混凝土裂缝修补的成功与否，不能只考虑修补材料的性能，应从整体方法论出发，考虑修补后组合结构的整体性能[1]。整体性能研究一般包括力学性能与耐久性能，主要为抵抗弯曲开裂性能、劈裂抗拉性能、抗剪切破坏性能、耐腐蚀性能与疲劳破坏性能。

2  裂缝修补材料研究

沥青混凝土路面裂缝是沥青路面的一个重要病害，受到各国交通管理部门的高度重视，国内外诸多学者对沥青路面裂缝修补展开了研究，研制出了种类繁多的裂缝修补材料。本文将现有裂缝修补材料归纳为热用沥青类、专用材料与化学灌浆材料来进行归纳介绍。

2.1 热用沥青类材料

热用沥青类材料主要包括热沥青、SBS改性沥青、SBR改性沥青以及橡胶改性沥青等[2]。热沥青在使用过程中难以满足高粘弹性、高拉伸强度等性能，研究学者选择在沥青中加入改性剂来改变沥青的性能，目前使用较多的改性剂主要有丁苯橡胶（SBR）、聚乙烯（PE）、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（SBS）、EVA树脂等[3]。有关学者[4-6]通过研究发现加入改性剂后沥青就有更好的高低温性能、水稳定性能及耐老化性能等，更能满足作为修补材料的要求。

热用沥青类修补材料具有材料较易获取，施工操作简单，修补成本低等优点，在日常路面工程裂缝修补中也得到较多的应用。

2.2 专用材料

沥青混凝土路面裂缝修补专用材料在常温下一般为固体，在裂缝修补前进行加热融化，灌入裂缝中，渗透到沥青混凝土粘结成整体，主要代表有树脂类密封胶与自流平有机硅树脂[7]。专用材料的抗老化性能与高低温性能皆优于基质沥青与各改性沥青，修补效果好，使用寿命长，但因为成本昂贵，一般用于高等级公路路面的修补，应用范围较小。

2.3 化学灌浆材料

化学灌浆材料具有良好的渗透性，能较好的渗入到裂缝底部，且具有良好的粘结强度。近年来诸多的学者对化学灌浆类修补材料进行了研究。目前常用的主要有环氧树脂系列、聚氨酯系列、丙烯酸盐系列等化学灌浆类材料。各类化学灌浆材料与其他修补材料相比，具有粘结强度高、抗老化性能高、水稳定性能好、价格低廉等优势，且在实践中可根据不同的工程需要，对化学灌浆材料进行适当的改性，使裂缝修补结构达到最佳的性能，在工程中应用范围较广。

3  沥青混凝土裂缝修补结构性能研究现状

3.1 力学性能研究

由沥青混凝土裂缝修补组合结构基本力学性能的究主要包括劈裂抗拉性能、抵抗弯曲抗裂性能、抵抗剪切破坏性能等。

王刚[8]模拟6mm小裂缝与12mm中裂缝，选用90#沥青、SBS改性沥青与橡胶粉改性沥青作为修补材料分别制备修补结构试件，探讨了修补结构在低温条件下的剪切变形破坏规律，发现三种组合结构的剪切变形都随着温度的降低而变小，其中橡胶粉改性沥青作为修补材料的变形优于其他两种材料。

于飞[9]从界面强度和抵抗行车荷载两方面了研究了以基质沥青、改性沥青、灌缝胶为修补材料的修补结构的性能，试验结果表明，灌缝胶与基体组成的修补结构在不同温度下抵抗车载剪切的性能最好。李强[10]研究了裂缝修补专用材料、热用沥青类材料、化学灌浆类材料三者分别与沥青混凝土基体组成的组合体系的抗剪性能与抗拉性能，并进行了室外验证，结果表明专用材料——沥青混凝土裂缝修补结构具有更为优异的低温抗裂性和抗剪切破坏性能，使用寿命更长，特别适用于夏季高温地区高等级沥青路面裂缝修补。

庞绮玲[11]等采用EA/PU IP[12]修补材料制备修补结构，研究修补材料与沥青混凝土基体的力学相容性，结果表明在低温条件下，修补材料与沥青混凝土基体有较好的抗弯拉与劈裂抗拉性相容性。文献[13]的研究也发现用环氧改性聚氨酯材料作为修补材料制备的组合结构在低温下条件下抵抗弯曲开裂性能较好

除了传统的试验方法，也有部分学者利用有限元软件对修补结构的力学性能进行了建模分析。池漪[14，15]利用MIDAS软件进行修补结构建模分析，研究了最不利加载情况下，裂缝修补处的变形与应力云图，根据分析结果，可从理论上估计修补材料与基体有较好的相容性。黄亚琴[16]建模对比分析了裂缝修补结构在不同缝宽、温度及荷载作用下的应力，得出了结构在使用过程中可能达到的最大应力值。

3.2 耐久性能研究

沥青混凝土裂缝修补结构除需满足基本力学性能，耐久性能也是评价修补结构的重要指标之一。

张辉、王亚晓等[17，13]研究了环氧树脂类修补结构的冻融耐久性，发现环氧树脂比聚氨酯和热沥青类修补结构有更好的冻融循环耐久性。长安大学[18]研究发现在不同湿度、油污及腐蚀处理条件下，自制灌缝胶与沥青混凝土基体都具有较高的黏附强度，证明了修补结构具有良好的抗腐蚀性。

邢德兆[19]通过剪切疲劳试验与轮载疲劳对路面裂缝EA/PU IP[12]修补结构试行了耐久性测试，结果表明EA/PU IP与沥青混凝土基体有着良好的耐久性能相容性，在常温下，修补结构抵抗剪切疲劳荷载的性能要优于原状结构。西南交通大学[20]采用普通乳化沥青、高粘弹改性乳化沥青和树脂乳化沥青3种乳化沥青作为裂缝修补材料，探明了修补材料与沥青混凝土基体界面缝的疲劳变化规律，建立了界面缝疲劳寿命对数与试验频率、试验温度和应变水平拟合回归模型，据此模型，可根據道路交通状况和外界环境来推断修补后路面使用寿命。

4  结论与展望

沥青混凝土路面裂缝修补结构性能的研究对于提高沥青混凝土路面养护品质，降低维修成本具有十分重要的意义。目前，国内外诸多学者修补结构的力学性能与耐久性能进行了一定的研究，但仍存在以下几个问题：①对修补结构的性能研究主要集中在力学性能研究，对结构的耐久性能的还需进一步深入研究。②研究主要集中在单一因素作用下修补结构性能的变化，鲜少模拟修补结构真实服役条件，探索在自然环境介质与荷载耦合作用下结构的性能变化规律。③到目前为止尚没有统一的沥青混凝土裂缝修补实施准则，也没有一套完整的裂缝修补结构评价指标。

相信通过不停的探索与研究，沥青混凝土裂缝修补将逐渐朝着规模化、体系化、集成化和规范化方向发展，为实现道路交通的可持续发展做出重要贡献。

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