公路沥青路面灌缝机应用探讨★

姜 婷

（山西工程科技职业大学智能制造学院， 山西 晋中 030031）

0 引言

截至2022 年末，我国路网总里程达535.48 万km，居于世界前列。公路养护里程535.03 万km，占公路里程比重的99.9%[1]。在公路沥青路面病害中，裂缝是其早期最常见的病害之一。灌缝技术是路面裂缝预防性养护技术中最常用的处理技术，涵盖了灌缝材料、灌缝设备和灌缝工艺等方面内容[2]。

国外的灌缝技术比较成熟，灌缝机产品研发也较完善，如美国Ceafco 公司、加拿大Susteg 公司等，很多公司产品系列化，不同公司的产品加热、驱动、流量控制等也有所不同。我国随着公路尤其是高等级公路的迅猛发展，对养护技术和养护设备的要求也越来越高，在历经设备引进和产品自主研发后，有力推进了我国公路养护机械化技术的快速发展[3]。

1 沥青路面裂缝特征及危害

裂缝是高速公路早期最常见、最易发生的病害之一，沥青路面裂缝破损按几何形状特征分别有龟裂、横向裂缝、纵向裂缝、块状裂缝等，其中以横向裂缝、纵向裂缝等线状裂缝最为常见。

裂缝伴随着沥青路面的整个使用期，促使沥青路面产生裂缝的因素主要由设计参数的选用、沥青路面结构、施工材料（如沥青混合料质量、基层材料等）、施工工艺、地质条件、气候条件（特别是温差较大的地区更为明显）、交通荷载（如行车速率、车辆超载等）、养护工艺等诸多因素造成的。沥青路面裂缝产生后如果不及时维护，就会伴随着时间的推移逐渐扩展和加重。在裂缝初期，雨水通过裂缝进入基层，在行车载荷作用下形成的动力水对其结构进行冲刷后，裂缝会不断地逐渐加宽加深，造成路面结构破坏，致使沥青路面产生龟裂、坑槽、唧泥等一系列严重病害，不仅影响路面美观和行车的舒适和安全性，降低沥青路面的服务水平，而且缩短沥青路面的使用寿命，甚至危及行车安全[4]。

2 灌缝机结构分析

2.1 灌缝机概述

灌缝机属于路面机械，是现代灌缝技术的常用设备，也是路面裂缝养护的核心设备。沥青灌缝机的灌缝作业是整个路面补缝作业的一个环节，在对沥青路面裂缝进行开槽、清理、加热步骤后，把加热加压后的灌缝胶均匀充分地灌入裂缝后，酌情撒布石屑，完成灌缝作业。

沥青灌缝机按照行驶方式不同可分为手推式、拖式和自行式，手推式灌缝机体积小、质量轻、结构简单、移动及操作方便，能够实现灌缝胶全程加热；拖式灌缝机结构相对较为简单，使用时须配备牵引动力；自行式灌缝机将所有装置放在一个底盘上，一般是液压驱动，行走灵活。

按照热熔箱容积不同主要有小型灌缝机、中大型灌缝机。小型灌缝机一般用于简单的道路灌缝作业，大型沥青灌缝机主要用于高速公路、市政等大工程量工程，我国常见的沥青灌缝机规格型号有200 L、350 L、500 L 等，目前灌缝机技术趋向于包括清缝、加热裂缝等功能齐全的大型灌缝机，相比于小型手推式灌缝机来说，大型灌缝机结构更加复杂。

2.2 灌缝机结构

沥青灌缝机遵循灌缝作业质量佳、效率高、环保、节能的技术要求。不同灌缝机在结构上有所不同，一般包括动力源、底盘、加热保温系统、温度控制装置、液压泵送系统等。

灌缝机的加热系统是灌缝机非常重要的配置，关系到灌缝胶的融化性能和灌缝的质量和效率。加热系统主要由燃烧器和热熔箱组成，沥青热熔箱的作用是提供符合灌缝技术要求的灌缝胶，一是灌缝胶的温度符合要求，二是灌缝胶融化均匀，三是灌缝胶不发生焦化。为防止灌缝胶的温度过高或局部温度过高发生焦化，沥青热熔箱采用加热炉加热导热油，导热油加热灌缝胶的间接加热方式。导热油和灌缝胶中的温度传感器时时把检测信号反馈到控制面板，通过数显式温控装置实现温度自动调节，控制灌缝胶的加热温度，提高施工进度和灌缝质量。在热熔箱内部配置由液压马达驱动的搅拌器及导热盘管，在灌缝胶稀化时，启动搅拌器，对灌缝胶进行搅拌保证受热均匀、快速融化。导热油循环，箱内融化后的灌缝胶由沥青泵加压，通过出料软管、出料口灌入裂缝。通过沥青泵加压输出灌缝胶，流量速度可调节，并且由于压力注射式使得灌缝胶和裂缝壁结合更紧密。沥青热熔箱外层一般为高性能保温材料，可有效降低热量的散失。

目前，导热油的加热一般采用液化气或燃油点火加热，点火系统由煤气罐（柴油箱）、自动点火系统、燃烧器组成。自动点火系统有两个温度调节器，一个调节导热油的温度（最高温度一般在出厂时已调好），另一个调节沥青的温度，两个调节器都调好后，燃烧器的火焰也保持恒定[5]。

在出料软管部位采用发电机提供电源的电加热系统，通过恒温控制出料管中灌缝胶的温度，避免灌缝胶在温度较低时凝固、在温度过高时烧焦老化，保证出料的顺畅，同时还可以减少因为冷凝原因导致人工清理软管的次数。电加热出料软管在结构和材料上保证弯折度充分，满足横向、纵向裂缝的多项施工需求，满足施工面积要求。

沥青喷枪把加热后的灌缝胶灌入缝中，一般为双管循环回路，双管循环回路是经过三通阀后分两路输出，一路去料箱，一路去喷嘴。通过操纵手柄可控制填封料去向[6]，使加热后的灌缝胶与预热后的裂缝良好黏合，提高黏接效果，喷出的未进入裂缝中的灌缝胶由回路管送回热熔箱中。喷枪喷嘴可绕喷管转动，而喷管能绕转管作万向运动，喷嘴可以绕自身轴线转动外，可以上下左右摆动，可在缝槽的空间随车架左右自由摆动，自动适应裂缝的走向。

此外，灌缝机的PLC 控制系统主要由电源总成开关、导热油、密封胶、电加热软管、加热温控显示器、沥青泵开关等组件组成，通过中控元件对加热元件温度检测、物位检测等进行分析处理，根据控制要求输出相应的信号，可以实现自动控制灌缝机温度和各项操作，达到节能降耗、提高作业效率、缩短作业时间的目的。

动力及液压驱动系统通过发电机和液压传动系统，提供整机动力和动力传递系统，采用液压驱动方式给沥青搅拌器驱动马达、沥青泵驱动马达、导热油循环驱动马达提供动力[7]。

底盘系统是大型灌缝机主要的组成部分，一般有牵引式和自行式两种。牵引式底盘在行驶及施工时需用机动车牵引，牵引钩一般采用可调节式。

3 灌缝机应用

提高裂缝修补质量，要了解裂缝形成机理，寻找抑制裂缝形成、扩大的新技术；要分析选择适宜裂缝修补灌缝胶；要完善施工工艺及施工条件；要选择与作业匹配的施工设备，探讨施工设备各部分功能、改进性能。

3.1 灌缝工艺探讨

灌缝工艺一般流程：灌缝前准备→开槽→清缝→烤缝→灌缝→检查养护→开放交通。

前期准备需要检查灌缝机确定技术状况良好，根据道路交通情况按照要求，在施工现场设置明显的道路安全标志设施，施工人员穿戴安全防护服，按规定进行交通疏导和安全管理。对于一些小的裂缝，在灌缝前应先使用路面开槽机沿放样标记，开槽深度和宽度满足工程规范要求。

清缝作业在必要时用钢丝刷将附着在缝隙边缘至少10 cm 范围内的杂物清除，再用空压机的压缩空气对准已开好的沟槽进行彻底吹扫，彻底将杂物清除干净，包括松动部分也要一并清除，否则灌缝胶黏附在松散的骨料上，导致黏附性差，在水、沙子、车轮等的作用下灌缝胶容易脱落，确保裂缝表面清洁无松动，无粉尘，提高密封胶与路面的黏结度。

在裂缝及其周边吹扫干净后，用喷火枪进行预热烤缝，均匀烘烤裂缝直至作业规定温度，为了均匀烘烤裂缝表面，可沿裂缝表面快速反复移动喷火枪，务必保证均匀烘烤而不至局部高温破坏路面。地表温度需达到20 ℃以上，使裂缝中的水汽蒸发，有利于路面与密封胶充分黏合。

裂缝表面烘烤完毕后，立即使用灌缝机对沟槽进行灌注，要求用软管喷头把灌缝胶充足、均匀地灌入封内，裂缝表面两侧留宽度3～4 cm、厚度≤2 mm的封层，采取必要的防黏轮处理，使路面与密封胶更好黏合。

灌缝后检查灌缝填充充分饱满，表面平整，无颗粒状胶粒。灌缝胶经行车碾压后不发生脱落变形，保持足够弹性[8]。

最后在灌注材料表面上均匀撒布一层中粗砂，使密封胶加速吸附，防止流淌，保证作业面的性能及整体外观。灌缝胶充分冷却的情况下才能开放交通，否则灌缝胶会被轮胎黏带脱离路面。实施时可根据气温等情况确定。

3.2 灌缝机应用探讨

在沥青路面灌缝作业中，灌缝机灌缝作业是其中重要环节，目前路面沥青灌缝机种类较多，使用正确方法才能发挥到极致，提高灌缝的质量和效率。

3.2.1 环境温度

在春秋季节气温7～18℃时，沥青混凝土路面裂缝宽度达到较大值，裂缝相对比较稳定，适宜对沥青路面裂缝进行处治，如我国北方地区可视情况选择在春季3、4 月份和入冬10、11 月份晴朗天气对路面裂缝进行处治。

施工温度是造成灌缝胶脱落的原因之一，当温度低到一定值就会降低密封材料的黏结力，容易脱落。当路面整体温度较低时，灌缝后的灌缝胶温度下降较快，收缩明显，降低灌缝胶与路面的黏结力。

3.2.2 灌缝胶性能

公路灌缝胶是由优质石油沥青和其他多种高分子材料在特定的条件下聚合而成，使用时不需添加其它任何溶剂。选择灌缝胶产品时应根据不同路面施工情况，注意以下性能，黏结性强，不易被车带走；弹性好，在低温下仍能与裂缝黏结面保持一定的伸缩性和延展性；流动性强，深处的细微裂缝亦能得到有效封闭；密封效果好，能有效阻止雨水对路面的危害；凝固时间短，有效提升施工效率；使用寿命长，可提升路面使用寿命。其次不同的灌缝胶所允许的加热温度及成分不一致，不能混合一起使用，容易导致焦化或其他化学反应现象。

3.2.3 灌缝机选择与操作

灌缝胶由于受高分子材料特性的影响，使用时需要在规定的温度范围内加热才能达到良好效果，需要注意选择符合技术性能参数要求的灌缝机，保证灌缝胶的最佳性能，提高施工质量和效率。

操作人员必须熟悉灌缝作业的灌缝机结构和规范操作要求，经培训合格后才能上岗。例如工作时必须穿防护装备；禁止在封闭的建筑内或通风不良的区域使用设备；正确检查设备技术状况，有磨损、擦伤、开裂痕迹的软管必须更换，发电机维护、导热油更换时间等等，只有熟悉规范操作才能保证灌缝的质量和提高灌缝的效率。

4 结语

公路沥青路面横向、纵向裂缝出现后随着路龄的增加，开始出现大量支裂缝，若不及时修补会产生一系列问题，对路面的危害性进一步扩大，因此裂缝修补是一项重要的主要的日常预防性养护工作，在沥青路面灌缝作业中，灌缝机的灌缝作业是其中重要环节，施工人员只有把握与灌缝的质量密切相关的作业环境温度要求、灌缝胶选择、灌缝作业工艺要求，了解灌缝机结构性能、掌握规范的操作，才能有效提高灌缝质量和效率，有效提高公路沥青路面养护质量和使用寿命。