填缝料在水泥混凝土路面工程中的应用研究

填缝料在水泥混凝土路面工程中的应用研究

李绍宏1, 罗志强2
( 1. 广东省深圳市道路工程公司, 广东深圳518024; 2. 广东工业大学建设学院, 广东广州510643)

随着滑模机械化施工技术水平及质量的提高和推广应用的普及, 我国水泥混凝土路面的使用率在相当长的时间内将保持高速增长. 同时, 国家的宏观经济发展战略为公路基础设施的超前建设创造了条件, 有力地促进了公路交通事业的发展, 也为水泥混凝土路面的发展提供了良好的机遇. 然而, 从公路工程建设可知, 由于水泥混凝土路面刚性模量很高, 荷载、温度、干湿变形较大, 设置的接缝很多, 接缝极易破损. 因此, 研究水泥混凝土路面的接缝材料, 对水泥混凝土路面的建设具有工程意义和社会意义.

1 胀缝填缝材料
胀缝填缝材料包括胀缝板、胀缝上部的嵌缝料及其粘结剂. 接缝板和橡胶嵌缝条应能适应混凝土路面板的膨胀和收缩, 具备易于安装和施工时不变形、不脆断、复原率高、密封性好、抗嵌入、切割能力强和耐久性优良等性能.

1. 1 胀缝板
胀缝板有各种木板、沥青纤维板、泡沫橡胶板、泡沫树脂板及各种纤维复合板材, 使用性能要符合文献[ 1] 的技术要求. 水泥混凝土路面所采用的胀缝板, 不仅要保证板的压缩变形小, 而且要完全隔断混凝土, 不得有破损缺口和未连接部位. 施工时必须注意, 只要胀缝板未完全隔断混凝土, 胀缝必被挤坏.从公路工程实践证明: 各种柔软的泡沫板材, 由于其架立刚度不足, 不能满足滑模连续摊铺对其挤压的要求, 在滑模摊铺水泥混凝土路面的胀缝中不能采用. 目前, 在滑模摊铺的高速公路工程中, 使用性能最佳的胀缝板是益阳至常德高速公路采用的泡沫橡胶板, 其刚度压缩性及耐生物侵蚀及化学腐蚀均相当优良. 实际上, 所有的木板在使用寿命要求30 a 的高速公路和一级公路的路面上均存在严重的不耐生物侵蚀问题, 5 a 后木板基本上被虫蛀成了粉末. 因此,在水泥混凝土路面中采用木质胀缝板材, 即使其进行稀释沥青浸泡透, 大致仅能正常使用10 a左右, 耐久性和使用年限仍不能满足使用要求. 所以, 在高速公路和一级公路的水泥混凝土路面的胀缝填缝材料, 推荐采用泡沫橡胶板或沥青纤维板等.

1. 2 胀缝嵌缝材料
用于制造预制橡胶填缝条的胶料性能必须满足《混凝土道路伸缩缝用预成型硫化橡胶压缩填缝件材料规范 ( GB10710- 89) 的要求. 从公路工程实践可知, 胀缝伸缩间距较宽和伸缩量较大, 胀缝上部的密封嵌缝条一般不采用普通伸缩缝的实心填缝料. 这是因为任何填实的材料,在夏天会被挤出来, 会被车轮辗坏或带走, 影响水泥混凝土路面的平整度和行车的舒适性. 由于多空隙材料不会在路面上被嵌入的硬物较快切割破坏, 预制空心橡胶嵌缝条能够适应较大的变形, 高速公路水泥混凝土路面应采用预制多孔橡胶条和发泡聚氨脂. 工程实践证明, 国产两孔橡胶条使用1~ 2 a 后, 进口五孔橡胶条使用2~ 3 a 后, 就被嵌入的砂石切成了条带状, 失去密封随后完全破坏. 因此, 很有必要从水泥混凝土路面胀缝经久耐用、有效防止被砂石切割和防水渗漏的效果出发, 进一步研究水泥混凝土路面胀缝嵌缝材料.

1. 3 润滑粘结剂
胶条润滑粘结剂是胀缝和缩缝安装预制橡胶嵌缝条和多孔聚氨脂的专用材料, 要求粘度适中, 固化前不发粘, 具有较强的润滑作用, 固化速度可调, 固化后与橡胶嵌缝条和混凝土缝壁粘结牢固、低温不脆、不溶于水等. 因此, 水泥混凝土路面工程可以选用聚氨脂粘结剂和改性环氧树脂粘结剂等. 对此, 现行《公路水泥混凝土路面接缝材料 ( JTJ203- 95) 中没有列入, 甚至有人主张不使用粘结剂, 连泥带水嵌入橡胶条. 工程实践证明, 这种做法效果极差, 通车几个月后,橡胶条不是被石子压下去, 就是被车轮真空吸出丢失.

2 缩缝填缝材料
目前, 世界上某些国家对水泥混凝土路面结构采用贫混凝土基层并配置传力杆, 缩缝宽度为3 mm, 不实施填缝. 然而, 在我国卡车敞开运输、路面很脏和基层较弱的情况下, 不可能象某些发达国家那样, 而是从使用密封防水、防唧泥和错台、防缝壁破坏和提供足够的嵌锁力角度出发实施缩缝灌缝.

2. 1 缩缝填缝材料的种类
缩缝填缝材料的种类较多而复杂, 性能差异很大. 水泥混凝土路面施工时, 必须清楚填缝材料的基材类型, 从填缝材料的性能、使用耐久性和经济性等方面考虑, 选择适合不同公路等级水泥混凝土路面的填缝材料.
( 1) 树脂类填缝材料
树脂类填缝材料主要有硅树脂、聚氨脂和环氧树脂等为基材的填缝材料, 属于技术性能最高档的填缝材料. 我国高速公路大多数采用聚氨脂填缝材料, 其正常使用温度为- 30 ºc ~70ºc , 使用耐久性尚可. 而在某些气候严寒地区, 普通聚氨脂填缝材料在低温下性能偏脆, 有低温脆裂的趋向. 这个问题可以通过聚氨脂改性加以解决, 即使用低温改性共混交链聚氨脂.
( 2) 橡胶类填缝材料
橡胶类填缝材料是以氯丁橡胶、沥青橡胶或改性橡胶为基材的填缝材料. 其优点是弹性好, 缺点是粘接力不足, 灌好的接缝容易开裂. 无论是填缝材料本身或填缝材料与缝壁的开裂,若车轮带入脏物, 其开裂均无法复原, 会使填缝材料丧失应有的密封作用. 其改进方法是在填缝材料加入一定的树脂, 形成橡胶基树脂填缝材料. 工程实践证明, 这种方法既改进了树脂材料的低温脆性, 又改善了橡胶材料粘接力的不足, 是优质的复合型高等级公路路面的填缝材料.水泥混凝土路面接缝施工时, 将橡胶基树脂填缝材料预制成鱼刺状橡胶条, 直接插入缩缝和纵缝. 目前, 这种施工方式有切割成台阶缝, 省略粘结和直缝粘结的两种形式. 对于切割成台阶缝的缩缝预制胶条施工, 由于缝口过宽, 会嵌入更大或更硬的石子, 加快破坏缝壁和削弱接缝传荷能力, 因此主张不切割成台阶缝. 由此, 规程明确各种预制橡胶嵌缝条的施工, 均必须彻底清缝, 并涂粘结剂粘结牢固, 不得连泥带水嵌入橡胶条.
( 3) 塑料类填缝材料
塑料类填缝材料是以聚氯乙烯胶泥、聚乙烯胶泥等为代表, 实质上是基材为塑料的填缝材料, 再掺入大量辅助材料和填料制成. 其已经在机场跑道、高等级公路有较多使用. 但是, 这类填缝材料的硬度不足, 抵抗砂石的嵌入能力差, 另外使用耐久性有待研究改进.
( 4) 沥青基填缝材料
沥青基填缝材料包括热沥青、沥青玛蹄脂、乳化沥青和各种改性沥青, 是技术档次最低的填缝材料. 沥青基填缝材料的粘结力、抗硬物的嵌入能力、弹性和耐久性均不理想, 但其最大的优势是价格低廉. 目前, 不少水泥混凝土路面工程仍在使用沥青基填缝材料.根据水泥混凝土路面工程的特点, 缩缝填缝材料必须具备下述性能: 与混凝土板壁粘结力强、回弹性好、拉伸量大、不溶于水、不渗水; 高温下不挤出、不流失、不粘车轮、耐嵌入; 低温时不发脆、耐冲击韧性好、耐大气. 因此, 上述的四类填缝材料的前两类适用于高速公路和一级公路水泥混凝土路面的填缝; 第三类可以使用在二级公路上; 一般沥青类填缝材料不适宜用在高等级公路工程, 只能使用在三级和四级公路水泥混凝土路面工程.
2. 2 缩缝填缝材料的技术要求
现行《公路水泥混凝土路面接缝材料》 ( JTJ203- 95) 中, 没有按上述填缝材料的种类分别提出要求, 而是笼统地划分为常温施工式和加热施工式填缝材料.
( 1) 常温施工式填缝材料
常温施工式填缝材料包括聚氨脂或聚氨脂改性沥青( 或焦油) 、聚硫橡胶改性沥青、硅树脂和丙烯酸脂等在常温下施工的填缝材料, 其性能必须满足《公路水泥混凝土路面接缝材料》( JTJ203- 95) 中表4- 31 的规定[ 1] .
( 2) 加热施工式填缝材料
加热施工式填缝材料包括高弹性的高分子改性沥青类、聚氯乙烯胶泥类和沥青橡胶类填缝材料, 其性能必须满足表1 的要求. 应该指出的是该表中低弹性型热灌填缝材料, 按照填缝所要求的形状系数为1 时, 拉伸量过小( 大于5 mm. ) , 使用中易断裂, 建议拉伸量修改为大于10 mm.

2. 3 缩缝背衬泡沫塑料垫条
缩缝背衬材料的作用是支撑灌注型填缝材料不流入接缝底部, 使填缝材料的灌注深度保持一致. 其工作原理是通过垫条保持所灌的填缝材料具有均匀一致的厚度, 使填缝材料承受的胀缩内张应力在一条接缝各点基本维持相等, 从而保证灌好的填缝材料不产生局部拉裂, 不至于过早破坏所必需的填缝材料, 使缩缝填灌后能经久耐用. 这种材料在《公路水泥混凝土路面接缝材料》 ( JTJ203- 95) 中尚未考虑, 参考美国及西欧缩缝的做法, 我国在高等级公路水泥混凝土路面的施工中已经大量采用, 效果良好. 根据上述填缝材料厚度必须保持均匀一致, 才不过早破坏的原理和大量工程的填缝实践, 认为缩缝背衬泡沫塑料垫条应满足下述技术要求:
( 1) 高等级公路接缝填缝时, 所有使用灌注型填缝材料均必须使用背衬材料.
( 2) 背衬材料性能应具有良好的弹性和柔韧性, 不吸水, 耐酸碱腐蚀性等要求.
( 3) 背衬材料的形状最好是圆柱形, 也可为方棱柱形. 根据接缝的宽窄选用形状尺寸, 一般其直径或宽度比接缝的宽度大2~ 4 mm.
( 4) 常用的背衬垫条材料主要品种有聚乙烯泡沫塑料条、聚氯乙烯泡沫塑料条、橡胶微孔泡沫条、交链聚乙烯泡沫塑料条和聚氨脂泡沫塑料条等.
( 5) 按照热灌和常温灌分为普通型和耐热型背衬垫条材料. 要求耐热型背衬垫条材料在高温180ºc 时不软化. 施工时, 要注意选用热灌和冷灌材料和施工工艺的配合. 上述常用的背衬垫条材料主要品种的前三种只能冷灌, 热灌时会产生熔化; 后两种既适应热灌, 也适应冷灌.
( 6) 缩缝背衬泡沫塑料垫条施工时, 用固定灌缝深度的专用安装轮具压入背衬垫条, 再灌填缝料.

3 纵缝填缝材料
由于水泥混凝土路面纵缝设置拉杆约束, 对纵缝填缝材料的要求不高, 所有缩缝填缝材料均适合于纵缝填缝. 实际工程实践中, 对水泥混凝土路面纵缝的要求: ( 1) 已涂饱满沥青的纵向施工缝可不填缝; ( 2) 未涂饱满沥青并有可能透水的纵向施工缝与假缝一样切缝并灌缝; ( 3)桥面、桥头和路面高填方路段纵向施工缝必须切缝并灌缝, 后铺路面强度较先铺路面低, 切缝易跑锯时, 待14 d 或通车前再切缝并灌缝; ( 4) 纵缝灌缝材料可使用缩缝聚氨脂灌缝材料和橡胶类填缝材料, 也可使用聚氯乙烯胶泥和改性沥青等灌缝材料. 由于后两种灌缝材料的性能较差, 所以灌缝材料的灌入深度应不小于3 cm.

4 结束语
通过水泥混凝土路面填缝材料的应用研究和工程实践, 实例证明只要充分认识和利用混凝土路面填缝材料的作用和性能, 因地制宜地精心设计和精心施工, 就能解决水泥混凝土路面接缝密封不好的问题, 提高水泥混凝土路面的使用品质.

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