新型沥青注浆材料的开发与应用

    前言
    随着城市交通不断向高速化、重载化发展，城市道路和机场道面的病害情况越趋严重，表现为裂缝、坑槽、局部深陷等破坏形式，对道路维修养护提出了更高的要求，其中注浆修复法作为一种快速修复方法得到了较快的发展。为适应交通高速化、重载化的需求，要求注浆材料稳定性强、抗变形能力佳，且能实现快速开放交通。现有的注浆材料虽然种类繁多，但均存在着一定的问题和缺陷，如无机类注浆材料在有地下水条件下的流失，有机类注浆材料的耐久性能差等。沥青材料不溶于水，冷却硬化时间快，经改性后具有较好的流动性能、硬化强度和耐久性，对现代交通道路的维修加固具有较好的适应性。本文在传统沥青材料研究的基础上，开发一种新型沥青注浆材料，更好地支撑上海乃至全国高速公路、城市道路以及机场道面的改建修复工程。
    原材料
    （1）中石化AH-70#沥青：上海公路桥梁（集团）有限公司提供，其针入度（25℃，100g，5s）为63（0.1mm），软化点49.7℃，15℃延度＞100cm。
    （2）湖沥青（TLA）：上海公路桥梁（集团）有限公司提供，其针入度（25℃，100g，5s）为4（0.1mm），软化点94℃，灰分37.53%，密度（25℃）1.38g/cm3。
    （3）星型SBS改性剂：上海公路桥梁（集团）有限公司提供。
    （4）辅助添加剂
    辅助添加剂主要由多硫化物、芳香族聚合物等按比例复配而成。
    试验方法
    改性沥青的制备
    基质沥青+TLA混合料按掺配比例加热至熔融，在180℃条件下加入SBS，用高速剪切仪剪切30min，加入辅助添加剂继续剪切30min，随后在160℃烘箱中发育1h。
    沥青性能测试
    （1）针入度试验：在25℃条件下，测试沥青的针入度值，试验操作参考JTGE20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0604—2011沥青针入度试验。
    （2）软化点试验：用环球法测试沥青的软化点，试验操作参考JTGE20—2011中T0606—2011沥青软化点试验（环球法）。
    （3）旋转黏度试验：采用美国BROOKFIELDDV-II十型旋转黏度计测试沥青的黏度，试验操作参考JTGE20—2011中T0625—2011沥青布氏旋转黏度试验。
    试验结果与讨论
    注浆材料要求稳定性强、抗变形能力佳，且便于施工，即要求改性沥青具有较小的针入度、较高的软化点和适宜的黏度，因此本文对改性沥青的针入度、软化点和黏度指标开展试验研究。
    复合改性沥青的针入度
    （1）随着SBS掺量增加，复合改性沥青的针入度减小，沥青不断变硬。
    （2）SBS掺量从4.5%增加到5.0%时，针入度下降趋于平缓。SBS在沥青改性过程中主要是分散和溶胀的过程，但在沥青中能使SBS粒子溶胀的组分总量有限。因此，对于一种特定的SBS改性沥青，存在使SBS粒子产生充分溶胀的最大剂量，超过这一剂量，改性沥青的物理力学性能随SBS聚合物增多变化的幅度明显减小。
    复合改性沥青的软化点
    （1）随着SBS掺量增加，复合改性沥青的软化点升高，高温稳定性不断提高。
    （2）SBS掺量从3.5%增加到4.5%，软化点提高幅度相对较大，随着SBS掺量进一步提高，软化点提高幅度减小。与针入度变化机理相似，SBS在沥青中的分散和溶胀能力有限，对
    于一定的基质沥青，SBS存在一个理想掺量，使改性效果最优化。
    复合改性沥青的黏度
    根据针入度和软化点试验结果，SBS掺量为4.5%时，沥青硬度高，高温稳定性好。另一方面，随着SBS掺量进一步提高，改性沥青成本增加，因此选择SBS掺量为4.5%的复合改性沥青进行黏度试验。
    （1）随着温度的升高，复合改性沥青的黏度不断减小。
    （2）与基质沥青相比，改性沥青的黏度较大。为使沥青材料可实现注浆，需更高的温度使沥青熔融成流动状态。本研究开发的改性沥青温度升高到200℃时，改性沥青黏度降低至0.8Pa•s，可实现在泵送管中正常流动，且注浆工艺一般需施加0.3~0.5MPa的注浆压力，在200℃条件下可实现正常注浆施工。
    但另一方面，由于路基地下空间条件复杂，沥青材料注入地下，若流动范围大，容易造成沥青材料流失。本研究开发的沥青材料在温度降低后，黏度迅速增大，135℃时沥青黏度达到8Pa•s，使沥青流动性减小，则沥青材料的流动范围限制在一定范围内，不会造成注浆材料大量流失。
    工程应用
    上海建设机场道路工程公司第一分公司位于宝山区，其场区道路混凝土底基层不密实，路面出现凹陷现象。维修工程采用本研究开发的沥青注浆材料进行注浆修复，主要注浆工序包括路面开孔、清扫洒水、沥青注浆、注浆终止和养护。
    选取混凝土板的4角及中心各钻1个孔，钻孔深度60cm。为提升注浆效果，清除进入注浆孔的垃圾、打孔残渣等。为便于后期沥青的清理，对孔周边进行清扫并洒水，随后进行注浆。沥青加热温度220℃，注浆压力0.4MPa。
    当附近的孔中溢出沥青时，可以用木栓将此孔封住，继续注浆。在其它缝隙、裂缝、路肩等部位有沥青流出时，则停止注浆。注浆压力若超过0.4MPa或混凝土板出现上抬情况时也需停止注浆。对注浆路面进行清理并养护30min后即可实现开放交通。
    经现场检测，维修路面平均弯沉值由0.258mm降低至0.172mm，取得了良好的修复效果。
    结语
    （1）本研究开发的沥青注浆材料针入度小于30（0.1mm），软化点达到90～95℃，满足注浆材料硬度高、稳定性好等性能要求。
    （2）该复合改性沥青注浆材料的200℃黏度为0.8Pa•s，可顺利实现注浆，且温度降至135℃时沥青黏度迅速变大，流动性迅速降低，不易造成材料流失。
    （3）沥青注浆材料在上海建设机场道路工程公司场区道路进行中试，路面平均弯沉值由0.258mm降低至0.172mm，取得了良好的修复效果。沥青注浆修复的长期性能还有待进一步开展研究工作。