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摘 要： [摘 要]通過室內性能試驗對 5 種裂縫修補材料的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗異物嵌入性、耐腐蝕性、抗老化性、抗剪強度與抗拉強度等技術性能進行了對比研究; 同時通過野外實體工程對其實際應用效果進行了驗證。室內外研究發現: 裂縫修補專用材料的各項技術性能均非常理
[摘 要]通過室內性能試驗對 5 種裂縫修補材料的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗異物嵌入性、耐腐蝕性、抗老化性、抗剪強度與抗拉強度等技術性能進行了對比研究; 同時通過野外實體工程對其實際應用效果進行了驗證。室內外研究發現: 裂縫修補專用材料的各項技術性能均非常理想，修補效果優良，適用于要求較高的高等級瀝青路面裂縫修補; 加熱施工類材料的各種性能雖不及專用材料，但也處于較理想的水平，適用于低等級瀝青路面裂縫修補; 常溫施工類材料的各種性能與修補效果均較差，僅在緊急搶修、低溫或雨后、裂縫潮濕等不利條件下可以使用。
[關鍵詞]瀝青路面; 裂縫修補; 室內試驗; 技術性能
0 前言
裂縫是瀝青路面最主要的損壞形式之一，一直困擾著國內外道路工程界，至今仍未得到很好的解決[1 - 3]。裂縫的存在使得路表水、空氣及其它有害物質可通過縫隙浸入路面結構內部，并沿著混合料的孔隙滲入路面基層和路基，使路面基層和路基發軟，產生唧漿、唧泥、沖刷和凍脹等病害[4]。另外，在界面層會出現局部脫空，進而在路面形成局部凹陷，最終導致路面發生網裂與坑槽，嚴重影響車輛的行駛質量與道路的通行能力，大大降低路面的使用壽命。更為嚴重的是，由于瀝青路面出現縱向、橫向、斜向以及網狀等各種形狀的裂縫，將嚴重影響車輪行駛的平穩性。特別當裂縫較大時，會引起車輛的劇烈顛簸，加劇車輛的損壞，同時增加車輛對路面的沖擊荷載作用以及行車的危險性[5]。
由于裂縫會對瀝青路面的服務性能與使用壽命產生極大的影響，因此，必須對已經產生的路面裂縫進行及時的修補。通常可以采取裂縫填封、混合料填補、表面封層處理，或按坑槽修補的方法進行處理。對低密度或中等密度、非結構性破壞引起的瀝青路面裂縫，填充與密封是經常采用的方法[6，7]。
根據我國規范規定[8]: 寬度較小的裂縫( 如小于 6 mm) ，僅僅是用熱瀝青或乳化瀝青進行灌縫處治。而實際上修補材料往往只是在裂縫頂部很淺范圍內形成封縫，在行車荷載與環境溫濕綜合作用下，很容易失效再次開裂; 另外，對于寬度較大的裂縫 ( 如大于 6 mm) ，開槽后用熱瀝青砂填充。由于開槽體積較小，密實難以保證。加之路面長期暴露在自然氣候下，不斷經受雨水洗刷，如果當路面裂縫發展到 6 mm 左右寬度才進行處治，可能更大的或更嚴重的路面病害已經先出現了。因此，針對不同的裂縫情況，如何有針對性地選擇合適的修補材料和工藝有待進一步研究。
本研究選取 3 大類共 5 種代表性的瀝青路面裂縫修補材料進行分析，包括 70#瀝青( 加熱施工類) 、 SBS 改性瀝青( 加熱施工類) 、ERA — C 液( 常溫施工類) 、RT — A( 常溫施工類) 及路斗士密封膠( 專用材料類) 。通過室內試驗對其各項常規技術性能和路用性能進行對比研究，并通過室外實體工程對其實用效果進行驗證，為各種等級瀝青路面裂縫修補方案的確定提供建議。
1 常規技術性能
根據瀝青路面使用性能[9]對裂縫修補的目標要求，修補材料自身必須具備良好的技術性能，這樣才能保證裂縫修補后，修補材料內部不致因溫度變化、異物擠入或者漏油腐蝕等因素發生破壞。因此，通過如下的室內試驗對不同裂縫修補材料的各項常規技術性能進行評價:
① 高溫穩定性: 軟化點試驗、流動度試驗;
② 低溫抗裂性: 延度試驗( 5 ℃ ) 、彈性恢復試驗( 5 ℃ ) ;
③ 抗異物嵌入性: 錐式針入度試驗;
④ 耐腐蝕性: 耐腐蝕性試驗;
⑤ 抗老化性: 模擬老化試驗。
1. 1 高溫穩定性
裂縫修補材料在夏季高溫天氣下，易受熱而變軟甚至出現流淌，同時在車輛荷載作用下，材料很容易被擠出或溢出裂縫，致使修補失效。因此，修補材料應具備較好的高溫穩定性。
參照《公路工程瀝青及瀝青 混合料試驗規程》[10]( JTG E20 — 2011) 采用環球法進行軟化點試驗，結果如表 1 所示。試驗結果表明: 裂縫修補材料是多種碳水化合物的混合物，為無定形物質，沒有明確的熔點，隨著測試溫度的升高逐漸軟化。軟化點溫度前后，材料性質沒有發生變化，因此，軟化點溫度可以反映修補材料的耐高溫性。軟化點越高，其耐高溫性越強。不同材料的軟化點差別較大，反映出的修補材料耐高溫性由高到低依次是: 路斗士密封膠 > RT — A > SBS 改性瀝青 > ERA — C 液 > 70# 瀝青。
參照《公路水泥混凝土路面接縫材料》( JT /T 203 — 1995) [11]進行流動度試驗，結果如表 2 所示。該試驗養護條件是 60 ℃ 的烘箱內養護 5 h，完全可以模擬炎熱氣候下瀝青路面的溫度條件。因此，流動度在一定程度上可以反映修補材料在高溫情況下的工作狀態。由于 70#瀝青的軟化點只有 48. 5 ℃，而本試驗溫度為 60 ℃，瀝青已經軟化成液態，所以無法取得試驗數據。流動度越小，耐高溫性能越好。從表 2 中可以看出: 5 種材料的流動度差別也很大，路斗士密封膠最小，只有 3. 6 mm，而 70#瀝青已呈流淌狀態。根據流動度致病反映出的修補材料耐高溫性由高到低依次是: 路斗士密封膠 > RT — A > SBS 改性瀝青 > ERA — C 液 > 70#瀝青。
1. 2 低溫抗裂性
修補材料在冬季低溫天氣下，很容易變脆、失去原有的柔韌性，在拉應力應變長期作用時，很容易被拉伸斷裂，造成裂縫修補失效。因此，裂縫修補材料應具有良好的抗低溫脆裂性。
參照《公路工程瀝青及瀝青 混合料試驗規程》[9]( JTG E20 — 2011) 進行 5 ℃ 延度試驗，結果如表 3 所示。材料延度與修補結構使用性能有較好的相關性，尤其是低溫延度與開裂性能關系密切。因此，5 ℃延度可以反映修補材料低溫條件下的抗開裂性能。延度越大，低溫抗裂性能越好。試驗結果發現: 5 ℃延度指標反映出的修補材料低溫抗裂性能由高到低依次是: 路斗士密封膠 > SBS 改性瀝青> 70#瀝青 > RT — A > ERA — C 液。
參照《公路水泥混凝土路面接縫材料》( JT /T 203 — 1995) [10]進行彈性恢復試驗，測定裂縫修補材料經延度試驗拉長一定長度后的可恢復變形所占百分率，試驗溫度也取為 5 ℃，結果如表 4 所示。彈性恢復試驗是在延度試驗基礎上改進而來，能夠在反映修補材料在受到車輛荷載擠壓作用或在溫度應力作用下變形恢復能力，間接反映其柔韌性和低溫抗裂性能。彈性恢復率越大，低溫抗裂性能越好。從表 4 中看出: 不同材料彈性恢復率差別較大，路斗士密封膠原樣試件的彈性恢復率接近 70% ，SBS 改性瀝青也接近 50% ，而 RT — A 材料在 5 ℃時幾乎不能拉伸，其試驗數據均取為 0。彈性恢復試驗反映出修補材料低溫抗裂性由高到低依次是: 路斗士密封膠 > SBS 改性瀝青 > 70#瀝青 > ERA— 液 > RT— A。
1. 3 抗異物嵌入性
自然環境中有很多石子、碎屑等雜物，車輛通過時也可能有堅硬的顆粒狀物質掉落到路面上。這些異物一旦落在裂縫上，并被車輛經過時擠入裂縫中，勢必會擠碎修補材料，從而破壞裂縫修補結構。因此，修補材料必須具備良好的抗異物嵌入性。
參照《公路水泥混凝土路面接縫材料》( JT /T203 — 1995) [10] 進行錐式針入度試驗，試驗溫度為 25 ℃，結果如表 5 所示。錐式針入度試驗是水泥混凝土路面嵌縫材料的指標試驗之一，是在針入度試驗的基礎上改進而來，用錐形針模擬石子等異物擠壓進裂縫修補材料中，可以反映其抗異物嵌入性。錐式針入度越小，則抗異物嵌入性越好。從表 5 中可以發現，各種材料的抗異物嵌入性基本接近。
1. 4 耐腐蝕性
裂縫修補材料表面長期裸露在大自然中，可能遭遇水、空氣及一些腐蝕性物質( 如汽油、柴油等) 的浸入，并與之發生反應，使界面粘結性能喪失，形成二次裂縫。因此，修補材料必須具備良好的抗腐蝕性。
進行耐腐蝕性試驗，即通過將裂縫修補材料在柴油中淹沒浸泡 24 h，計算其質量損失百分率，以此來評定裂縫修補材料對腐蝕性物質的抵抗能力，結果如表 6 所示。質量損失越小，則耐腐蝕性越好。從試驗結果中可以看出: 5 種材料的質量損失差別較大，路斗士密封膠只有 10% 左右，質量損失較小; 其它 4 種材料質量損失較大，說明其在柴油腐蝕下，有效成分損失嚴重，耐腐蝕性較差。不同修補材料耐腐蝕性由高到低依次是: 路斗士密封膠 > SBS 改性瀝青 > RT — A > ERA — C 液 > 70#瀝青。
1. 5 抗老化性能
由于無法直接測試材料抗老化性能，現先將修補材料在 60 ℃ 烘箱中保溫 5 d，模擬野外熱氧老化，之后再進行其它試驗，并與原樣材料的試驗結果進行對比，來評價其抗老化性。采用老化影響系數 A( 老化試件測定值與原樣試件測定值之比) 來表征模擬老化對材料性能的影響程度，結果見表 6。從 試驗結果中發現: 經過模擬老化后，修補材料一些組分發生了吸氧化學反應，生成了較為粘稠的物質，使得各種材料的軟化點均提高了 15% 左右; 材料流動度變小，路斗士密封膠受到的影響最大，ERA — C 液受到的影響最小，這可能與其蒸發水分的過程中即已發生一定程度的老化有關; 5 ℃ 延度均大幅度降低至原樣材料的一半以下，說明其低溫抗裂性能嚴重下降; 彈性恢復率均小于材料原樣，70#熱瀝青和 ERA — C 液下降幅度更為明顯; 高溫熱氧化對抗異物嵌入性影響很小; 耐腐蝕性均小于材料原樣，這是由于經過高溫熱氧化，修補材料發生了化學反應，新生成的物質成分活性降低，與柴油中相關成分不再發生化學反應。根據各種試驗綜合判斷，各種修補材料抗老化性能由高到低依次是: 路斗士密封膠> SBS 改性瀝青 > RT — A > ERA — C 液 > 70#瀝青。
2 力學性能
對于裂縫修補材料來說，更為重要的是其修補后的力學性能必須達到一定標準，保證修補結構具備足夠的強度，阻隔水分進入路面內部，抑制裂縫進一步開展，提高路面使用壽命，并改善路面平整度，提高行車舒適性。在交通荷載和各種自然因素的作用下，裂縫修補材料主要受到拉應力和剪應力的反復作用。因此，通過直剪和拉拔試驗來檢測裂縫修補結構的抗剪和強度。
2. 1 抗剪性能
將標準車轍板切割成 50 mm × 50 mm × 32 mm 的試塊，一面留毛，一面切光; 將試塊兩兩一組，毛面相對形成 5 mm 的空槽; 封閉空槽兩側及底部縫隙，將裂縫修補材料灌入其中，凝固后將試件表面處理干凈，測量灌滿修補材料的中縫的長度 L1mm 與寬度 L2mm。將試件分為兩組，第一組試件不作處理; 第二組試件淹沒在水中浸泡 4 d，然后取出擦去表面水分，再靜置24 h; 分別在0、20，50 ℃環境箱中保溫 4 h; 采用 UTM — 25 試驗系統進行直剪試驗，加載速率為 10 mm /min，記錄其豎向最大剪應力值 PS ( kN) 。
3 室外驗證
為了驗證室內試驗結論，選擇常州市一條繞城公路主干道進行實地試驗。清縫處理后，路斗士密封膠、SBS 改性瀝青與 70#瀝青等材料由高溫鍋加熱到適灌溫度，裝入鋁制茶壺后灌入較寬的裂縫中; ERA — C 液與 RT — A 則直接灌入較窄的裂縫中。灌縫完畢后，立即用粒徑 0. 6 mm 以下的礦料覆蓋。封閉 2 h 后，開放交通。對灌縫試驗路進行定期跟蹤觀測，每半個月觀測一次。灌縫 8 個月后，對試驗路進行鉆芯取樣，如圖 3 所示。芯樣分析結果顯示: 采用路斗士密封膠、SBS 改性瀝青灌縫的大部分芯樣較為完整，基本未發生松散現象; 70#瀝青的芯樣有一半發生松散，而 RT — A 與 ERA — C 液的芯樣各有一個較為完整，其余均呈松散狀態。這說明路斗士密封膠、SBS 改性瀝青兩種材料的粘結效果較好， 7 0#瀝青次之，兩種常溫修補材料RT— A與ERA— C 圖 3 芯樣狀況 Figure 3 Core samples 液較差。路斗士密封膠、SBS 改性瀝青及 70# 瀝青的灌入深度較淺，只有3 - 4 cm; RT— A 與 ERA— C 液則較深，不僅貫穿面層全部( 4 cm + 6 cm) ，甚至滲入基層一定深度。
4 結論
① 瀝青路面裂縫修補材料自身必須具備良好的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗異物嵌入性、耐腐蝕性及抗老化性等技術性能。此外，還必須具備滿足抗剪及抗拉強度等力學指標的要求。
② 以路斗士密封膠為代表的裂縫修補專用材料的各項常規技術性能和力學性能均較為優異，修補效果優良，使用壽命較長，可以推薦用于高等級瀝青路面裂縫修補，尤其是夏季高溫地區; 加熱施工類材料 SBS 改性及 70# 瀝青的各種性能處于中等水平，可以用于低等級瀝青路面裂縫修補; 常溫施工類材料 ERA — C 液和 RT — A 的各種性能與修補效果均較差，只能在緊急搶修、低溫或雨后、裂縫潮濕等不利條件下使用。
③ 實地試驗表明路斗士密封膠、SBS 改性瀝青的粘結效果較好，但其灌入深度相對較淺。——論文作者：李 強1，2 ，倪富健2 ，王文達3 ，馬 翔1
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