隨著公路交通網(wǎng)絡(luò)的日趨完善，我國公路建設(shè)的重點(diǎn)己從新建道路的設(shè)計(jì)、施工，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΜF(xiàn)有道路的養(yǎng)護(hù)、修補(bǔ)。道路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)也作為一個(gè)完整的概念于20世紀(jì)80年代應(yīng)運(yùn)而生，它是一種周期性的路面保養(yǎng)措施，是在延長路面大修周期的情況下，使路面具有良好使用功能的一種養(yǎng)護(hù)措施。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)雖然需要投人一定的費(fèi)用，但從長遠(yuǎn)來看卻是一種效益成本比的養(yǎng)護(hù)措施。Filippo Giustozzi等問通過綜合考察效益費(fèi)用、性能和環(huán)境三個(gè)因素，對預(yù)防性養(yǎng)護(hù)做出了評價(jià)，結(jié)果表明預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是一種益費(fèi)用比、使用性能好、高生態(tài)效益的一種路面保養(yǎng)措施。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的重要意義體現(xiàn)在四個(gè)方面：保持路面良好的使用性能；延長路面的使用壽命；減少路面周期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用；節(jié)約養(yǎng)護(hù)維修成本。
瀝青路面在使用過程中長期受到車輛荷載、溫度應(yīng)力、紫外線照射、雨雪侵蝕等綜合作用的影響，導(dǎo)致路面逐漸產(chǎn)生各種病害，包括裂縫、車轍、松散、擁包、沉降等。其中裂縫是瀝青路面常見、易發(fā)生和早產(chǎn)生的病害。裂縫的出現(xiàn)使瀝青路面的連續(xù)性受損，影響行車舒適性，裂縫如果得不到及時(shí)修補(bǔ)，雨雪水會沿著裂縫下滲，進(jìn)而影響路基穩(wěn)定性，從而使路面受到更嚴(yán)重的破壞。裂縫的類型按產(chǎn)生原因分為荷載型裂縫和非荷載型裂縫，其中非荷載型裂縫包括溫縮裂縫，反射裂縫和施工裂縫，按瀝青路面裂縫破損程度分為輕度裂縫、重度裂縫、寬縫。瀝青路面裂縫的處治方式有多種，包括微表處、稀漿封層、碎石封層、罩面、灌縫等。SHAP計(jì)劃研究表明，灌縫填封裂縫是所有路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施中效益費(fèi)用比的處治方式。
近幾年來，灌縫作為一種有效的路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施已經(jīng)為各地道路養(yǎng)護(hù)部門認(rèn)可，并且得到了廣泛應(yīng)用。對于灌縫材料的研究取得了重要進(jìn)展，得到了人們的廣泛關(guān)注，本研究重點(diǎn)對近年來國內(nèi)外瀝青路面灌縫材料研究進(jìn)展進(jìn)行歸納和闡述。
瀝青路面灌縫材料分類及其應(yīng)用研究
近幾年來，對于路面灌縫材料領(lǐng)域的研究十分活躍，材料的種類較多，各類材料的溫度適應(yīng)性、耐候性、耐久性等使用性能存在差異。因此，可就路面的實(shí)際情況選擇不同的灌縫材料，以達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效益和滿意的效果。瀝青路面灌縫材料可分為熱灌瀝青、冷灌瀝青及化學(xué)材料，以下闡述了各類灌縫材料的特點(diǎn)及應(yīng)用研究進(jìn)展。
熱灌瀝青。熱灌瀝青是使用較早、應(yīng)用普遍的一種灌縫材料，是通過加熱改變?yōu)r青的物理狀態(tài)使之能夠流動而進(jìn)行灌縫施工的一類材料，包括瀝青、改性擁青等。該類材料具有價(jià)格低廉，使用簡單，對施工人員的操作要求不高的特點(diǎn)。近年來，熱灌瀝青的研究主要集中于在瀝青中加人不同的改性劑及添加劑制備出高性能、低成本的灌縫材料，并對其性能進(jìn)行評價(jià)。
瀝青。瀝青是早使用的路面裂縫修補(bǔ)材料，瀝青本身具有較好的蒙古附性和耐水性，在較高的溫度下(110 – 180攝氏度)有很好的流動性和浸潤性，能夠滲入裂縫而將其封住，阻止雨雪水沿裂縫下滲。瀝青是各種灌縫材料中成本、使用簡單的一種。但瀝青在高溫下會變軟甚至流淌，容易被車輪帶走，在較低溫度下變脆，容易被碾碎，且在低溫下斷裂伸長率低，位移能力差，不能裂縫伸縮，灌縫后容易重新開裂。劉東磊等研究表明，由于路表面及基層的溫度收縮，路面裂縫經(jīng)瀝青灌縫后，多不超過1年，維修后的裂縫又在原縫處重新開裂，失效率在85%以上，因而必須在第二年重新進(jìn)行灌縫，這樣就加大了養(yǎng)護(hù)工作量，增加了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。高等級路面如高速公路的車速快，車流量大，頻繁的裂縫修復(fù)施工作業(yè)存在隱患，因此，應(yīng)采用耐候性、耐久性好的灌縫材料，以減少施工次數(shù)。顯然，瀝青已經(jīng)不能滿足高等級瀝青路面灌縫的需要，但由于其價(jià)格低廉，僅在一些低等級的路面繼續(xù)作為灌縫材料使用，而高等級瀝青路面已基本不用瀝青作為灌縫材料。
改性瀝青。灌縫材料施工后長期受到自然環(huán)境和車輛荷載的綜合作用，容易發(fā)生脫落脫出、嵌人硬物等病害導(dǎo)致灌縫失效，因而要求灌縫材料必須具有高秸結(jié)性、高拉伸強(qiáng)度等性能，而普通的瀝青不能完全滿足此要求。人們通常在瀝青中加入改性劑制成改性瀝青，改性瀝青一般具有優(yōu)良的低溫抗裂性和高溫穩(wěn)定性，同時(shí)具有較好的延展性和彈性，可以很好的填封裂縫。王曦林等以不同接枝率的MAH-g-SBS為改性劑對AH-70中海瀝青進(jìn)行改性，制備出MAH-g-SBS改性瀝青灌縫材料，并研究了MAH-g-SBS的接枝率對改性瀝青灌縫材料性能的影響。由于使用了MAH-g-SBS改性劑，相比于普通SBS改性瀝青，MAH-g-SBS改性瀝青的秸結(jié)強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率提高明顯，并且SBS接枝率越大，灌縫材料性能提高越顯著。謝俊偉等以液體星型SBS為改性劑，再加人液體松香、Cs石油樹脂、硅藻土和木質(zhì)纖維等添加劑制得星型SBS改性瀝青，由于加入了抗老化劑，增韌纖維等多種功能添加劑，SBS改性瀝青的抗老化性能、拉伸強(qiáng)度、低溫耐裂性能提高十分明顯。美國科氏工業(yè)集團(tuán)研制出科氏改性瀝青灌縫材料，該材料在低溫下柔韌有彈性，不會在冬季脆裂；在高溫下強(qiáng)度和硬度高，在夏季不會發(fā)軟或流動。田延軍等由HR型雙組分聚氨醋聚合物與AH-70瀝青以不同比例混合得到用于修補(bǔ)瀝青路面裂縫的新型材料，是一種聚氨醋聚合物改性瀝青材料。HR型聚氨酶具有優(yōu)良的力學(xué)性能和較短的固化時(shí)間，其改性瀝青蒙古結(jié)強(qiáng)度大于0. 75 MPa，固化時(shí)間2 -40 min，剝離強(qiáng)度高。但該材料的固化時(shí)間受氣候影響大。聚合物改性瀝青中改性劑的含量越高，使用性能越好，但性價(jià)比越差。因此，在滿足使用性能的要求下，應(yīng)盡可能降低成本，提高性價(jià)比。利用回收橡膠磨成的橡膠粉作為瀝青改性劑是常用的方法之一。Dupuis發(fā)明了一種可用于瀝青路面灌縫用的瀝青黏結(jié)劑，是一種膠粉改性瀝青，組成包括0. 055%的酸，0. 525%膠粉和99.5%的瀝青，其突出優(yōu)點(diǎn)是性能與同類膠粉改性瀝青相近，而膠粉的摻配比例很小，而且完全滿足灌縫材料的性能要求。楊澤軍等以石油瀝青為基料，摻配適量的廢舊橡膠膠粉進(jìn)行剪切分散制成適于高等級公路裂縫灌縫的材料。在滿足灌縫材料性能要求的情況下，其采購價(jià)格僅為進(jìn)口灌縫材料的50% -60%，大大降低了灌縫材料成本。此外，也有將改性瀝青類材料經(jīng)一定工藝制成路面壓縫帶或貼縫帶的報(bào)道，用壓縫帶或貼縫帶填封裂縫也是一種裂縫處理方式。但是，裂縫修補(bǔ)帶只能處理輕度裂縫或少量重度裂縫，施工時(shí)路面溫度應(yīng)該在15℃以上才有自黏性，限制了施工季節(jié)。因此，改性瀝青類裂縫修補(bǔ)帶只是作為輔助產(chǎn)品來使用。
密封膠。目前應(yīng)用的一種瀝青路面灌縫材料通稱為密封膠，是以瀝青為基礎(chǔ)材料，摻加各種不同改性劑（如聚合物和樹脂）改性得到，其與上述改性瀝青灌縫材料有所不同，密封膠中摻加的聚合物改性劑的種類和含量明顯增加，且使用的無機(jī)類改性劑種類較多。國外對密封肢的研究和應(yīng)用較早。殼牌“克裂王”瀝青路面密封膠是由合成橡膠、礦物填料和特殊瀝青調(diào)配而成的，具有的抗衰老性、的耐候性和特強(qiáng)的黏附力，同時(shí)具有足夠的強(qiáng)度，以抵抗石子和其它硬物嵌入裂縫。美國DEERY公司研制生產(chǎn)的路面裂縫密封膠是一種高分子聚合物，外觀為固體狀。使用前加熱到160-180℃變成液體。密封膠冷卻后，在常溫和低溫狀態(tài)下，具有較高彈性，延伸長度約10～15倍，彈性恢復(fù)達(dá)99%。另外，改性瀝青及密封膠作為灌縫料施工時(shí)使用專門的施工設(shè)備稱為灌縫機(jī)，以達(dá)到美觀、灌縫寬度一致等效果。而目前市售灌縫機(jī)價(jià)格較貴，從幾萬到幾十萬不等，而且需要定期維修，一般經(jīng)費(fèi)充足的公路部門才有該設(shè)備。實(shí)踐表明，瀝青有施工簡單，不需要特殊設(shè)備，對施工人員技術(shù)要求不高的優(yōu)點(diǎn)，改性瀝青及密封膠的平均使用壽命比瀝青長，但前者施工一般需要專用灌縫機(jī)。因此，改性瀝青及密封膠灌縫材料的發(fā)展必須與施工設(shè)備同步，開發(fā)出使用效果好且廉價(jià)的灌縫設(shè)備是灌縫技術(shù)研究的重要內(nèi)容之一。