李 峰，黃頌昌，徐 劍

（交通運輸部公路科學研究所 道路結構與材料交通行業(yè)重點實驗室，北京100088）

我國高等級公路瀝青路面普遍采用加熱型密封膠進行開槽灌縫處理裂縫，采用的密封膠來源廣泛，但使用效果不盡理想［1］.為此，交通運輸部在2009年頒布了《路面橡膠瀝青灌縫膠》（JT／T 740－2009）［2］，為規(guī)范我國瀝青路面加熱型密封膠的質量提供了技術標準.該標準參考ASTM D5329［3］提出了錐入度、軟化點、流動、彈性和低溫拉伸等5 個評價指標.經(jīng)過三年多的應用，證實該標準可以有效地區(qū)分不同密封膠的性能，為規(guī)范我國密封膠質量，提高密封膠的路用性能起到了積極的促進作用.但是，JT／T 740標準的部分內容仍然存在一些爭議和不足之處.本文通過大量的密封膠性能評價試驗，提出了更為合理的加熱型密封膠性能評價方法和技術要求，為標準的修訂提供技術參考.

1 高溫性能的評價指標

JT／T 740標準中，軟化點和流動試驗都用于評價密封膠的高溫性能.軟化點采用環(huán)與球法，是常規(guī)的試驗方法，試驗儀器在我國具有廣泛的普及率.流動試驗如圖1所示，需要專門的測試級鍍錫板，試驗模具需要自行加工制作，相對比較麻煩.因此，國內很多瀝青實驗室提出是否可以取消流動試驗，僅用軟化點試驗評價密封膠的高溫性能.為此，本文分析了密封膠的軟化點和流動試驗結果.采用的密封膠樣品是標準實施以來實驗室接收送樣檢測的國內常用的20種密封膠，編號為：H1～H20.

將軟化點和流動試驗的結果輸入統(tǒng)計分析軟件中進行Pearson相關性分析，可得軟化點與流動值的相關性分析圖（圖2），圖中線性回歸方程為y＝－0.197x＋20.437.相關性分析結果表明，軟化點和流動值的相關系數(shù)r＝－0.757，使相關系數(shù)為0的假設檢驗成立的概率P＝0.000，在α＝0.01 水平（雙側）上顯著相關.分析結果表明軟化點試驗和流動試驗具有相關性，因此，同時采用軟化點和流動試驗評價高溫性能的必要性不大，可以取消流動試驗.

2 拉伸試件的混凝土塊

2.1 試驗方案及結果

低溫性能是密封膠的關鍵性能，JT／T 740參照ASTM D5329制訂了低溫拉伸試驗，拉伸試件采用的是水泥混凝土模塊，ASTM D1985［4］給出了水泥混凝土模塊的制作標準.但是，國內同行對此常有這樣的質疑：采用水泥混凝土模塊所得試驗結果能否反映瀝青路面加熱型密封膠的性能，為何不直接采用瀝青混凝土模塊？為此，本文分別制作了水泥混凝土模塊和瀝青混凝土模塊，在相同條件進行低溫拉伸試驗，以比較兩者的異同.水泥混凝土按照JT／T 740制作，采用標號32.5的普通硅酸鹽水泥和石灰?guī)r集料.瀝青混凝土采用AC－13中值級配，90 號基質瀝青，與水泥混凝土塊同一料源的石灰?guī)r集料.

由于國內多數(shù)密封膠的低溫性能較差，很多密封膠的低溫拉伸量僅在0～3 mm［5］，達不到行業(yè)標準的要求，對于這些低溫拉伸量很小的密封膠，進行對比試驗的意義不大.因此，在上述20 種密封膠樣品中，挑選了8種低溫性能較好的樣品（編號分別為H4、H5、H6、H7、H9、H10、H11和H12），分別進行了拉伸循環(huán)試驗（50%拉伸量，三次循環(huán)）以及一次拉伸試驗（一次拉伸直至試件破壞），所得試驗結果見表1.

表1 兩種拉伸試件的低溫拉伸試驗結果Tab.1 Results of bond test for two types bond specimens

2.2 雙因素方差分析

為分析不同模塊對拉伸試驗結果的影響，需要對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析.方差分析是檢驗多個樣本均數(shù)間差異是否具有統(tǒng)計意義的一種方法［6］.在本文中，需要考察的是不同模塊對拉伸實驗結果的影響.有2個因素：模塊和密封膠，模塊有2個水平：水泥混凝土塊和瀝青混凝土塊，密封膠有8個水平：高溫型H4和H5、普通型H10和H12、低溫型H6和H11，嚴寒型H7 和H9，每一次處理情境中有3次重復測量.

表1中，所有樣品都通過了拉伸循環(huán)試驗，因此沒有體現(xiàn)出水泥模塊和瀝青模塊之間的差異.密封膠樣品H4、H5和H10的一次拉伸試驗均超過了60 mm，接近了拉伸設備的最大行程，也沒有體現(xiàn)水泥模塊和瀝青模塊之間的差異.其余5種密封膠樣品的一次拉伸試驗表現(xiàn)了不同的最大拉伸量，將這5種密封膠的一次拉伸試驗結果輸入統(tǒng)計分析軟件中進行重復測量數(shù)據(jù)的雙因素方差分析，結果見表2.表中，誤差來源“模塊＊密封膠”表示模塊與密封膠的交互效應引起的誤差，F(xiàn)值是組間均方與組內均方的比值，p值是觀測得到的顯著性水平.

表2的雙因素方差分析顯示：不同模塊之間不存在顯著性差異，p＝0.566＞0.05.分析認為，這是由于模塊切割面的大部分截面是同一料源的石灰?guī)r集料，這部分的截面與密封膠的粘結能力是相當?shù)?；不同密封膠之間存在顯著的主效應，p＝0.009＜0.05.表明不同密封膠的低溫拉伸試驗結果有顯著差異，即不同密封膠具有不同的低溫性能，這是顯而易見的結果；模塊與密封膠之間不存在顯著的交互效應，p＝0.969＞0.05.

表2 雙因素方差分析結果Tab.2 Results of two－factor analysis of variance

JT／T 740采用水泥混凝土模塊的目的是為了與國際標準（ASTM D1985）接軌，便于國內外材料評價結果之間的比較.分析結果表明JT／T 740標準采用水泥混凝土模塊所得試驗結果與采用瀝青混凝土模塊基本一致.這一結論也可由表2的拉伸循環(huán)試驗結果（均為通過）和密封膠樣品H4、H5和H10的一次拉伸試驗結果（均為大于60mm）作為傍證.

本文出于以下兩點考慮，建議JT／T 740標準下次修訂時改用瀝青混凝土模塊：

（1）試件的標準化

國內大部分的瀝青及瀝青混合料實驗室均不具備制作水泥混凝土模塊所需的水泥混凝土標準養(yǎng)生室條件，而制作瀝青混凝土模塊所需要的瀝青、集料、車轍成型儀及切割機等條件比較容易獲得.因此，水泥混凝土模塊的制作難度遠大于瀝青混凝土模塊，采用瀝青混凝土模塊有利于在我國推廣普及瀝青路面加熱型密封膠的性能評價試驗.

（2）符合實際應用情況

盡管不同模塊對低溫拉伸試驗結果的影響不顯著，但方差分析結果的不顯著不代表沒有差異.在這種情況下，采用與瀝青路面同類型的瀝青混凝土材料進行試驗更能反映加熱型密封膠的路用性能.

3 低溫性能的評價

3.1 裂縫運動觀測

瀝青路面裂縫隨著路面溫度變化而產(chǎn)生運動，顯然，路面溫度越低，裂縫擴張量越大.這表明，使用地區(qū)的氣溫越低，密封膠的試驗溫度應越低，并且拉伸量要求應越高.這也是北方地區(qū)密封膠冬季失效現(xiàn)象突出的主要原因，材料在低溫條件下變脆，與此同時，裂縫的擴張量增大.

本文在北京和烏魯木齊進行了瀝青路面裂縫運動的長期觀測.觀測方法如圖3所示，在裂縫兩側各埋一枚鋼釘，定期用游標卡尺測兩鋼釘之間的距離，同時記錄路面溫度，觀測頻率為每月2～3次.在北京地區(qū)某條瀝青路面上進行為期一年的觀測，測得運動量和路面溫度如圖4所示.圖中顯示了該路段6條典型橫向裂縫（編號A～F）的運動量與路面溫度曲線.裂縫運動量的計算規(guī)則為，一年內兩個鋼釘之間的最小寬度記為初始運動量0，其余時間的裂縫運動量為兩鋼釘間的寬度與最小寬度的差值.

3.2 觀測結論

（1）路面溫度在0 ℃以上的區(qū)間，裂縫運動量比較小，在此區(qū)間的裂縫運動可以忽略不計.理論分析認為：瀝青混凝土是黏彈性材料，溫度越低，越接近于彈性材料，隨溫度變化的線收縮性表現(xiàn)越明顯；溫度越高，越接近于黏性材料，隨溫度變化的線收縮性表現(xiàn)越不明顯.觀測結果與理論分析一致.

（2）路面溫度在0 ℃以下的區(qū)間，裂縫運動量隨溫度變化而產(chǎn)生明顯變化.實測中，北京地區(qū)極端路面最低溫度在－10 ℃上下，最大裂縫運動量為7.10 mm；路面溫度在0 ℃上下時，最大裂縫運動量為3.73mm.新疆地區(qū)極端最低溫度可達－30 ℃以下，實測最大裂縫運動量為13.59 mm.由此，本文據(jù)瀝青路面裂縫運動實測情況，拉伸量適當大于實測最大裂縫運動量并取整后，提出如下4種類型密封膠的拉伸量要求，分別為：0 ℃，25%（3.75mm）；－10℃，50%（7.5mm）；－20 ℃，75%（11.25mm）；－30℃，100%（15mm）.標準拉伸試件采用瀝青混凝土模塊，密封膠寬度為15mm.

4 加熱型密封膠的技術要求

4.1 技術要求的修正

根據(jù)上述分析，本文提出了修正的評價指標及技術要求（表3）.

表3 加熱型密封膠的評價指標及技術要求的修正Tab.3 Revision of evaluation index and technical requirements for hot－applied sealant

與現(xiàn)行行業(yè)標準JT／T 740的評價指標及技術要求相比較，表3有以下幾點變化：

（1）取消了流動試驗，只采用軟化點評價密封膠的高溫性能，彈性試驗的技術要求保持不變，低溫拉伸試驗采用瀝青混凝土模塊.

（2）錐入度的技術要求有所變化.錐入度是一個重要的評價指標，JT／T 740標準的要求是：高溫型≤50，普通型30～70，低溫型50～90，嚴寒型70～150.實驗證明，JT／T 740 標準的錐入度要求偏低，處于錐入度下限的材料往往偏硬，不能滿足相應的低溫拉伸試驗要求，因此對高溫型的上限、普通型和低溫型的上下限、嚴寒型的下限均提高了20個錐入度單位.表3的錐入度要求的密封膠較JT／T 740標準的密封膠更軟，有利于獲得更好的低溫性能.

（3）4種類型密封膠的低溫拉伸試驗的拉伸量要求分別為25%、50%、75%和100%，試驗溫度越低，拉伸量要求越高，符合路面裂縫運動規(guī)律.與JT／T 740標準相比，對密封膠的低溫性能提出更高的要求.

4.2 基于性能的技術要求

以上提出了更符合實際路面使用性能的加熱型密封膠的修正技術要求，可作為JT／T 740行業(yè)標準修訂時參考.同時，本文提出密封膠材料選擇的理想境界是根據(jù)所在地區(qū)的性能要求選擇材料：當使用地區(qū)有統(tǒng)計或實測的路面溫度、路面裂縫運動量和裂縫開槽寬度數(shù)據(jù)，及對使用年限有要求時，可采用當?shù)貙嶋H情況確定試驗條件（試驗溫度、拉伸量、拉伸循環(huán)次數(shù)和試件寬度），進行低溫拉伸試驗.

例如，東北某地區(qū)極端最低路面溫度達－35℃，裂縫年最大運動量為20mm，為了適應這種極端溫度和大運動量的情況，開槽寬度為20mm 以提供更大的容膠空間，要求質保期為5年，則可進行如下低溫拉伸試驗：試驗溫度－35 ℃，試件寬度20mm，拉伸量20mm（試件寬度的100%），拉伸循環(huán)5次.反之，如果海南等地區(qū)經(jīng)過實測認為裂縫年最大運動量基本為0，則可以不進行低溫拉伸試驗.根據(jù)所在地區(qū)的氣候條件和路面情況，選擇理想的密封膠，有望實現(xiàn)理想的裂縫修補效果.

5 結論

（1）對20種密封膠樣品的軟化點和流動試驗結果進行了相關性分析，發(fā)現(xiàn)兩者具有相關性，因此建議棄用流動試驗，只采用軟化點試驗評價密封膠的高溫性能.

（2）修正了原標準錐入度的技術要求.高溫型的上限、普通型和低溫型的上下限、嚴寒型的下限均提高了20個錐入度單位.修正后的密封膠較原要求的密封膠更軟，有利于獲得更好的低溫性能.

（3）進行了8種密封膠的不同模塊條件下的低溫拉伸對比試驗，對其中5種密封膠進行了雙因素方差分析，結果顯示不同模塊之間不存在顯著性差異，為試件標準化和符合實際應用情況，建議改用瀝青混凝土模塊制作低溫拉伸試件.

（4）根據(jù)瀝青路面裂縫運動量實測結果，提出了4種類型密封膠的低溫拉伸試驗的拉伸量要求分別為：高溫型，25%；常溫型，50%；低溫型，75%；嚴寒型，100%.同時，建議可根據(jù)所在地區(qū)的性能要求確定低溫拉伸試驗的試驗條件.

［1］ 高建立，李林，寧杰，等.道路高分子聚合物密封膠低溫性能實驗方法研究［J］.公路交通科技應用技術版，2006（1）：73.GAO Jianli，LI Lin，NING Jie，et al.Research on low temperature performance of experimental methods for pavement high polymer sealant ［J］.Highway and Transportation Research Applied Technology，2006（1）：73.

［2］ 中華人民共和國交通運輸部.JT／T740—2009路面橡膠瀝青灌縫膠［S］.北京：人民交通出版社，2009.Ministry of Transport of the People’s Republic of China.JT／T 740—2009 Rubber asphalt sealant and filler of pavement［S］.Beijing：China Communications Press，2009.

［3］ American Society for Testing Materials.ASTM D5329—2004 Standard test methods for sealants and fillers，hot－applied，for joints and cracks in asphaltic and portland cement concrete pavements［S］.Philadelphia：American Society for Testing Materials，2004.

［4］ American Society for Testing Materials.ASTM D1985—91 Standard practice for preparing concrete blocks for testing sealants，for joints and cracks［S］.Philadelphia：American Society for Testing Materials，2004.

［5］ 李峰，黃頌昌，徐劍，等.瀝青路面密封膠性能評價與技術要求［J］.交通運輸工程學報，2009，9（2）：7.LI Feng，HUANG Songchang，XU Jian，et al.Performance evaluation and technical requirement of sealant and filler in asphalt pavement［J］.Journal of Traffic and Transportation Engineering，2009，9（2）：7.

［6］ Mendenhall W，Sincich T.統(tǒng)計學［M］.5版.北京：機械工業(yè)出版社，2009.Mendenhall W，Sincich T.Statistics for engineers and the sciences［M］.5th ed.Beijing：China Machine Press，2009.