低温状况下水泥混凝土路面填充料的选择

低温状况下水泥混凝土路面填充料的选择

陈宗桥仲兵兵曾斯亮

淮安市水利勘测设计研究院有限公司江苏淮安223005

摘要：水泥混凝土路面的填充料主要是为了将路面上存在的缝隙进行填补，以防路面的水下渗，导致路基和稳固性遭到破坏，并且也防止因路面缝隙过大，避免不了一些砂石陷入缝隙，影响混凝土板的伸张性能的发挥，避免当温度过高混凝土无法得到膨胀空间而造成路面破坏。据调查显示。10~15%的路面破坏都与填充料的损坏有直接联系，因此，提高填充料性能质量是避免路面损坏的主要因素之一，因而对路面填充料的选择至关重要。填充料的性能质量和耐久性直接影响水泥混凝土的正常使用状况和使用寿命。

关键词：低温；水泥混凝土路面；填充料；选择

1混凝土路面填充料的工作原理

1.1水密性工作原理

填缝料最主要的功能之一是防止路面水流入缝隙。因此填缝料必须具有适应混凝土板伸缩变形的回弹能力。

混凝土板变形主要分为湿胀干缩变形和热胀冷缩变形。在东北等寒冷气候下，雨雪历时长，长时间不融化，先期的雨雪融化水进入缝隙，经过漫长冬季冻胀，造成路面伤害较大，对填缝材料的选择尤为重要。

（1）湿胀干缩变形：自由变形时收缩值取0.15~0.2mm/m,若每块混凝土板取5m，则缩缝干缩裂缝宽度为0.1mm/m*5m=0.5mm。

（2）热胀冷缩变形：混凝土板的温度膨胀系数α与材料的配合比有关，一般规范取值为（0.6~1.2）*10-5/℃，自由变形时常数取为0.01mm/（m?℃）,考虑基层的摩擦力对混凝土板的摩阻作用，可取为0.005mm/(m?℃),则混凝土板最大收缩值=板长*施工期与冬季最大温差*α=5m*60℃*0.005mm/(m?℃)=1.5mm。

混凝土最大膨胀值=板长*施工期与夏季最大温差*α=5m*35℃*0.005mm/(m?℃)=0.88mm。

将两种因素叠加，混凝土板最大缩缝宽度=0.5+1.2=2.0mm。

根据以上计算，填缝材料在使用过程中需要具有0.88mm压缩量和2mm膨胀量即必须具有2mm以上的弹性恢复能力，确保混凝土路面在任何状况下充满缝隙，满足接缝密封的使用要求。

1.2硬物密封性工作原理

以阻止硬物掉入缝内为目的的密封和对水的密封同样重要，特殊情况尤为重要。填充料必须填满缝隙物理空间并且不陷落，必须有一定的强度不致使硬物侵入填充料内。

2混凝土路面填充料的分类及性能比较

2.1填充料的分类

查阅相关资料和文献，路面接缝填充料必须具备以下特点：

（1）、弹性好，能适应混凝土板频繁位移，且不传递内力；

（2）、粘结性强：能使填充料牢固填充在混凝土接缝内，避免脱落散失；

（3）、温度稳定性好：冬季低温不脆，夏季高温不流淌；

（4）、耐久性好：在行车作用和野外恶劣的气候条件下，填缝料能较长时间爆出良好的使用性能，具有耐磨、耐晒、耐水及耐酸碱腐蚀、抗老化等性能；

（5）为常温施工：施工方便，价格适中；

（6）、对环境无污染：必须具有环保性。

根据上述几项，常用填充料主要有：沥青橡胶混合料、聚氯乙烯胶泥、聚氨脂及氯丁橡胶嵌缝条和沥青橡胶嵌缝条。

随着近几年新材料新工艺不断涌现，公路用缝隙填充料性能也不断获得改善。沥青、PVC胶泥已属于淘汰产品，目前主要使用焦油型聚氨酯、聚氨酯、有机硅改性聚氨酯、有机硅890等。

2.2填缝料的性能比较

2.2.1弹性恢复率和针入度比较

弹性恢复率是指，反映填缝料产生的变形能否恢复的程度，用于作填充料的材料必须有很强的弹性恢复能力，否则板块膨胀、接缝收缩后填缝料就会高出路面，长期受到车轮的挤压和摩擦，寿命将会降低。

针入度是指利用标准圆锥体(一般共载重150克，也有规定100克的)在5秒钟内沉入保温在25℃时的润滑脂试样中的深度。单位是1/10毫米。针入度愈大表示润滑脂愈软，即稠度愈小;反之则表示润滑脂愈硬，即稠度愈大。针入度是评价材料的抗嵌入能力的指标。

通过查阅相关资料和试验成果，得出各种填缝料的两项指标如表1：

表1各种填充料弹性恢复率及针入度

由上表可以看出，聚氨酯型针入度最小，弹性恢复率最大，使用效果最好，改性聚氨酯型相差不大，基本能满足实际需求。而有机硅890型效果最差，基本达不到防水效果，抗嵌入能力也最差。

2.2.2老化对填充料拉伸强度和最大拉伸率的影响

老化对填充料影响较大，老化后拉伸强度衰减可达30%，对工程实际使用影响很大，选择不当造成材料失效过快，板块破坏。

通过对各种材料的试验资料分析，统计如下表2：

表2各种填充料老化前后拉伸强度和最大伸长率

由上表可以看出，焦油聚氨酯型、聚氨酯型抗老化差，性能保持率低，使用效果差，改性聚氨酯型老化前后性能保持率较高，达到82%以上，使用效果较好，基本能满足实际需求。而有机硅890型老化对其影响不大，性能衰减不足10%，工程使用效果最好。

3低温状况下填充料的选择

在我国绝大部分地区温度在-20~40℃之间，最冷为黑龙江省漠河县，冬季最冷月一般-40℃以下，最冷可达-72℃，在此温度范围内填充材料各方面性能变化不大，对材料的拉伸、老化等影响不大。北方低温天气对路面填充料的主要影响是路面缝隙宽度的变化，导致选择材料时优先选择符合当地温度的弹性恢复率材料。

根据相关材料物理、化学性质及施工使用、价格等方面比较，各种填充料有切点如下表3：

表3各种填充料优缺点比较

根据国家现行的《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTGTF30-2014）规定：严寒及寒冷地区宜采用低模量填缝料，严寒及寒冷地区宜使用70号石油沥青或SBS类I-C。

一般地区采用焦油聚氨酯型和聚氨酯型填充料可达实际需求，在较为寒冷的东北，收缩变形因施工时和最冷时气温变化较大，缝隙宽度最大，优先选用低模量改性聚氨酯型填充料。

4结束语

随着国内现今经济高速发展，而东北三省等北方地区经济增长速度不断下滑，在新一轮的基础建设中必将大放异彩，针对目前北方地区交通落后，高速公路、一级公路及以下公路保有率低下，公路交通将以来新一轮大发展。

在以后的道路工程设计中，应从公路全寿命期综合考虑问题，做到精细设计、施工，从各细节入手，充分采用“四高”，最大发挥公路的设计功能，在公路的设计、施工、运行、维护中创造有利条件，降低全寿命周期的成本投入，最大化的发挥工程效益。

参考文献

[1]马广泽.水泥混凝土路面填缝材料的分类及施工技术分析.民营科技2016年（3）：157.

[2]孙巍.水泥混凝土路面填缝材料的选用原则.黑龙江交通科技2006年（9）.