公路建養(yǎng)熱潮中的“冷料”

文/圖 廣西交科集團(tuán)有限公司 禤煒安 鄭振興 張洪剛

當(dāng)前，伴隨著交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)戰(zhàn)略的穩(wěn)步實(shí)施，國(guó)家“雙碳”目標(biāo)也正在加快實(shí)現(xiàn)，廣西壯族自治區(qū)成為首批交通強(qiáng)國(guó)和“雙碳”試點(diǎn)地區(qū)之一。乘著西部陸海新通道戰(zhàn)略的春風(fēng)，廣西占據(jù)著西部唯一的出海口區(qū)位優(yōu)勢(shì)，各行各業(yè)都齊頭奔向綠色環(huán)保的創(chuàng)新發(fā)展之路。

成品改性冷補(bǔ)料問(wèn)世

寬闊平坦的瀝青路面，為人們提供了安全舒適的出行體驗(yàn)。但突然出現(xiàn)的顛簸，往往讓人避無(wú)可避，嚴(yán)重影響了人們出行的安全感和舒適感。而導(dǎo)致顛簸的，正是瀝青路面普遍存在的病害——坑槽。

傳統(tǒng)坑槽的維修，一般采用熱拌瀝青混合料，只有在160攝氏度甚至更高的溫度條件下，瀝青路面才能順利碾壓成型。其所需的高溫條件具有眾多負(fù)面影響，例如消耗大量能源，產(chǎn)生大量的煙塵、廢氣及熱量等，不利于國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，因而在路面養(yǎng)護(hù)工程中受到諸多限制。然而，冷補(bǔ)技術(shù)在常溫環(huán)境下就可完成混合料的拌和、攤鋪、碾壓成型等各個(gè)環(huán)節(jié)的操作，施工簡(jiǎn)便，氣候適用性強(qiáng)，并且修補(bǔ)質(zhì)量較好，可快速開(kāi)放交通，符合國(guó)家綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和“雙碳”發(fā)展目標(biāo)。

為解決瀝青路面的坑槽缺陷及傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料應(yīng)用受限的痛點(diǎn)，聚焦攻堅(jiān)交通強(qiáng)國(guó)和新基建的各類技術(shù)難題，在廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《濕熱地區(qū)瀝青路面先進(jìn)綠色快速養(yǎng)護(hù)材料研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)》、廣西住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目《高粘耐磨冷拌冷鋪瀝青混合料關(guān)鍵技術(shù)及在市政道路快速養(yǎng)護(hù)工程的應(yīng)用示范》、廣西交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)科技項(xiàng)目《成品改性瀝青冷補(bǔ)料研發(fā)及路面坑槽低碳快速修補(bǔ)技術(shù)》等技術(shù)專項(xiàng)支持下，一種適用于路面養(yǎng)護(hù)維修工程的溶劑型瀝青冷補(bǔ)料問(wèn)世，打通了瀝青路面坑槽治理的“任督二脈”。

溶劑型瀝青冷補(bǔ)料通過(guò)有機(jī)溶劑與基質(zhì)瀝青物理混溶，相當(dāng)于采取外科手術(shù)的辦法調(diào)整結(jié)構(gòu)，為其冷補(bǔ)料改性改良，改變基質(zhì)瀝青固有的熱塑性，使其在常溫甚至低溫條件下具有足夠的可流動(dòng)性，增加了它的彈性和黏和度，讓坑槽無(wú)“坑”可“挖”，保持平坦。為提高冷補(bǔ)料最終的路用性能，溶劑型瀝青冷補(bǔ)料在制備過(guò)程中加入了高聚物改性劑，從而改善冷補(bǔ)料的高溫性能、水穩(wěn)性能等，讓其在高溫多雨等復(fù)雜氣候條件下不易損壞。

溶劑型瀝青冷補(bǔ)料由優(yōu)質(zhì)石料、稀釋瀝青、高聚物改性劑、抗剝落劑、其他添加劑等拌制而成，成為一種可常溫甚至低溫施工的復(fù)合型材料。冷補(bǔ)料碾壓成型后，其初始強(qiáng)度一般較低，在行車荷載和空氣的作用下，隨著該冷補(bǔ)瀝青的有機(jī)溶劑揮發(fā)，瀝青逐步變稠恢復(fù)半流體狀態(tài)，使冷補(bǔ)混合料顆粒之間的分布更加緊密，空隙率減小，礦料相互的黏結(jié)更牢固，從而實(shí)現(xiàn)冷補(bǔ)料的力學(xué)強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、使用耐久性等路用性能顯著提高。

實(shí)現(xiàn)低碳高效修補(bǔ)病害

溶劑型瀝青冷補(bǔ)料研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在調(diào)試、測(cè)試改性劑。

溶劑型瀝青冷補(bǔ)料黏附性等級(jí)測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過(guò)幾年的研發(fā)與迭代升級(jí)，溶劑型瀝青冷補(bǔ)料已廣泛應(yīng)用于各等級(jí)公路或市政公路的瀝青路面、水泥路面的坑槽、孔洞等病害修補(bǔ)，目前已在廣西南寧市定津路、外環(huán)高速等重要路段應(yīng)用實(shí)施，應(yīng)用反饋成效良好。

溶劑型瀝青冷補(bǔ)料可提前預(yù)制為成品料，施工時(shí)不需加熱，可減少燃料消耗和污染排放，相對(duì)于傳統(tǒng)熱拌工藝，每噸可減少碳排放12.6千克。同時(shí)，還能降低運(yùn)距限制，延長(zhǎng)路面養(yǎng)護(hù)成果，實(shí)現(xiàn)小面積坑槽、孔洞等病害的快速修補(bǔ)，壓實(shí)成型后即可開(kāi)放交通，在提升城市形象和提高道路服務(wù)水平方面發(fā)揮著重要作用。

黏附能力優(yōu) 形成路面有機(jī)體

冷補(bǔ)料的黏附性能體現(xiàn)了冷補(bǔ)料瀝青的膠結(jié)強(qiáng)度，是其將集料、礦粉等形成穩(wěn)定整體能力的體現(xiàn)?！稙r青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》（JTT 972-2015）要求冷補(bǔ)料的黏附性等級(jí)為最高級(jí)5級(jí)。

黏附性測(cè)試顯示，高溫水煮后的溶劑型瀝青冷補(bǔ)料仍保持完好的瀝青膜裹覆，完全達(dá)到了5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表現(xiàn)出優(yōu)異的黏附能力，能夠?qū)⒓?、礦粉等形成有機(jī)整體，有利于發(fā)揮冷補(bǔ)料的團(tuán)體力量。

力學(xué)強(qiáng)度高 提供強(qiáng)有力支撐

力學(xué)強(qiáng)度是冷補(bǔ)料的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，是冷補(bǔ)料制備技術(shù)“任督二脈”的核心要求之一，是一個(gè)杠桿和樞紐。在試驗(yàn)研究中，研發(fā)人員通常以馬歇爾穩(wěn)定度表征瀝青混合料的力學(xué)強(qiáng)度性能。馬歇爾穩(wěn)定度的大小直接影響開(kāi)放交通的時(shí)間和承載交通荷載的能力，與高溫車轍動(dòng)穩(wěn)定度呈正比，規(guī)范中要求冷補(bǔ)料成型馬歇爾穩(wěn)定度不小于3千牛，而溶劑型瀝青冷補(bǔ)料的馬歇爾成型強(qiáng)度可達(dá)到規(guī)范值的2倍以上，為實(shí)體質(zhì)量提供了有力保障。

“從嚴(yán)要求是我們技術(shù)團(tuán)隊(duì)的一貫作風(fēng)。在力學(xué)試驗(yàn)檢測(cè)方法上，JTT 972-2015推薦使用的是25攝氏度測(cè)試法，我們還驗(yàn)證了60攝氏度測(cè)試法，一方面向熱拌瀝青混合料的評(píng)價(jià)方法靠攏，另一方面也與夏季路面溫度更相符?！比軇┬蜑r青冷補(bǔ)料研發(fā)人員禤煒安闡述了這項(xiàng)工序的重要性。與此同時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)也主動(dòng)參與行業(yè)內(nèi)其他品牌冷補(bǔ)料的比對(duì)，采購(gòu)并測(cè)試了市場(chǎng)上主流的J品牌冷補(bǔ)料。

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，25攝氏度測(cè)試法條件下J品牌冷補(bǔ)料的馬歇爾穩(wěn)定度為3.46千牛，而溶劑型瀝青冷補(bǔ)料的為13.43千牛，力學(xué)強(qiáng)度提高4倍多。60攝氏度測(cè)試法J品牌冷補(bǔ)料無(wú)法測(cè)出馬歇爾穩(wěn)定度值，養(yǎng)護(hù)5分鐘試件松散碎裂，而溶劑型瀝青冷補(bǔ)料的為7.83千牛，遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范的3千牛，力學(xué)強(qiáng)度顯著提高。這為溶劑型瀝青冷補(bǔ)料的廣泛應(yīng)用提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

冷補(bǔ)料力學(xué)強(qiáng)度

水穩(wěn)定性好 有力避免水損害

由于冷補(bǔ)料材料性能的特殊性，在制備冷補(bǔ)瀝青時(shí)一般加入有機(jī)溶劑，使瀝青處于可流動(dòng)的狀態(tài)。而在冷補(bǔ)料強(qiáng)度形成過(guò)程中，需蒸發(fā)掉溶劑，使瀝青恢復(fù)半流體狀態(tài)。在雨天或潮濕等條件下，若冷補(bǔ)料中的溶劑未能及時(shí)蒸發(fā)，將極大影響冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)中以馬歇爾殘留穩(wěn)定度作為水穩(wěn)定性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，規(guī)范要求冷補(bǔ)料殘留穩(wěn)定度不小于85%。

為此，溶劑型瀝青冷補(bǔ)料研發(fā)團(tuán)隊(duì)以市場(chǎng)上的三種產(chǎn)品J品牌、L品牌、S品牌作為對(duì)比，分別測(cè)試?yán)溲a(bǔ)料的殘留穩(wěn)定度，試驗(yàn)溫度采用60攝氏度。

市場(chǎng)三種同類產(chǎn)品的馬歇爾穩(wěn)定度均小于3千牛，其中兩個(gè)廠家的產(chǎn)品在浸泡保溫過(guò)程中松散。溶劑型瀝青冷補(bǔ)料穩(wěn)定度為7.79千牛,殘留穩(wěn)定度為99%，性能較市場(chǎng)同類產(chǎn)品有明顯提高，遠(yuǎn)超同類產(chǎn)品。

儲(chǔ)存性能佳 預(yù)制成品有保障

為實(shí)現(xiàn)冷補(bǔ)料的提前成品預(yù)制和大規(guī)模工廠化生產(chǎn)，冷補(bǔ)料必須要有足夠的耐儲(chǔ)存性。溶劑型瀝青冷補(bǔ)料研發(fā)團(tuán)隊(duì)也注意到這個(gè)問(wèn)題，特別預(yù)制了一批冷補(bǔ)瀝青混合料，并密封常溫儲(chǔ)存。按照不同齡期0天、15天、1個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月分別取料觀察冷補(bǔ)料的施工性能，并制備馬歇爾試件，測(cè)試馬歇爾穩(wěn)定度值。通過(guò)定性和定量的分析方法評(píng)價(jià)冷補(bǔ)料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

馬歇爾穩(wěn)定度—儲(chǔ)存齡期的關(guān)系曲線圖

表1 冷補(bǔ)料殘留穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果

表1 冷補(bǔ)料殘留穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果

隨著儲(chǔ)存齡期的延長(zhǎng)，馬歇爾穩(wěn)定度總體是處于緩慢下降的趨勢(shì)，但衰減的幅度不大，并且觀察發(fā)現(xiàn)冷補(bǔ)料尚保持良好的施工和易性，未存在明顯的結(jié)團(tuán)硬化現(xiàn)象，這對(duì)項(xiàng)目實(shí)體應(yīng)用中，方便了工廠化生產(chǎn)和長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存。

設(shè)備工序一切從簡(jiǎn)從易

溶劑型瀝青冷補(bǔ)料使用非常方便，無(wú)論是對(duì)儀器設(shè)備還是施工工序，都是“一切從簡(jiǎn)”，不會(huì)對(duì)施工成本和開(kāi)放交通造成太大壓力，真正實(shí)現(xiàn)了快速維修、綠色環(huán)保的目的。

小型設(shè)備 便于操作

現(xiàn)場(chǎng)施工所需的儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，僅需要一些小型的儀器設(shè)備，包括小型壓實(shí)設(shè)備、路面切割機(jī)、電鎬、大功率吹風(fēng)機(jī)、鏟子、抹平推子、掃把等，可以說(shuō)是“小工業(yè)作坊”。

工序簡(jiǎn)單 施工高效

坑槽處理 為確保坑槽界面強(qiáng)度，同時(shí)提高路面的美觀性，一般選擇在修補(bǔ)前先開(kāi)挖。確定路面破損部分的邊界和深度，遵循“圓洞方補(bǔ)”的原則，在順路面行車方向畫出修補(bǔ)區(qū)的輪廓線，設(shè)定好切割深度，采用路面切割機(jī)沿邊線切割。然后采用風(fēng)鎬等破碎工具把修補(bǔ)區(qū)內(nèi)的舊瀝青混合料處理至破碎松散的狀態(tài)，以便清理。在坑槽開(kāi)挖時(shí)，每邊至少進(jìn)入完好路面3厘米左右。要求開(kāi)挖的坑槽壁面盡量保持與路平面垂直，坑槽底部平整、堅(jiān)實(shí)。

涂刷黏結(jié)劑 為提高修補(bǔ)材料與舊路面材料間的黏結(jié)性，應(yīng)該在攤鋪修補(bǔ)材料前向坑槽壁和底面噴涂一層黏結(jié)材料。對(duì)于面積較大的坑槽，一般采用氣壓或泵吸的方式，通過(guò)噴灑桿將黏結(jié)材料均勻地噴涂到壁面和底面上；面積較小的坑槽可直接通過(guò)人工用刷子把黏結(jié)材料均勻涂抹于壁面和地面。乳化型黏結(jié)材料的用量一般要求在每平方米0.6千克至0.8千克，不宜過(guò)多，否則黏結(jié)效果會(huì)降低。其他類型黏結(jié)材料應(yīng)根據(jù)廠家推薦使用或通過(guò)試驗(yàn)確定。在涂刷黏結(jié)材料時(shí)應(yīng)注意保持坑槽內(nèi)清潔，避免碎屑或雜物等落入坑槽。

天峨縣大橋路坑槽修補(bǔ)涂刷黏結(jié)劑環(huán)節(jié)

攤鋪 結(jié)合養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)區(qū)的面積選擇攤鋪方式，針對(duì)坑槽等局部修補(bǔ)工程，一般可采用人工方式攤鋪；若為較大范圍修補(bǔ)，應(yīng)采用攤鋪機(jī)攤鋪。攤鋪前，需要確定混合料的投料量。可測(cè)量坑槽的尺寸，計(jì)算其體積，再乘以混合料壓實(shí)成型后的密度，一般為每立方厘米2.35克，然后再得出混合料的質(zhì)量。將計(jì)量好的混合料投入到坑槽中攤鋪，攤鋪后的混合料要求中間處略高于四周并呈弧形。

壓實(shí) 當(dāng)坑槽深度大于6厘米時(shí)，應(yīng)采用分層攤鋪逐層壓實(shí)的方式?；旌狭蠑備佌胶?，必須充分壓實(shí)混合料，建議采用平板夯實(shí)機(jī)或小型壓力機(jī)壓實(shí)，小面積的坑槽可人工夯實(shí)。應(yīng)從邊部向中間壓實(shí)，并連續(xù)向邊緣移動(dòng)壓實(shí)，每次需重疊壓實(shí)一定寬度?；旌狭蠅簩?shí)后應(yīng)略高于原路面。隨著水分的不斷蒸發(fā)，在車輛荷載的作用下，混合料更加密實(shí)，最終高度與原路面持平。

封邊處理 為提高新舊材料的黏結(jié)性及防止接縫處進(jìn)水，混合料壓實(shí)后應(yīng)對(duì)新舊材料的接縫處實(shí)施封邊，封邊材料可采用改性乳化瀝青或熱瀝青等。

南寧市外環(huán)高速坑槽修補(bǔ)施工效果

開(kāi)放交通 坑槽修補(bǔ)完畢，現(xiàn)場(chǎng)清理干凈后，即可開(kāi)放交通。

自2020年在南寧市振興路鋪筑第一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)開(kāi)始，已陸續(xù)在南寧市定津路、南寧市外環(huán)高速、天峨縣大橋路等路面養(yǎng)護(hù)維修工程實(shí)施了標(biāo)準(zhǔn)化鋪筑，實(shí)現(xiàn)了路面坑槽的快速低碳修復(fù)，總體應(yīng)用效果良好，最長(zhǎng)的試驗(yàn)點(diǎn)使用了1年半后，仍未見(jiàn)明顯病害。

未來(lái)冷料發(fā)展路在何方

“盡管溶劑型瀝青冷補(bǔ)料有了階段性成果，但瀝青冷補(bǔ)料的整個(gè)技術(shù)體系仍有需要完善之處，并且隨著道路需求的日益提高，對(duì)材料性能也有了新的要求?！比軇┬蜑r青冷補(bǔ)料研發(fā)人員張洪剛介紹。未來(lái)，溶劑型瀝青冷補(bǔ)料在以下方面還有研究和提升的空間。

實(shí)施多組分配伍性調(diào)控技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)冷補(bǔ)料可儲(chǔ)存性延長(zhǎng)、路用性能提高，需要在冷補(bǔ)瀝青或冷補(bǔ)瀝青混合料制備過(guò)程中添加多種添加劑、改性劑或助劑等，如何提高多組分材料的配伍性是實(shí)現(xiàn)研發(fā)目標(biāo)的難題。

提升初始強(qiáng)度

初始強(qiáng)度是冷補(bǔ)料的重要技術(shù)性能。始強(qiáng)度的不足一方面將影響開(kāi)放交通時(shí)間，另一方面將導(dǎo)致路面在車輛荷載作用下極易產(chǎn)生早期病害。根據(jù)前期調(diào)研，市場(chǎng)上的冷補(bǔ)料初始強(qiáng)度普遍偏低，一些產(chǎn)品通過(guò)添加改性劑材料，初始強(qiáng)度得到一定的改善，但同時(shí)也犧牲了成品料的耐儲(chǔ)存性。因此，如何平衡與協(xié)調(diào)兩者性能之間的矛盾仍需要進(jìn)一步深入研究。

多場(chǎng)耦合性能提升技術(shù)

現(xiàn)行規(guī)范中提出的技術(shù)指標(biāo)要求，主要是在單一因素條件下測(cè)試得出，但實(shí)際應(yīng)用中冷補(bǔ)料均是在氣溫-水-荷載-紫外線等多場(chǎng)耦合條件下進(jìn)行工作和響應(yīng)。目前針對(duì)冷補(bǔ)料多場(chǎng)耦合性能的研究還不多，有必要針對(duì)這一技術(shù)實(shí)施專題研究。