申成路桥建设集团有限公司

摘 要：为提高沥青混凝土路面裂缝处治效果，结合工程实例，对某高速公路出现的疲劳开裂裂缝、横向裂缝、不规则裂缝等及各自的产生原因进行了总结，重点分析了注浆材料的选择和配比、注浆工艺和效果检验。结果表明，相关注浆材料的应用能与水稳基层进行有效黏结，修补效果良好。

关键词：注浆材料;沥青路面;裂缝;病害处治;

作者简介：舒展（1978—），男，河北清苑人，从事公路工程施工工作。;

0 引言

某高速公路位于河北省境内，沥青路面以半刚性基层为主，路面结构层以18cm三层沥青面层+36cm双层水稳结构为主。随着交通量的日益增大，大型及超载车辆增多，加上环境的综合作用，路面病害频繁出现，其中裂缝最为常见。由于高速公路独特的功能，在开展路面病害处治时，需要更加关注预防性养护及日常性养护对公路服务水平提升的重要作用，所选择的方案应具备经济性高、维修速度快等特点。因此，研究一种成本适中、施工便捷、力学性能优异的裂缝注浆材料和裂缝注浆工艺，对于恢复路面结构整体性，提高公路服务水平，降低养护施工对出行的影响，具有重要的现实意义。

1 沥青混凝土路面裂缝的种类

1.1 疲劳开裂裂缝

该沥青混凝土路面竣工时，路面状况良好，没有变形或裂缝。随着时间的推移，在使用过程中车轮碾压使沥青面层弯曲变形，同时荷载使得基底层发生变化，一旦抗拉应力超出疲劳限度，就会导致裂缝的产生。通过现场调查，发现该高速公路路面出现了疲劳开裂裂缝且数量较多。

1.2 横向裂缝

公路工程中的横向裂缝和中心线近乎垂直。不同裂缝的宽度、长度各异，有的横向裂缝较长，贯穿整个路幅。出现横向裂缝的主要原因在于施工缝处理不彻底，连接不紧密，达不到使用标准，以至于出现半刚性基层收缩裂缝反射缝，影响了公路质量。通过对该高速公路现场调查，发现路面出现少量横向裂缝。

1.3 不规则裂缝

公路施工时，如果路基出现不均匀沉降就可能导致不规则裂缝。此外如果压实工作不到位，路基处理也没有达到要求，可能导致不均匀沉降，进一步引发裂缝。桥头路基出现沉陷问题也会导致裂缝。因此，施工单位需要保证路基和基层的压实度，使工程质量达到要求，否则就会出现不同类型的不规则裂缝。通过对该高速公路现场调查，路面出现了一些不规则裂缝，数量相对较多。

2 沥青混凝土路面裂缝成因

2.1 设计因素

沥青混凝土路面出现裂缝的原因有很多，设计部分最常见的原因有两种：一是沥青路面厚度不足，投入实际使用时容易开裂；二是道路结构设计不够科学，无法满足车辆荷载要求，在长期使用后因为车辆和环境作用产生质量问题，诱发裂缝的出现。

2.2 材料因素

材料性能与沥青混凝土路面质量息息相关，故施工中需要确保沥青路面的材料质量。沥青材料质量主要通过针入度、软化点、延度等性能指标来评价。沥青混合料配合比若不合理，混合料性质就会因此而满足要求。比如集料级配、材料用量都会影响混合料的抗裂性，因此相关的工作人员要根据实际情况进行混合料配合比的设计，并且施工中要做好各环节质量控制。面层裂缝的出现和基层材料收缩性有关。高速公路施工所用基层材料通常是粉煤灰碎石基层或水泥稳定碎石基层，如果基层施工质量达不到规范或设计要求，基层就会慢慢出现破损，进而引发路面破损。

2.3 气候因素

公路工程施工若在温度变化剧烈的情况下进行，则容易导致路面裂缝的产生，比如遇到温度骤降，沥青路面就会出现低温收缩现象。路面投入使用后，外部荷载也会影响路基状况，使得收缩裂缝向横向反射裂缝发展。

2.4 施工因素

不同施工项目的需求不同，建设过程中要严格把好质量控制关，结合路面施工可能存在的质量问题进行科学处理。如，要注意碾压速度不均匀带来的负面影响，结合不均匀沉降的一系列问题进行深入调整。

3 注浆材料要求

针对该高速公路沥青路面出现的裂缝病害，经分析裂缝种类和产生的原因，决定采用注浆技术对其进行修复处治。注浆材料一般可分为有机注浆材料（高聚物类）和无机注浆材料（水泥浆、地聚物）两种。无机注浆材料渗透性较差，需要养生时间较长；高聚物等有机注浆材料虽然渗透性好、养护时间短、材料强度高，但也存在发泡倍数过高、遇水敏感等问题。

该高速公路项目在当前高聚物等注浆材料的基础上，结合以往技术的不足和实际需求，对裂缝有机注浆材料的使用提出了一定的要求：

(1）结合半刚性基层裂缝特征，如裂缝宽度、深度等，提出修补材料需要有较高的渗透性；

(2）为了保证填充效果和注浆施工的可操作性，材料要有合适的反应时间和体积膨胀比例，过大会不易施工，导致浆体来不及渗透或结构拱起，过小则达不到充分填充的目的；

(3）当路面出现裂缝时，裂缝处的路面结构受到剪应力及拉应力作用，受力状况较差，因此对修补材料的力学性能提出较高要求；

(4）为便于施工后快速开放交通，降低施工对交通通行的影响。

4 注浆材料制备

有机注浆材料采用双组分改性聚氨酯注浆材料，分为A组分（主剂）和B组分（固化剂）。主剂主要包括多元醇和助剂，其中助剂包括增韧剂、催化剂、匀泡剂等。固化剂选用异氰酸酯。有机注浆材料的成分多，性能一般由主要基材决定，而其他助剂对主要基材性能起微调作用，使材料本身的施工和易性更能满足注浆要求。因此，先确定注浆用的主要基材类型，然后采用正交试验确定主要基材配比，在此基础上采用单一控制变量法确定各类助剂的推荐用量，形成有机注浆材料的初步配方；进一步基于现场实施效果，对初步配方进行优化，形成有机注浆材料的最终配方。

4.1 主要基材类型的确定

根据注浆设备要易于喷出注浆材料的要求，主剂选用低黏度多元醇作为主要原料。多元醇的类型、用量会对聚合物的结构性能产生影响，需要进行综合选型，调节配比，以达到理想效果。通过对多元醇进行初步筛选后，选出两类多元醇，分别为可以提升交联度及强度的硬泡多元醇1和可以改善材料质地的CASE多元醇2。

固化剂异氰酸酯主要使材料保持较高的强度，其种类繁多。本文选用两款PAPI及两款M/T体系异氰酸酯进行综合性能比较和评价，考察固化剂种类对材料强度和性能的影响。水泥稳定碎石与水泥混凝土材料属性类似，因此试验采用《道桥用防水涂料》（JCT 975—2005）中涂料与水泥混凝土黏结强度的试验方法进行测试。经过测试选择了PAPI-2类型的异氰酸酯。

4.2 主要基材配比的确定

除了多元醇和异氰酸酯以外，增韧剂也对聚合物的柔韧性及拉伸伸长率产生明显的影响，因此将两种多元醇的配比、多元醇与异氰酸酯配比、增韧剂掺量作为3大主要考虑因素，采用正交试验设计方案，开展上述3类因素在不同水平下对聚合物材料的性能影响研究。试验采用拉伸强度、伸长率及材料质地作为评价指标。试验完成后采用极差分析法对各项测试指标进行分析，以确定上述三种因素对注浆材料性能影响的主次关系。综合考虑拉伸强度、拉伸伸长率和材料质地等因素，推荐多元醇1∶多元醇2最佳配比为80∶20，多元醇∶异氰酸酯最佳配比为1∶0.85，增韧剂推荐用量为8%作为该改性聚氨酯注浆材料的配合比。

4.3 助剂用量的确定

为了提升材料的整体性能，需加入匀泡剂，使聚合物泡孔致密均匀，结构稳定。采用材料的拉伸强度、拉伸伸长率及质地作为评价指标，来确定匀泡剂的最佳用量。表1所示为不同用量匀泡剂对强度及伸长率的影响。试验表明，当匀泡剂用量为0.8%时效果很好，此后随着匀泡剂用量继续提升，材料性能未发生明显变化，故选择匀泡剂用量为0.8%。

表1 不同用量匀泡剂对强度及伸长率的影响 下载原图

路面裂缝修补材料需要在前期有较长一段的起发期，在此阶段材料黏度低，流动性好，之后进入凝结阶段能够快速凝结。因此需要掺加一款延迟性催化剂，使材料前期反应减慢便于施工，后期快速反应便于更早地开放交通。对不同催化剂用量下注浆材料的凝胶时间进行试验。结合可施工时间需要大于20s的设计目标，推荐催化剂用量为3.2%。

经过试验，初步确定改性聚氨酯注浆材料的配比。主剂中，多元醇1∶多元醇2=80∶20，固化剂为PAPI-2，主剂∶固化剂=1∶0.85，增韧剂为8%，匀泡剂为0.8%，催化剂为3.2%。

5 注浆工艺

利用高压灌缝设备将改性聚氨酯注浆修复材料注入路面裂缝，材料的A、B两种组分在枪头要充分混合，发生剧烈反应，产生气体，迅速乳化、膨胀，在设备高压及气体压力双重作用下将改性聚氨酯材料挤入裂缝深处，对裂缝进行充分渗透。在前期反应的初始阶段，在助剂的作用下改性聚氨酯注浆材料黏度较低，流动性较好，在压力的作用下能够充分渗透到细微裂缝深处，对裂缝进行充分的封堵修复。

改性聚氨酯注浆修复材料在注入裂缝后，由于原料具有高强活性基团，能够与很多材料的活泼氢发生快速而激烈的反应。一方面主剂和固化剂会发生反应，生成改性聚氨酯材料，具有优异的柔韧性和强度，黏结性好；另一方面固化剂中的NCO基团同时会与半刚性基层中的活性氢基团发生反应，进一步增加黏结性。在聚氨酯注浆修复材料完全渗入裂缝后能在短时间内能够完成反应，提高强度。

6 效果检验

为测定改性聚氨酯材料的黏结强度，采用复合件拉拔方法进行试验。试验将15cm×15cm的水稳碎石试件切割为10cm厚和5cm厚的两部分并进行黏结，黏结完成后在试件表面钻取直径为10cm，钻取厚度为7～8cm的芯样，然后对芯样进行拉拔强度测试。试验结果表明，复合件拉拔强度平均值为0.6MPa，从拉拔断面可知，破坏界面在水稳试件内部，而改性聚氨酯黏结界面并没有发生拉拔破坏，可见改性聚氨酯能够很好地胶结水稳碎石，其黏结强度大于水稳碎石本身的强度，满足修补需求。

7结论

本文通过对该高速公路出现的裂缝类型和产生原因进行分析，提出采用注浆技术对其进行修复处治，重点对注浆材料的要求和配置进行了探讨，并得出如下结论：

(1）沥青混凝土路面裂缝类型多样且共存，产生原因各异，只有深入了解裂缝成因，才能选择科学的修复处治技术。

(2）通过室内试验，明确了改性聚氨酯裂缝注浆材料的配合比，其中主剂的复合多元醇的配比为多元醇1∶多元醇2=80∶20；固化剂采用PAPI-2，主剂与固化剂的比例为1∶0.85，增韧剂用量为8%，匀泡剂用量为0.8%，催化剂用量为3.2%。试验结果表明，该注浆材料具有低黏度、高渗透、微膨胀、耐水性好的特点。

(3）该注浆材料能够很好地与水稳基层进行黏结，修补效果良好。

参考文献

[1] 易湘舒.旧水泥混凝土路面沥青加铺层温度型反射裂缝处治措施对比分析[J].福建建筑，2010(8):83-85,61.

[2] 刘巍.沥青混凝土路面裂缝处治方法浅谈[J].价值工程，2013,32(21):97-98.

[3] 张富奎，刘大海.河西戈壁地区沥青路面裂缝处治技术应用研究[J].中国建材科技，2018,27(4):77-79,89.

[4] 高艳丽，付丽琴.高速公路沥青路面裂缝修补技术探讨[J].公路，2002(9):136-139.

[5] 娄康.公路岩溶路基注浆施工技术和质量分析[J].交通世界，2022(2):169-170.

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