李 峰，黄颂昌，徐 剑

（交通运输部公路科学研究所 道路结构与材料交通行业重点实验室，北京100088）

我国高等级公路沥青路面普遍采用加热型密封胶进行开槽灌缝处理裂缝，采用的密封胶来源广泛，但使用效果不尽理想［1］.为此，交通运输部在2009年颁布了《路面橡胶沥青灌缝胶》（JT／T 740－2009）［2］，为规范我国沥青路面加热型密封胶的质量提供了技术标准.该标准参考ASTM D5329［3］提出了锥入度、软化点、流动、弹性和低温拉伸等5 个评价指标.经过三年多的应用，证实该标准可以有效地区分不同密封胶的性能，为规范我国密封胶质量，提高密封胶的路用性能起到了积极的促进作用.但是，JT／T 740标准的部分内容仍然存在一些争议和不足之处.本文通过大量的密封胶性能评价试验，提出了更为合理的加热型密封胶性能评价方法和技术要求，为标准的修订提供技术参考.

1 高温性能的评价指标

JT／T 740标准中，软化点和流动试验都用于评价密封胶的高温性能.软化点采用环与球法，是常规的试验方法，试验仪器在我国具有广泛的普及率.流动试验如图1所示，需要专门的测试级镀锡板，试验模具需要自行加工制作，相对比较麻烦.因此，国内很多沥青实验室提出是否可以取消流动试验，仅用软化点试验评价密封胶的高温性能.为此，本文分析了密封胶的软化点和流动试验结果.采用的密封胶样品是标准实施以来实验室接收送样检测的国内常用的20种密封胶，编号为：H1～H20.

将软化点和流动试验的结果输入统计分析软件中进行Pearson相关性分析，可得软化点与流动值的相关性分析图（图2），图中线性回归方程为y＝－0.197x＋20.437.相关性分析结果表明，软化点和流动值的相关系数r＝－0.757，使相关系数为0的假设检验成立的概率P＝0.000，在α＝0.01 水平（双侧）上显著相关.分析结果表明软化点试验和流动试验具有相关性，因此，同时采用软化点和流动试验评价高温性能的必要性不大，可以取消流动试验.

2 拉伸试件的混凝土块

2.1 试验方案及结果

低温性能是密封胶的关键性能，JT／T 740参照ASTM D5329制订了低温拉伸试验，拉伸试件采用的是水泥混凝土模块，ASTM D1985［4］给出了水泥混凝土模块的制作标准.但是，国内同行对此常有这样的质疑：采用水泥混凝土模块所得试验结果能否反映沥青路面加热型密封胶的性能，为何不直接采用沥青混凝土模块？为此，本文分别制作了水泥混凝土模块和沥青混凝土模块，在相同条件进行低温拉伸试验，以比较两者的异同.水泥混凝土按照JT／T 740制作，采用标号32.5的普通硅酸盐水泥和石灰岩集料.沥青混凝土采用AC－13中值级配，90 号基质沥青，与水泥混凝土块同一料源的石灰岩集料.

由于国内多数密封胶的低温性能较差，很多密封胶的低温拉伸量仅在0～3 mm［5］，达不到行业标准的要求，对于这些低温拉伸量很小的密封胶，进行对比试验的意义不大.因此，在上述20 种密封胶样品中，挑选了8种低温性能较好的样品（编号分别为H4、H5、H6、H7、H9、H10、H11和H12），分别进行了拉伸循环试验（50%拉伸量，三次循环）以及一次拉伸试验（一次拉伸直至试件破坏），所得试验结果见表1.

表1 两种拉伸试件的低温拉伸试验结果Tab.1 Results of bond test for two types bond specimens

2.2 双因素方差分析

为分析不同模块对拉伸试验结果的影响，需要对试验数据进行方差分析.方差分析是检验多个样本均数间差异是否具有统计意义的一种方法［6］.在本文中，需要考察的是不同模块对拉伸实验结果的影响.有2个因素：模块和密封胶，模块有2个水平：水泥混凝土块和沥青混凝土块，密封胶有8个水平：高温型H4和H5、普通型H10和H12、低温型H6和H11，严寒型H7 和H9，每一次处理情境中有3次重复测量.

表1中，所有样品都通过了拉伸循环试验，因此没有体现出水泥模块和沥青模块之间的差异.密封胶样品H4、H5和H10的一次拉伸试验均超过了60 mm，接近了拉伸设备的最大行程，也没有体现水泥模块和沥青模块之间的差异.其余5种密封胶样品的一次拉伸试验表现了不同的最大拉伸量，将这5种密封胶的一次拉伸试验结果输入统计分析软件中进行重复测量数据的双因素方差分析，结果见表2.表中，误差来源“模块＊密封胶”表示模块与密封胶的交互效应引起的误差，F值是组间均方与组内均方的比值，p值是观测得到的显著性水平.

表2的双因素方差分析显示：不同模块之间不存在显著性差异，p＝0.566＞0.05.分析认为，这是由于模块切割面的大部分截面是同一料源的石灰岩集料，这部分的截面与密封胶的粘结能力是相当的；不同密封胶之间存在显著的主效应，p＝0.009＜0.05.表明不同密封胶的低温拉伸试验结果有显著差异，即不同密封胶具有不同的低温性能，这是显而易见的结果；模块与密封胶之间不存在显著的交互效应，p＝0.969＞0.05.

表2 双因素方差分析结果Tab.2 Results of two－factor analysis of variance

JT／T 740采用水泥混凝土模块的目的是为了与国际标准（ASTM D1985）接轨，便于国内外材料评价结果之间的比较.分析结果表明JT／T 740标准采用水泥混凝土模块所得试验结果与采用沥青混凝土模块基本一致.这一结论也可由表2的拉伸循环试验结果（均为通过）和密封胶样品H4、H5和H10的一次拉伸试验结果（均为大于60mm）作为傍证.

本文出于以下两点考虑，建议JT／T 740标准下次修订时改用沥青混凝土模块：

（1）试件的标准化

国内大部分的沥青及沥青混合料实验室均不具备制作水泥混凝土模块所需的水泥混凝土标准养生室条件，而制作沥青混凝土模块所需要的沥青、集料、车辙成型仪及切割机等条件比较容易获得.因此，水泥混凝土模块的制作难度远大于沥青混凝土模块，采用沥青混凝土模块有利于在我国推广普及沥青路面加热型密封胶的性能评价试验.

（2）符合实际应用情况

尽管不同模块对低温拉伸试验结果的影响不显著，但方差分析结果的不显著不代表没有差异.在这种情况下，采用与沥青路面同类型的沥青混凝土材料进行试验更能反映加热型密封胶的路用性能.

3 低温性能的评价

3.1 裂缝运动观测

沥青路面裂缝随着路面温度变化而产生运动，显然，路面温度越低，裂缝扩张量越大.这表明，使用地区的气温越低，密封胶的试验温度应越低，并且拉伸量要求应越高.这也是北方地区密封胶冬季失效现象突出的主要原因，材料在低温条件下变脆，与此同时，裂缝的扩张量增大.

本文在北京和乌鲁木齐进行了沥青路面裂缝运动的长期观测.观测方法如图3所示，在裂缝两侧各埋一枚钢钉，定期用游标卡尺测两钢钉之间的距离，同时记录路面温度，观测频率为每月2～3次.在北京地区某条沥青路面上进行为期一年的观测，测得运动量和路面温度如图4所示.图中显示了该路段6条典型横向裂缝（编号A～F）的运动量与路面温度曲线.裂缝运动量的计算规则为，一年内两个钢钉之间的最小宽度记为初始运动量0，其余时间的裂缝运动量为两钢钉间的宽度与最小宽度的差值.

3.2 观测结论

（1）路面温度在0 ℃以上的区间，裂缝运动量比较小，在此区间的裂缝运动可以忽略不计.理论分析认为：沥青混凝土是黏弹性材料，温度越低，越接近于弹性材料，随温度变化的线收缩性表现越明显；温度越高，越接近于黏性材料，随温度变化的线收缩性表现越不明显.观测结果与理论分析一致.

（2）路面温度在0 ℃以下的区间，裂缝运动量随温度变化而产生明显变化.实测中，北京地区极端路面最低温度在－10 ℃上下，最大裂缝运动量为7.10 mm；路面温度在0 ℃上下时，最大裂缝运动量为3.73mm.新疆地区极端最低温度可达－30 ℃以下，实测最大裂缝运动量为13.59 mm.由此，本文据沥青路面裂缝运动实测情况，拉伸量适当大于实测最大裂缝运动量并取整后，提出如下4种类型密封胶的拉伸量要求，分别为：0 ℃，25%（3.75mm）；－10℃，50%（7.5mm）；－20 ℃，75%（11.25mm）；－30℃，100%（15mm）.标准拉伸试件采用沥青混凝土模块，密封胶宽度为15mm.

4 加热型密封胶的技术要求

4.1 技术要求的修正

根据上述分析，本文提出了修正的评价指标及技术要求（表3）.

表3 加热型密封胶的评价指标及技术要求的修正Tab.3 Revision of evaluation index and technical requirements for hot－applied sealant

与现行行业标准JT／T 740的评价指标及技术要求相比较，表3有以下几点变化：

（1）取消了流动试验，只采用软化点评价密封胶的高温性能，弹性试验的技术要求保持不变，低温拉伸试验采用沥青混凝土模块.

（2）锥入度的技术要求有所变化.锥入度是一个重要的评价指标，JT／T 740标准的要求是：高温型≤50，普通型30～70，低温型50～90，严寒型70～150.实验证明，JT／T 740 标准的锥入度要求偏低，处于锥入度下限的材料往往偏硬，不能满足相应的低温拉伸试验要求，因此对高温型的上限、普通型和低温型的上下限、严寒型的下限均提高了20个锥入度单位.表3的锥入度要求的密封胶较JT／T 740标准的密封胶更软，有利于获得更好的低温性能.

（3）4种类型密封胶的低温拉伸试验的拉伸量要求分别为25%、50%、75%和100%，试验温度越低，拉伸量要求越高，符合路面裂缝运动规律.与JT／T 740标准相比，对密封胶的低温性能提出更高的要求.

4.2 基于性能的技术要求

以上提出了更符合实际路面使用性能的加热型密封胶的修正技术要求，可作为JT／T 740行业标准修订时参考.同时，本文提出密封胶材料选择的理想境界是根据所在地区的性能要求选择材料：当使用地区有统计或实测的路面温度、路面裂缝运动量和裂缝开槽宽度数据，及对使用年限有要求时，可采用当地实际情况确定试验条件（试验温度、拉伸量、拉伸循环次数和试件宽度），进行低温拉伸试验.

例如，东北某地区极端最低路面温度达－35℃，裂缝年最大运动量为20mm，为了适应这种极端温度和大运动量的情况，开槽宽度为20mm 以提供更大的容胶空间，要求质保期为5年，则可进行如下低温拉伸试验：试验温度－35 ℃，试件宽度20mm，拉伸量20mm（试件宽度的100%），拉伸循环5次.反之，如果海南等地区经过实测认为裂缝年最大运动量基本为0，则可以不进行低温拉伸试验.根据所在地区的气候条件和路面情况，选择理想的密封胶，有望实现理想的裂缝修补效果.

5 结论

（1）对20种密封胶样品的软化点和流动试验结果进行了相关性分析，发现两者具有相关性，因此建议弃用流动试验，只采用软化点试验评价密封胶的高温性能.

（2）修正了原标准锥入度的技术要求.高温型的上限、普通型和低温型的上下限、严寒型的下限均提高了20个锥入度单位.修正后的密封胶较原要求的密封胶更软，有利于获得更好的低温性能.

（3）进行了8种密封胶的不同模块条件下的低温拉伸对比试验，对其中5种密封胶进行了双因素方差分析，结果显示不同模块之间不存在显著性差异，为试件标准化和符合实际应用情况，建议改用沥青混凝土模块制作低温拉伸试件.

（4）根据沥青路面裂缝运动量实测结果，提出了4种类型密封胶的低温拉伸试验的拉伸量要求分别为：高温型，25%；常温型，50%；低温型，75%；严寒型，100%.同时，建议可根据所在地区的性能要求确定低温拉伸试验的试验条件.

［1］ 高建立，李林，宁杰，等.道路高分子聚合物密封胶低温性能实验方法研究［J］.公路交通科技应用技术版，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］ 中华人民共和国交通运输部.JT／T740—2009路面橡胶沥青灌缝胶［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，黄颂昌，徐剑，等.沥青路面密封胶性能评价与技术要求［J］.交通运输工程学报，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.统计学［M］.5版.北京：机械工业出版社，2009.Mendenhall W，Sincich T.Statistics for engineers and the sciences［M］.5th ed.Beijing：China Machine Press，2009.