現代道路養護技術瀝青專題系列
第三章 特殊地區道路養護技術
第八節 高寒地區瀝青路面養護技術
高寒地區主要氣象災害有干旱、冰雹、低溫凍害、雪災和大風等。
高寒地區氣候特征呈現三大特點：其一是平均氣溫低且冬季漫長嚴寒。其二是太陽輻射強，光照充足。其三是降水量少，地域差異大。
高寒地區公路病害包括路基常見病害和路面病害。防治路基病害的措施主要是防止凍脹和翻漿以及保溫技術措施。
一、高寒地區瀝青路面坑槽低溫冷補養護技術
（一）冷補瀝青混合料材料要求與技術指標
冷補瀝青混合料性能評價指標
路用性能 | 推薦技術指標要求 | |
常溫型 | 低溫型 | |
黏附性 | 不小于4級 | 不小于4級 |
初始穩定度 | 不小于2.0kN | 不小于1.0kN |
成型穩定度 | 不小于4.0kN | 不小于4.0kN |
殘留穩定度 | 不小于75% | 不小于75% |
凍融劈裂 | 不小于70% | 不小于70% |
車轍試驗 | 不小于400次/mm | 不小于200次/mm |
低溫工作度 | — | 混合料沒有或有少量結塊，鐵鏟能容易拌和 |
1、 原材料的組成及技術指標
冷補瀝青混合料由基質瀝青、改性劑、添加劑、稀釋劑、礦料組成。
（1）基質瀝青：試驗采用克拉瑪依AH90號石油瀝青作為基質瀝青，結果見下表
克拉瑪依AH90號基質瀝青技術指標
技術指標項目 | 指標值 | 技術指標項目 | 指標值 | |||
25℃針入度（100g，5s，1/10mm） | 88 | 軟化點（℃） | 45.6 | |||
延度（15℃，cm） | 126.4 | 密度（15℃，g/cm3） | 0.996 | |||
旋轉薄膜加熱試驗 （163℃，85min） | 質量損失（%） | 0.288 | 閃點（℃） | 270 | ||
針入度比（%） | 56.2 | 溶解度（%） | 99.7 | |||
延度（cm） | 15℃ | ＞100 | 含蠟量（%） | — | ||
5℃ | 46 | |||||
（2）改性劑：試驗采用燕山石化出品的SBS4303，屬星型結構，其技術指標見下表
燕山石化SBS改性劑技術指標
技術指標 | 單位 | SBS4303 | 技術指標 | 單位 | SBS4303 | |
結構 | — | 星型 | 永久變形 | % | ≤12 | |
嵌段比S/B | — | 30/70 | 硬度（邵氏A） | — | 80 | |
充油率 | % | 0 | 防老劑 | — | 非污染 | |
拉伸強度 | MPa | ≥12.0 | 熔體流動速率 | g/10min | 0 | |
300%定伸應力 | MPa | ≥2.5 | 技術指標 | — | SBS4303 | |
斷裂伸長率 | % | ≥650 | — | — | — |
改性劑制備工藝流程：
基質瀝青→充分溶脹→高速剪切→半成品改性瀝青→二次剪切→改性瀝青
（3）添加劑：為了提高冷補瀝青混合料抗水損害能力，在初期制備冷補瀝青液時，可在瀝青中添加胺類表面活性劑為防水劑，主要作用是增加瀝青與礦料之間的黏附性，提高冷補混合料強度、疲勞性能和高溫穩定性，從而增加混合料作業條件，使其能夠在冬季和雨水較多的春季的潮濕狀態下，也能緊急修補使用。
（4）稀釋劑：經過對比分析選定某種溶劑作為稀釋劑，此溶液無毒，有刺激性氣體，易揮發，易和瀝青均勻混合。該溶劑又分為不同型號，型號不同，性能也不同。選用的溶劑型號用A1和A2代替，拌制常溫冷補瀝青混合料用A1號，拌制低溫冷補瀝青混合料用A2號。
（5）礦料：為了提高集料與瀝青的黏附性，可采用屬于堿性石料的石灰巖，集料、礦粉為石灰巖磨制而成，集料各項指標均應符合規范要求。
2、 冷補瀝青混合料配合比設計
（1）主集料級配：高寒地區冷補瀝青混合料的結構類型為骨架密實型結構，礦料級配見表，級配曲線如圖所示，該級配的礦料最大公稱粒徑為13.2mm。
骨架密實型結構礦料級配
礦料級配LB-13 | 通過下列篩孔（方孔，mm）的質量百分率（%） | |||||||||
16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 | |
取值 | 100 | 96 | 79 | 42 | 27 | 18 | 13 | 9 | 6 | 5 |
（2）其他材料用量
冷補瀝青混合料其他材料用量
其他材料 | 用量 | |
常溫型 | 低溫型 | |
礦粉 | 5% | 5% |
瀝青 | 5.2% | 5.2% |
SBS外摻劑 | 5% | 5% |
防水劑 | 0.3% | 0.3% |
稀釋劑 | 20%（A1） | 20%（A2） |
3、 冷補瀝青混合料性能評價
冷補瀝青混合料性能評價指標
路用性能試驗 | 常溫型 | 低溫型 | ||
試驗結果平均值 | 技術指標要求 | 試驗結果平均值 | 技術指標要求 | |
黏附性 | 等級4 | 不小于4級 | 等級4 | 不小于4級 |
初始穩定度 | 3.70 | 不小于2.0kN | 3.12 | 不小于1.0kN |
成型穩定度 | 5.49 | 不小于4.0kN | 5.23 | 不小于4.0kN |
殘留穩定度 | 92.7% | 不小于75% | 95.8% | 不小于75% |
凍融劈裂 | 96.9% | 不小于70% | 89.8% | 不小于70% |
車轍試驗 | 425.917 | 不小于400次/mm | 346.286 | 不小于200次/mm |
低溫工作度 | — | — | 混合料沒有明顯結塊現象，有黏聚力，用鐵鏟較容易拌和 | 混合料沒有或有少量結塊，鐵鏟能容易拌和 |
（二）冷補瀝青混合料路面修補工藝
1、 冷補瀝青混合料生產與儲存
冷補瀝青混合料的生產、儲存與施工工藝，如圖所示
配制冷補劑量或添加劑（改性劑、稀釋劑）→
在瀝青混合罐內配制冷補瀝青液（冷補添加劑、基質瀝青）→
在攪拌機內將級配礦料和瀝青混合后攪拌成瀝青混合料→
瀝青混合料裝袋并密封儲存→成品料
冷補瀝青液儲存方式是在常溫下可以用塑料桶密封儲存，桶的規格有（每桶凈重）5kg、10kg、25kg、50kg、200kg五種。同時應將桶存放在陰涼處或通風的倉庫內，不能放置在陽光下，以免受熱變質，并遠離易燃物品。一般而言，如果儲存條件好，冷補瀝青液可存放2年以上。
2、 冷補瀝青混合料路面修補工藝
冷補瀝青混合料路面修補工藝流程如下圖所示：
開挖基槽→基槽清理→噴灑黏油→材料攤鋪→坑槽壓實→清掃雜物→開放交通
二、高寒地區瀝青路面裂縫灌縫養護技術
（一）高寒地區瀝青路面裂縫高性能灌縫材料要求與技術性能
1、 高寒地區高性能灌縫材料評定技術指標
（1）針入度指數PI：
PI=（20-500A）/（1+50A）
（2）當量軟化點：T800=（2.9031-k）/A（針入度為800時對應的溫度）
（3）當量脆點：T1.2=（0.0792-k）/A（針入度為1.2時對應的溫度）
（4）彈性恢復率（%）：D=（10-X）/10（100%）（試驗溫度20℃）
其中，A為回歸常數，為針入度溫度關系直線的斜率，表示瀝青的溫度敏感性；k為回歸參數；X為試樣的殘留長度（cm）
2、 基質瀝青和改性瀝青的技術性能
（1）高性能灌縫膠正交設計優化試驗
性能較好的組合為芳香基橡膠油Y=8%、橡膠粉F=22%、增塑劑S=7%、增黏劑J=5%
以SBS改性瀝青為基礎料，以KA160高芳烴油作為母體溶劑油，再加入幾種其他外摻料配制的高性能灌縫膠進行試驗，試驗結果如下表
高性能灌縫膠正交設計優化試驗
試驗項目 | 針入度（0.1mm） | 針入度指數PI | 當量軟化點（℃） | 當量脆點（℃） | 彈性恢復（%） | ||
15℃ | 25℃ | 30℃ | |||||
美國carfco | 70.0 | 111.0 | 128.0 | 5.3 | 70.9 | -76.6 | 99 |
1號配制灌縫膠 | 83.0 | 135.5 | 175.5 | 4.4 | 60.5 | -70.0 | 99 |
2號配制灌縫膠 | 79.3 | 107.7 | 139.0 | 6.6 | 77.4 | -97.6 | 99 |
3號改性瀝青灌縫膠 | 75.8 | 117.7 | 130.0 | 6.6 | 78.0 | -97.2 | 99 |
（2）凍融循環試驗
高性能路面灌縫材料經受凍融循環的影響，是通過凍融循環試驗，其結果顯示，凍融循環對灌縫材料的針入度和彈性恢復的影響不大，扣除試驗誤差，可以認為基本無影響，仍可保持原瀝青材料性能。究其原因，是由于瀝青的老化作用的主要外因是高溫熱老化和光老化，凍融循環試驗的溫度變化范圍不足以引起瀝青的老化，因此室內凍融試驗對灌縫材料的各項指標影響不太。
（3）室外長期使用性能試驗
通過對進口灌縫膠和自制高性能灌縫膠材料進行室外長期使用性能相關試驗表明，使用3個冬季的國產和進口灌縫材料各種性能幾乎沒有降低，高低溫性能更好，溫度敏感性更低，可見此種材料的抗老化性能很好；隨著使用期的增長，針入度值降低（40%~50%），說明灌縫材料的柔軟度降低，這與實際情況相符，說明自制和進口灌縫材料使用后期性能指標相差無幾。
（二）高性能灌縫材料（灌縫膠）灌縫工藝（工法）
灌縫膠灌縫工藝適用于原路面基層和橫斷面良好，僅表面出現縱橫向裂縫之情形。該工藝的使用年限一般為2~3年。
灌縫膠灌縫所采用的工具設備有開槽機、灌縫機、牽引運料車以及熱噴槍、吸（吹）塵設備、鋼絲刷等。灌縫程序按照刻槽或切縫—清縫—灌縫前準備—灌縫—通車的程序進行，具體步驟如下：
1、 刻槽切縫
找縫劃線并切割溝槽，可用進口或國產性能良好的刻槽機刻槽，順著裂縫拓寬成15~20 mm的溝槽，槽深根據裂縫深度確定。切縫后用鼓風機等工具將縫中雜物和灰塵清理干凈。
2、 灌縫準備
將灌縫材料放入熱熔爐釜加熱、攪拌，并可根據需要在瀝青中加入一定數量的細砂。當普通瀝青加熱到150~170時，采取保溫措施后適時灌注。
3、 清縫干燥
先用鐵鉤鉤出縫內松動的顆粒，再用鋼絲刷清除縫槽邊緣松動的瀝青混合料，使縫槽邊緣保持堅固狀態：用吸（吹）塵設備（高壓鼓風機）將縫內的雜物、塵土清凈，用熱噴槍吹烤干燥。
4、 灌灌縫料
灌縫的槍頭應與縫寬相適應，灌縫時灌縫槍應勻速移動。對寬度為6mm以下的裂縫，可直接用熱瀝青灌縫，灌注時應從裂縫的一端緩慢、連續地灌至另一端，使熱瀝青注入時能將縫內的空氣排擠出。熱瀝青灌滿后，可在縫表面撒一層細砂。對寬度為6~15mm以下的裂縫，灌縫可分兩次進行，中間間隔3~5min。第一次可先將熱瀝青灌注至距路面表面10mm左右，然后在縫內撒入干凈的粗砂，并用竹片把粗砂撒入嵌入灌縫料中；第二次灌注至與路面平齊，灌縫時應避免灌縫料溢出路面，最后在縫表面撒一層細砂。
5、 熨平縫口
將溢出縫外的瀝青、細砂等清除后，用熱烙鐵熨平縫口。等待冷卻后將路面廢料清理干凈。
6、 冷卻放行
灌縫料冷卻至自然溫度后可開放交通。
應當指出，雖然灌縫材料與新瀝青槽黏結效果較好，對舊瀝青路面的裂縫，由于里面有大量塵土，倘若在施工中未徹底清理干凈時，會造成黏結效果不好，從而導致整條脫落，所以該方法對新建路段效果非常好，對舊路段效果較差。
特殊指出，在灌縫作業中應使用專用機械進行。
三、高寒地區瀝青路面貼縫養護技術
貼縫適用條件是原路面基層和橫斷面良好，僅表面出現縱橫向裂縫，伴隨裂縫處有較多細微的擴展裂縫，使用年限一般為2~3年。其施工步驟如下：
（1）將路面、基層裂縫清理干凈，并將裂縫兩側20cm范圍內的路面同時清理干凈。
（2）用寬刷蘸取專用膠黏劑沿裂縫均勻涂刷，以裂縫為中心線，在兩側各涂刷8cm以上。一般涂膠面積比貼縫帶寬度多出1cm。
（3）剪取長度略長于裂縫長度的一段貼縫帶，揭云隔離紙，有聚丙烯織物的一面朝上，以裂（接）縫為中心線，將貼縫帶平整地貼在路面上。
（4）然后用滾筒用力碾壓將貼縫帶燙貼至路面，以確保貼縫帶同路面結合為一體，不能有氣泡、皺褶。
（5）如遇不規則的裂（接）縫，可用剪刀將貼縫帶切斷，按裂（接）縫的走向跟蹤粘貼。但在貼縫的接合處，要形成80~100mm的重疊。
