姜 婷

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)智能制造學(xué)院， 山西 晉中 030031）

0 引言

截至2022 年末，我國(guó)路網(wǎng)總里程達(dá)535.48 萬(wàn)km，居于世界前列。公路養(yǎng)護(hù)里程535.03 萬(wàn)km，占公路里程比重的99.9%[1]。在公路瀝青路面病害中，裂縫是其早期最常見(jiàn)的病害之一。灌縫技術(shù)是路面裂縫預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)中最常用的處理技術(shù)，涵蓋了灌縫材料、灌縫設(shè)備和灌縫工藝等方面內(nèi)容[2]。

國(guó)外的灌縫技術(shù)比較成熟，灌縫機(jī)產(chǎn)品研發(fā)也較完善，如美國(guó)Ceafco 公司、加拿大Susteg 公司等，很多公司產(chǎn)品系列化，不同公司的產(chǎn)品加熱、驅(qū)動(dòng)、流量控制等也有所不同。我國(guó)隨著公路尤其是高等級(jí)公路的迅猛發(fā)展，對(duì)養(yǎng)護(hù)技術(shù)和養(yǎng)護(hù)設(shè)備的要求也越來(lái)越高，在歷經(jīng)設(shè)備引進(jìn)和產(chǎn)品自主研發(fā)后，有力推進(jìn)了我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械化技術(shù)的快速發(fā)展[3]。

1 瀝青路面裂縫特征及危害

裂縫是高速公路早期最常見(jiàn)、最易發(fā)生的病害之一，瀝青路面裂縫破損按幾何形狀特征分別有龜裂、橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫等，其中以橫向裂縫、縱向裂縫等線(xiàn)狀裂縫最為常見(jiàn)。

裂縫伴隨著瀝青路面的整個(gè)使用期，促使瀝青路面產(chǎn)生裂縫的因素主要由設(shè)計(jì)參數(shù)的選用、瀝青路面結(jié)構(gòu)、施工材料（如瀝青混合料質(zhì)量、基層材料等）、施工工藝、地質(zhì)條件、氣候條件（特別是溫差較大的地區(qū)更為明顯）、交通荷載（如行車(chē)速率、車(chē)輛超載等）、養(yǎng)護(hù)工藝等諸多因素造成的。瀝青路面裂縫產(chǎn)生后如果不及時(shí)維護(hù)，就會(huì)伴隨著時(shí)間的推移逐漸擴(kuò)展和加重。在裂縫初期，雨水通過(guò)裂縫進(jìn)入基層，在行車(chē)載荷作用下形成的動(dòng)力水對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖刷后，裂縫會(huì)不斷地逐漸加寬加深，造成路面結(jié)構(gòu)破壞，致使瀝青路面產(chǎn)生龜裂、坑槽、唧泥等一系列嚴(yán)重病害，不僅影響路面美觀和行車(chē)的舒適和安全性，降低瀝青路面的服務(wù)水平，而且縮短瀝青路面的使用壽命，甚至危及行車(chē)安全[4]。

2 灌縫機(jī)結(jié)構(gòu)分析

2.1 灌縫機(jī)概述

灌縫機(jī)屬于路面機(jī)械，是現(xiàn)代灌縫技術(shù)的常用設(shè)備，也是路面裂縫養(yǎng)護(hù)的核心設(shè)備。瀝青灌縫機(jī)的灌縫作業(yè)是整個(gè)路面補(bǔ)縫作業(yè)的一個(gè)環(huán)節(jié)，在對(duì)瀝青路面裂縫進(jìn)行開(kāi)槽、清理、加熱步驟后，把加熱加壓后的灌縫膠均勻充分地灌入裂縫后，酌情撒布石屑，完成灌縫作業(yè)。

瀝青灌縫機(jī)按照行駛方式不同可分為手推式、拖式和自行式，手推式灌縫機(jī)體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)及操作方便，能夠?qū)崿F(xiàn)灌縫膠全程加熱；拖式灌縫機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，使用時(shí)須配備牽引動(dòng)力；自行式灌縫機(jī)將所有裝置放在一個(gè)底盤(pán)上，一般是液壓驅(qū)動(dòng)，行走靈活。

按照熱熔箱容積不同主要有小型灌縫機(jī)、中大型灌縫機(jī)。小型灌縫機(jī)一般用于簡(jiǎn)單的道路灌縫作業(yè)，大型瀝青灌縫機(jī)主要用于高速公路、市政等大工程量工程，我國(guó)常見(jiàn)的瀝青灌縫機(jī)規(guī)格型號(hào)有200 L、350 L、500 L 等，目前灌縫機(jī)技術(shù)趨向于包括清縫、加熱裂縫等功能齊全的大型灌縫機(jī)，相比于小型手推式灌縫機(jī)來(lái)說(shuō)，大型灌縫機(jī)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

2.2 灌縫機(jī)結(jié)構(gòu)

瀝青灌縫機(jī)遵循灌縫作業(yè)質(zhì)量佳、效率高、環(huán)保、節(jié)能的技術(shù)要求。不同灌縫機(jī)在結(jié)構(gòu)上有所不同，一般包括動(dòng)力源、底盤(pán)、加熱保溫系統(tǒng)、溫度控制裝置、液壓泵送系統(tǒng)等。

灌縫機(jī)的加熱系統(tǒng)是灌縫機(jī)非常重要的配置，關(guān)系到灌縫膠的融化性能和灌縫的質(zhì)量和效率。加熱系統(tǒng)主要由燃燒器和熱熔箱組成，瀝青熱熔箱的作用是提供符合灌縫技術(shù)要求的灌縫膠，一是灌縫膠的溫度符合要求，二是灌縫膠融化均勻，三是灌縫膠不發(fā)生焦化。為防止灌縫膠的溫度過(guò)高或局部溫度過(guò)高發(fā)生焦化，瀝青熱熔箱采用加熱爐加熱導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油加熱灌縫膠的間接加熱方式。導(dǎo)熱油和灌縫膠中的溫度傳感器時(shí)時(shí)把檢測(cè)信號(hào)反饋到控制面板，通過(guò)數(shù)顯式溫控裝置實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制灌縫膠的加熱溫度，提高施工進(jìn)度和灌縫質(zhì)量。在熱熔箱內(nèi)部配置由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的攪拌器及導(dǎo)熱盤(pán)管，在灌縫膠稀化時(shí)，啟動(dòng)攪拌器，對(duì)灌縫膠進(jìn)行攪拌保證受熱均勻、快速融化。導(dǎo)熱油循環(huán)，箱內(nèi)融化后的灌縫膠由瀝青泵加壓，通過(guò)出料軟管、出料口灌入裂縫。通過(guò)瀝青泵加壓輸出灌縫膠，流量速度可調(diào)節(jié)，并且由于壓力注射式使得灌縫膠和裂縫壁結(jié)合更緊密。瀝青熱熔箱外層一般為高性能保溫材料，可有效降低熱量的散失。

目前，導(dǎo)熱油的加熱一般采用液化氣或燃油點(diǎn)火加熱，點(diǎn)火系統(tǒng)由煤氣罐（柴油箱）、自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)、燃燒器組成。自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)有兩個(gè)溫度調(diào)節(jié)器，一個(gè)調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的溫度（最高溫度一般在出廠時(shí)已調(diào)好），另一個(gè)調(diào)節(jié)瀝青的溫度，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都調(diào)好后，燃燒器的火焰也保持恒定[5]。

在出料軟管部位采用發(fā)電機(jī)提供電源的電加熱系統(tǒng)，通過(guò)恒溫控制出料管中灌縫膠的溫度，避免灌縫膠在溫度較低時(shí)凝固、在溫度過(guò)高時(shí)燒焦老化，保證出料的順暢，同時(shí)還可以減少因?yàn)槔淠驅(qū)е氯斯で謇碥浌艿拇螖?shù)。電加熱出料軟管在結(jié)構(gòu)和材料上保證彎折度充分，滿(mǎn)足橫向、縱向裂縫的多項(xiàng)施工需求，滿(mǎn)足施工面積要求。

瀝青噴槍把加熱后的灌縫膠灌入縫中，一般為雙管循環(huán)回路，雙管循環(huán)回路是經(jīng)過(guò)三通閥后分兩路輸出，一路去料箱，一路去噴嘴。通過(guò)操縱手柄可控制填封料去向[6]，使加熱后的灌縫膠與預(yù)熱后的裂縫良好黏合，提高黏接效果，噴出的未進(jìn)入裂縫中的灌縫膠由回路管送回?zé)崛巯渲?。噴槍噴嘴可繞噴管轉(zhuǎn)動(dòng)，而噴管能繞轉(zhuǎn)管作萬(wàn)向運(yùn)動(dòng)，噴嘴可以繞自身軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)外，可以上下左右擺動(dòng)，可在縫槽的空間隨車(chē)架左右自由擺動(dòng)，自動(dòng)適應(yīng)裂縫的走向。

此外，灌縫機(jī)的PLC 控制系統(tǒng)主要由電源總成開(kāi)關(guān)、導(dǎo)熱油、密封膠、電加熱軟管、加熱溫控顯示器、瀝青泵開(kāi)關(guān)等組件組成，通過(guò)中控元件對(duì)加熱元件溫度檢測(cè)、物位檢測(cè)等進(jìn)行分析處理，根據(jù)控制要求輸出相應(yīng)的信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制灌縫機(jī)溫度和各項(xiàng)操作，達(dá)到節(jié)能降耗、提高作業(yè)效率、縮短作業(yè)時(shí)間的目的。

動(dòng)力及液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)發(fā)電機(jī)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，提供整機(jī)動(dòng)力和動(dòng)力傳遞系統(tǒng)，采用液壓驅(qū)動(dòng)方式給瀝青攪拌器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、瀝青泵驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、導(dǎo)熱油循環(huán)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)提供動(dòng)力[7]。

底盤(pán)系統(tǒng)是大型灌縫機(jī)主要的組成部分，一般有牽引式和自行式兩種。牽引式底盤(pán)在行駛及施工時(shí)需用機(jī)動(dòng)車(chē)牽引，牽引鉤一般采用可調(diào)節(jié)式。

3 灌縫機(jī)應(yīng)用

提高裂縫修補(bǔ)質(zhì)量，要了解裂縫形成機(jī)理，尋找抑制裂縫形成、擴(kuò)大的新技術(shù)；要分析選擇適宜裂縫修補(bǔ)灌縫膠；要完善施工工藝及施工條件；要選擇與作業(yè)匹配的施工設(shè)備，探討施工設(shè)備各部分功能、改進(jìn)性能。

3.1 灌縫工藝探討

灌縫工藝一般流程：灌縫前準(zhǔn)備→開(kāi)槽→清縫→烤縫→灌縫→檢查養(yǎng)護(hù)→開(kāi)放交通。

前期準(zhǔn)備需要檢查灌縫機(jī)確定技術(shù)狀況良好，根據(jù)道路交通情況按照要求，在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置明顯的道路安全標(biāo)志設(shè)施，施工人員穿戴安全防護(hù)服，按規(guī)定進(jìn)行交通疏導(dǎo)和安全管理。對(duì)于一些小的裂縫，在灌縫前應(yīng)先使用路面開(kāi)槽機(jī)沿放樣標(biāo)記，開(kāi)槽深度和寬度滿(mǎn)足工程規(guī)范要求。

清縫作業(yè)在必要時(shí)用鋼絲刷將附著在縫隙邊緣至少10 cm 范圍內(nèi)的雜物清除，再用空壓機(jī)的壓縮空氣對(duì)準(zhǔn)已開(kāi)好的溝槽進(jìn)行徹底吹掃，徹底將雜物清除干凈，包括松動(dòng)部分也要一并清除，否則灌縫膠黏附在松散的骨料上，導(dǎo)致黏附性差，在水、沙子、車(chē)輪等的作用下灌縫膠容易脫落，確保裂縫表面清潔無(wú)松動(dòng)，無(wú)粉塵，提高密封膠與路面的黏結(jié)度。

在裂縫及其周邊吹掃干凈后，用噴火槍進(jìn)行預(yù)熱烤縫，均勻烘烤裂縫直至作業(yè)規(guī)定溫度，為了均勻烘烤裂縫表面，可沿裂縫表面快速反復(fù)移動(dòng)噴火槍?zhuān)瑒?wù)必保證均勻烘烤而不至局部高溫破壞路面。地表溫度需達(dá)到20 ℃以上，使裂縫中的水汽蒸發(fā)，有利于路面與密封膠充分黏合。

裂縫表面烘烤完畢后，立即使用灌縫機(jī)對(duì)溝槽進(jìn)行灌注，要求用軟管?chē)婎^把灌縫膠充足、均勻地灌入封內(nèi)，裂縫表面兩側(cè)留寬度3～4 cm、厚度≤2 mm的封層，采取必要的防黏輪處理，使路面與密封膠更好黏合。

灌縫后檢查灌縫填充充分飽滿(mǎn)，表面平整，無(wú)顆粒狀膠粒。灌縫膠經(jīng)行車(chē)碾壓后不發(fā)生脫落變形，保持足夠彈性[8]。

最后在灌注材料表面上均勻撒布一層中粗砂，使密封膠加速吸附，防止流淌，保證作業(yè)面的性能及整體外觀。灌縫膠充分冷卻的情況下才能開(kāi)放交通，否則灌縫膠會(huì)被輪胎黏帶脫離路面。實(shí)施時(shí)可根據(jù)氣溫等情況確定。

3.2 灌縫機(jī)應(yīng)用探討

在瀝青路面灌縫作業(yè)中，灌縫機(jī)灌縫作業(yè)是其中重要環(huán)節(jié)，目前路面瀝青灌縫機(jī)種類(lèi)較多，使用正確方法才能發(fā)揮到極致，提高灌縫的質(zhì)量和效率。

3.2.1 環(huán)境溫度

在春秋季節(jié)氣溫7～18℃時(shí)，瀝青混凝土路面裂縫寬度達(dá)到較大值，裂縫相對(duì)比較穩(wěn)定，適宜對(duì)瀝青路面裂縫進(jìn)行處治，如我國(guó)北方地區(qū)可視情況選擇在春季3、4 月份和入冬10、11 月份晴朗天氣對(duì)路面裂縫進(jìn)行處治。

施工溫度是造成灌縫膠脫落的原因之一，當(dāng)溫度低到一定值就會(huì)降低密封材料的黏結(jié)力，容易脫落。當(dāng)路面整體溫度較低時(shí)，灌縫后的灌縫膠溫度下降較快，收縮明顯，降低灌縫膠與路面的黏結(jié)力。

3.2.2 灌縫膠性能

公路灌縫膠是由優(yōu)質(zhì)石油瀝青和其他多種高分子材料在特定的條件下聚合而成，使用時(shí)不需添加其它任何溶劑。選擇灌縫膠產(chǎn)品時(shí)應(yīng)根據(jù)不同路面施工情況，注意以下性能，黏結(jié)性強(qiáng)，不易被車(chē)帶走；彈性好，在低溫下仍能與裂縫黏結(jié)面保持一定的伸縮性和延展性；流動(dòng)性強(qiáng)，深處的細(xì)微裂縫亦能得到有效封閉；密封效果好，能有效阻止雨水對(duì)路面的危害；凝固時(shí)間短，有效提升施工效率；使用壽命長(zhǎng)，可提升路面使用壽命。其次不同的灌縫膠所允許的加熱溫度及成分不一致，不能混合一起使用，容易導(dǎo)致焦化或其他化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。

3.2.3 灌縫機(jī)選擇與操作

灌縫膠由于受高分子材料特性的影響，使用時(shí)需要在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)加熱才能達(dá)到良好效果，需要注意選擇符合技術(shù)性能參數(shù)要求的灌縫機(jī)，保證灌縫膠的最佳性能，提高施工質(zhì)量和效率。

操作人員必須熟悉灌縫作業(yè)的灌縫機(jī)結(jié)構(gòu)和規(guī)范操作要求，經(jīng)培訓(xùn)合格后才能上崗。例如工作時(shí)必須穿防護(hù)裝備；禁止在封閉的建筑內(nèi)或通風(fēng)不良的區(qū)域使用設(shè)備；正確檢查設(shè)備技術(shù)狀況，有磨損、擦傷、開(kāi)裂痕跡的軟管必須更換，發(fā)電機(jī)維護(hù)、導(dǎo)熱油更換時(shí)間等等，只有熟悉規(guī)范操作才能保證灌縫的質(zhì)量和提高灌縫的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

公路瀝青路面橫向、縱向裂縫出現(xiàn)后隨著路齡的增加，開(kāi)始出現(xiàn)大量支裂縫，若不及時(shí)修補(bǔ)會(huì)產(chǎn)生一系列問(wèn)題，對(duì)路面的危害性進(jìn)一步擴(kuò)大，因此裂縫修補(bǔ)是一項(xiàng)重要的主要的日常預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，在瀝青路面灌縫作業(yè)中，灌縫機(jī)的灌縫作業(yè)是其中重要環(huán)節(jié)，施工人員只有把握與灌縫的質(zhì)量密切相關(guān)的作業(yè)環(huán)境溫度要求、灌縫膠選擇、灌縫作業(yè)工藝要求，了解灌縫機(jī)結(jié)構(gòu)性能、掌握規(guī)范的操作，才能有效提高灌縫質(zhì)量和效率，有效提高公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和使用壽命。