沥青路面裂缝修补材料的技术性能及 控制指标试验研究

来源：SCI期刊网 分类：建筑论文 时间：2022-01-06 09:12 热度：

摘 要：摘要:针对中国目前有关沥青路面裂缝修补材料的性能指标及试验检测控制缺乏情况, 分析了沥青路面裂缝修补材料技术性能的室内试验检测可行内容与方法, 通过对实际材料不同指标的试验测定

　　摘要:针对中国目前有关沥青路面裂缝修补材料的性能指标及试验检测控制缺乏情况, 分析了沥青路面裂缝修补材料技术性能的室内试验检测可行内容与方法, 通过对实际材料不同指标的试验测定进行了性能反映情况分析, 提出了室内常规试验控制的性能指标建议, 并通过室内模拟手段衡量了裂缝密封修补材料的粘附抗裂性能检测手段, 提出了裂缝密封材料室内选材的可行试验检测内容。

　　关键词:沥青路面;裂缝修补;性能指标;试验研究

　　1 前言

　　沥青路面由于气温 、干湿以及车辆荷载等影响, 不可避免地会出现裂缝 。裂缝填封修补不及时, 雨水及其他杂物沿缝隙将进入路面结构 、路基, 容易导致沥青路面裂缝扩张 、基层材料软化出现局部沉陷或坑槽破损, 严重的甚至会出现缝隙破碎、基层唧浆, 造成路面承载力下降, 也会出现沥青面层材料松散 、坑洞, 严重影响路面结构使用品质和使用耐久性 。

　　沥青路面裂缝处理方法取决于裂缝的密度和损坏程度, 可分不同情况分别采取裂缝填封、混合料填补 、表面封层处理, 或按坑槽修补的方法处理。对低密度或中等密度、非结构性破坏引起的沥青路面裂缝, 填充与密封是经常采用的方法 。密封针对活动性裂缝, 由于存在较大的水平或竖向位移, 要求修补材料具有很好的粘附性、抗变形能力和耐久性, 而填充则针对非活动缝, 要求适应的位移较小 。

　　沥青路面裂缝破损的填封, 其最终目标和效果可归纳为 4 个方面 :1) 恢复沥青路面行车的平整舒适性 ;2) 恢复沥青路面局部强度和承载能力 ;3) 弥补裂缝处原有沥青路面的强度不足;4) 避免沥青路面因路表水的渗入而导致进一步破坏。中国传统沥青路面裂缝的修补主要采取热沥青或乳化沥青直接浇灌, 一方面施工效果较难保证 ;另一方面原材料的性能也没有相应的技术要求和试验检测手段加以质量控制, 施工处理的失败程度非常高, 尤其对路面因反射裂缝或低温收缩出现的活动性横向裂缝修补效果最不理想。近年来许多高速公路管理机构及材料代理公司开始吸收引进国外先进的补缝理念及高质量的材料, 修补效果得到了很大改观, 但对原材料的要求及试验检测控制依然空缺。为此, 需要针对裂缝填封的不同处理措施进行材料控制研究 。

　　裂缝填封要求修补材料应具备下列性能 :1) 较高的粘结性;2) 一定的韧性;3) 足够的弹性和延展性 ; 4) 良好的高低温稳定性;5) 较好的耐老化性 。其中, 不同温度条件下的粘附抗裂性能是其能否保证性能质量的关键方面, 尤其针对密封修补应重点加以考虑。

　　2 裂缝密封修补材料的常规性能试验

　　沥青路面裂缝密封材料的技术要求在参考其他经验的基础上还应考虑试验方法的可行性, 由于其材料主要为改性沥青和橡胶及聚合物类, 因此可参考相应沥青及其他材料的试验内容确定试验方法, 并结合路面性能要求明确其指标内容与检测手段。

　　针对沥青路面裂缝密封技术要求的几方面, 在考虑不过多增加试验复杂性的前提下, 借用现有规程的试验方法, 可开展室内常规试验来衡量其性能。可通过材料针入度试验或相容性试验间接反映材料粘附抗脱性, 采用测力延度或弹性恢复指标反映材料抗裂延伸性能, 以及采用脆点试验或弯曲梁流变试验( BBR) 进行低温抗裂性验证, 而材料的高温软化性能也会影响其粘附性和抗裂延伸性, 因此, 可通过控制软化点来保证材料不因高温软化降低其粘附性 。

　　裂缝密封材料试验技术指标的合理性需要结合具体材料的试验测定来加以衡量, 为此, 在室内对道路裂缝专用密封胶 、SBS 改性沥青 、SBR 改性沥青以及70 # 重交沥青 4 种热修补材料进行技术性能的室内常规试验测定, 分析比较其路用性能的反映情况。

　　2 .1 针入度和软化点试验

　　采用 T0606 -2000 方法进行试验, 实际测定结果如表 1 所示。试验测定结果表明 :普通重交沥青材料随着温度升高其抗软化性能明显衰减, 表现的针入度急剧变化, 密封胶和改性沥青也不能够明确表现出优劣次序, 因此, 针入度指标只能用于间接表现材料的粘附性能, 反映内容不够全面合理 。软化点是静态指标, 也不能全面反映软化温度, 因此应该考虑选择其他指标加以比较确定。

　　2 .2 测力延度和弹性恢复试验

　　试验成型的试件需在选定温度的恒温水槽中养护 30 min 后再取出用小刀修剪, 然后再放入恒温水槽中养护 1 ～ 1 .5 h 。 4 种修补材料的测力延度试验结果如表 2 所示, 弹性恢复测试数据如表 3 所示。

　　从试验数据可以看出:4 种修补材料的测力延度试验得到的性能优劣表现为:道路密封胶 >SBS 改性沥青>SBR 改性沥青 >70 # 重交沥青, 而受拉时的弹性恢复试验数据反映其弹性恢复性能, 除重交沥青外, 其余材料的弹性恢复与测力延度试验结果基本相吻合, 因此可以用弹性恢复试验来衡量材料的抗裂延伸性能。

　　2 .3 低温弯曲流变试验

　　抗低温脆裂能力是沥青路面裂缝修补材料的一项最基本的性能指标。随着沥青材料的改进, 延度试验已经不能完全反映其低温敏感性。因此, 从沥青路面裂缝热修补材料性能指标研究角度出发, 可选择弯曲梁流变试验来衡量其低温性能。 70 # 重交沥青小梁试件在-12 ℃试验条件下的荷载-挠度关系曲线如图 1 所示, 几种材料的 BBR 试验结果如表 4 所示 。

　　由于相同温度条件下, 蠕变劲度 S ( t) 越小, 蠕变速率 m 值越大, 材料抗低温脆裂性能越好, 因此综合其 S 、m 指标结果可知, 4 种材料抗低温脆裂性能优劣次序为 :SBR 改性沥青 >道路密封胶>SBS 改性沥青>70 #重交沥青。

　　2 .4 粘附抗脱及高温抗软化性能试验方法改进

　　水泥混凝土路面接缝材料粘附性能的试验方法是在沥青针入度试验基础上用渗透锥取代标准针进行针入试验, 材料的高温抗软化性能则通过流动度试验加以检测 。实际测定的 4 种材料锥式针入度试验结果如表 5 所示, 流动度试验结果如表 6 所示。

　　锥式针入度的浸水后的试验结果要明显比不浸水的大, 但除 70 # 重交沥青外都符合水泥混凝土路面对接缝材料的指标要求, 锥式针入度的试验结果与前面测定的针式针入度试验结果的规律也基本一致, 因此, 该方法符合材料情况, 可采用该指标衡量裂缝密封材料的粘附性, 并可按不超过 5 mm 的标准控制非高弹性材料, 按其大小进行材料粘附性比较。

　　由于流动度试验是将试件放在 60 ℃的烘箱内养护 5 h 后进行测试, 因此, 在一定程度上可反映修补材料在高温情况下的工作状态, 即流动度越小, 抗高温性能越好 。从表 6 可以看出, 4 种材料的流动度性能与软化点试验结果也相一致, 因此完全可以用流动度来衡量修补材料的高温软化性能。

　　2 .5 裂缝修补材料粘附抗裂性能室内常规指标建议

　　上述常规试验所反映出的修补材料技术指标性能是在借鉴沥青材料试验规程和水泥混凝土路面接缝密封材料试验规程基础上得出的, 因此具有一定的合理性 。通过前面对几种常用材料试验数据的分析, 可以为指标试验方法和要求值选用提供依据, 试验的几种裂缝修补材料结果情况也表明了一般经合理选材能够达到的指标值 。通过试验结果的对比分析, 对裂缝修补材料的粘附抗裂性能的室内常规试验建议可按表 7 的试验指标要求进行控制。

　　3 裂缝密封修补材料的室内试验模拟

　　室内常规试验仅可单纯反映修补材料的自身性能状况, 和路面裂缝填封材料的实际工作状态还有很大差别, 特别是粘附抗裂性能核心指标, 因此, 有必要针对这些性能进行室内试验模拟, 为确定更合理的试验检测控制手段或指标内容提供依据。如材料粘附抗脱性和抗裂延伸性可通过粘结抗拉试验的强度和伸长率指标来反映材料的受力状态, 荷载的剪切变形破坏或脱离可通过剪切试验来模拟, 低温抗裂性也可在低温环境箱中进行粘结抗拉试验模拟, 通过模拟试验来选择更合理的指标或选取容易操作的试验方法。

　　3 .1 裂缝修补材料的粘附抗裂性能试验模拟

　　模拟试验采用 50 mm ×50 mm ×40 mm 的 AC - 20 Ⅰ沥青混凝土试块, 在其间分别留宽 5 mm 或 10 mm 灌注修补材料, 以试验温度下的两试块粘结抗拉应力测定来衡量裂缝修补材料的粘附和抗裂性能。由于 70 # 重交沥青灌缝后不能保持稳定, 无法进行试验, 故仅选取道路密封胶、SBS 改性沥青和 SBR 改性沥青 3 种材料进行模拟 。借鉴国外拉伸和劈裂试验环境, 选择0 ℃和 15 ℃两种温度情况进行试验测定, 结果如表 8 所示。

　　从粘附性模拟试验结果可以看出, 不论 5 mm 还是 10 mm 缝宽, 几种材料的粘结抗拉强度都差别不大, 材料伸长率也基本处于同一水平, 但温度变化对其影响则非常明显, 温度升高, 粘结强度下降, 材料伸长率增加 。由 0 ℃情况下3 种修补材料的抗拉强度可以明显看出, 相同加载速度下, SBS 改性沥青表现的拉应力要比 SBR 改性沥青和道路密封胶大得多, 但温度升高以后道路专用密封胶表现出了较好的粘结保持能力, 因此, 从材料粘结抗拉强度角度出发应要求其在常温下能维持基本的粘结强度, 从抗裂延伸角度出发则应要求其在低温下具有一定的伸长率 。

　　3 .2 裂缝修补材料的抗剪切性能试验模拟

　　抵抗缝壁竖向变形应是裂缝密封修补材料的基本性能要求, 可通过剪切试验来进行室内模拟。试验依然采用 50 mm ×50 mm ×40 mm 的 AC -20 Ⅰ沥青混凝土试块, 中间留宽 5 mm 和 10 mm 灌注修补材料, 以试验温度下有压剪切抗剪强度测定来衡量其抗剪裂性能。结果见表 9 。

　　剪切模拟试验结果反映出几种材料的抗剪强度不仅与温度有关, 而且与缝宽有关, 其中温度的影响尤为显著。从剪切面材料剪裂情况可以反映出道路专用密封胶高温粘附性能并不明显优于改性沥青材料 。

　　4 试验基础上的材料性能指标分析

　　由模拟试验可知, 道路密封胶的受拉破坏主要是材料与裂缝的接触面断裂, SBS 改性沥青和 SBR 改性沥青则有由于材料本身被拉断的情况。显然, 对于裂缝热修补材料的粘附抗脱性来讲, 模拟试验得出的剪切强度和断裂破坏类型等指标比单纯的针入度更符合实际, 可以在一定程度上反映材料实际工作状态, 更具有合理性。因此, 室内完全可以通过模拟试验方法进行材料性能控制。依据上述实际材料的试验情况, 对沥青路面裂缝密封的热修补材料的试验方法及指标要求建议如表 10 所示。

　　对比常规试验内容, BBR 试验由于其设备要求的特殊性, 只适合进行室内性能研究使用, 而模拟低温环境下粘结拉伸循环也可以反映材料的低温抗裂性, 因此可舍弃前者而采取模拟试验控制低温抗裂性 。这样, 材料的室内性能指标试验可以选择常规的 60 ℃流动度、5 ℃弹性恢复、25 ℃锥式针入度等几项指标, 并通过拉压试验机进行 0 ℃和 20 ℃的 10 mm 缝宽粘结抗拉模拟试验和 30°角斜剪模拟试验对材料路用性能进行控制, 有条件时可再进行低温环境的抗拉粘合性循环试验, 更全面地衡量材料的低温抗裂性能, 温度的选取可结合道路具体所在地理位置确定。

　　5 结论

　　沥青路面裂缝修补材料的室内试验选材需要有明确的指标要求, 而采取的试验方法也应该容易操作实现, 因此需要结合现有道路试验规程进行方法尝试与性能模拟。室内常规指标试验和路用性能模拟试验的材料测定结果分析为裂缝密封修补材料的室内试验指标提供了推荐依据 。研究得到了以下主要结论 :

　　( 1) 沥青路面裂缝填封修补要求材料具有较好的粘附抗裂性能, 这是裂缝修补质量效果保证的基础。

　　( 2) 裂缝填封修补材料室内试验选材需要依据一定的技术指标, 其粘附抗裂性能试验应在道路现有试验规程基础上进行优先选用, 软化点、针入度、测力延度以及弹性恢复等常规试验指标都可以从一定侧面反映材料的粘附抗裂性能, 但反映的内容并不全面 。

　　( 3) 模拟道路裂缝修补实际工作状态下的材料受力可以更好地衡量材料的适应情况, 室内可通过沥青混凝土块之间灌填修补材料进行不同缝宽、不同温度下的粘结抗拉 、有压剪切强度试验, 通过强度及伸长率等指标可控制材料满足要求的粘附抗裂性能, 还可通过低温下粘结抗拉循环试验来衡量其低温抗裂性。

　　( 4) 室内裂缝修补材料选择可以按照推荐的 60 ℃流动度、5 ℃弹性恢复、25 ℃锥式针入度等几项常规指标以及 0 ℃和 20 ℃的 10 mm 缝宽的粘结抗拉 、 30°斜剪模拟试验对材料进行具体选择控制, 从而保证沥青路面裂缝密封修补的材料质量和修补使用效果 。——论文作者：吴宁1 , 张璠2

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文章名称：沥青路面裂缝修补材料的技术性能及 控制指标试验研究

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