反應型瀝青冷補料制備與性能研究

盛興躍，李　睿，李　璐，吳雪柳

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶　401336)

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反應型瀝青冷補料制備與性能研究

盛興躍，李睿，李璐，吳雪柳

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶401336)

摘要：針對現(xiàn)有瀝青冷補料僅用作坑槽的應急性修補、耐久性差的缺點，開發(fā)了一種反應型聚氨酯瀝青冷補料。對該瀝青冷補料進行粘聚性試驗、高低溫性能試驗、耐水性試驗及耐久性試驗，并將其應用于實際工程中。試驗結(jié)果表明，反應型瀝青冷補料具有優(yōu)異的路用性能和使用耐久性。

關(guān)鍵詞：坑槽修補；聚氨酯預聚體；反應型瀝青冷補料；耐久性；施工工藝

瀝青路面由于噪音低、行車舒適以及養(yǎng)護方便等優(yōu)點，在國內(nèi)外公路建設中得到十分廣泛的應用。瀝青路面在使用過程中，由于氣候、交通等多種原因，易出現(xiàn)車轍、松散、裂縫、坑槽等病害。路面病害不僅會影響道路正常使用、降低道路服務壽命，甚至會導致交通事故發(fā)生[1-3]。因此，對于路面出現(xiàn)的坑槽、破損需要及時加以修補。

目前，采用傳統(tǒng)熱態(tài)法修補坑槽技術(shù)較為成熟，但其在低溫或雨天都不能正常用于施工，且也難以適應工程量小、地點分散的坑槽修補。瀝青冷補料較好地彌補了熱態(tài)法的不足，其可滿足全天候的施工需求，減少能源消耗及對環(huán)境的污染，故在道路養(yǎng)護方面的應用逐年增加[4-6]。常用瀝青冷補料以稀釋瀝青或乳化瀝青為膠結(jié)料[2,7]，而為了滿足瀝青冷補料的儲存性能及施工和易性，冷補料往往不能快速形成強度，在開放交通后，容易再次出現(xiàn)松散、脫落等病害，使用耐久性較差。因此，瀝青冷補料多用于路面坑槽的應急性修復材料[8]。

為解決瀝青冷補料耐久性差的問題，筆者對冷補料進行了系統(tǒng)、深入的研究。本文介紹將自主研發(fā)的聚氨酯預聚體瀝青冷補液與礦料拌和制備瀝青冷補料，并通過相關(guān)試驗來測試其路用性能。

1試驗部分

1.1試驗原料

1.1.1反應型瀝青冷補液研制

反應型瀝青冷補液由基質(zhì)瀝青、稀釋劑及反應型聚氨酯預聚體按一定比例配制而成。

1.1.2集料

集料采用玄武巖或石灰?guī)r礦料，其級配范圍符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中LB-10和LB-13的要求，見表1。

表1　冷補瀝青混合料礦料級配

1.2試驗方法

1.2.1樣品制備

將基質(zhì)瀝青加熱至120～140 ℃，按比例加入稀釋劑并攪拌均勻，得到稀釋瀝青；在稀釋瀝青中加入一定比例的預聚體并攪拌均勻，即制得冷補液。將冷補液與集料進行拌和制備瀝青冷補料，冷拌瀝青混合料的相關(guān)體積參數(shù)見表2。

表2　冷拌瀝青混合料的體積參數(shù)

1.2.2性能測試

反應型瀝青冷補料的測試項目包括高溫性能、低溫性能、粘聚性、耐水性及疲勞性能，其中，高低溫性能、耐水性及疲勞性能按照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》相關(guān)試驗方法檢測；粘聚性按照JTG F40—2004 8.4條中對冷補瀝青混合料的粘聚性試驗方法檢測。

2結(jié)果與討論

2.1粘聚性

瀝青冷補料在施工完成后，在交通荷載作用下，坑槽接縫處會產(chǎn)生一定拉壓應力。因此，為保證瀝青冷補料自身的穩(wěn)定性及接縫處有效的粘結(jié)性，瀝青冷補料應具有較好的粘聚性。

粘聚性試驗過程如下：將按一定量配制好的瀝青冷補料裝入馬歇爾試模中，在4 ℃恒溫室中保溫3 h以上；將試模中的瀝青冷補料取出后雙面各擊實5次，制成馬歇爾試件，試件高度應滿足(51±1.3)mm；脫模并稱重后將試樣迅速置于標準篩上(篩孔底部直徑為305 mm，篩孔為26.5 mm)，蓋上蓋；將標準篩直立，以1次/s的速率使試件沿篩框來回滾動20次；打開篩蓋，稱取最大一塊試樣的質(zhì)量，計算殘留率。瀝青冷補料粘聚性試驗如圖1所示。

圖1　瀝青冷補料粘聚性試驗

冷補瀝青混合料粘聚性試驗結(jié)果見表3。從表3數(shù)據(jù)可以看出，反應型冷補瀝青混合料粘聚性試驗殘留率遠大于60%的規(guī)范要求值。表明反應型冷補瀝青混合料粘聚性能優(yōu)異，與坑槽界面能夠形成較強的粘結(jié)作用，從而可防止冷補瀝青混合料在填補坑槽后過早出現(xiàn)松散或坑槽界面接縫處破損。

表3　冷補瀝青混合料粘聚性試驗結(jié)果

2.2高溫性能試驗

夏季，瀝青路面在重載交通作用下，易產(chǎn)生較大的剪切變形，導致路面出現(xiàn)車轍。本文采用車轍試驗來測定冷補瀝青混合料的高溫性能。按T 0719-2011《瀝青混合料車轍試驗》規(guī)定的方法進行反應型瀝青冷補料車轍試驗，試驗結(jié)果見表4。

由表4數(shù)據(jù)可知，2種級配的反應型瀝青冷補料車轍動穩(wěn)定度均超過10 000次/mm，具有十分優(yōu)良的高溫抗車轍性能。因為聚氨酯預聚體固化后形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高溫下也不會變粘發(fā)軟，故能夠滿足高溫氣候條件下的使用要求。

表4　瀝青冷補料車轍試驗結(jié)果

2.3低溫性能試驗

低溫抗裂性能是瀝青混合料最重要的使用性能之一，對于冷補瀝青混合料來說同樣如此。本文采用低溫小梁彎曲試驗來評價其低溫抗裂性能，主要測量指標為抗彎拉強度、彎拉應變和彎曲勁度模量。按照JTG E20—2011中T0715—2011瀝青混合料低溫彎曲試驗規(guī)定的方法進行試驗，將礦料級配為LB-10的冷補瀝青混合料成型試件，在-10 ℃低溫條件下保溫5 h以上，再以50 mm/min的加載速率進行試驗，試驗結(jié)果見表5。

表5　低溫(小梁)彎曲試驗結(jié)果

從表5數(shù)據(jù)可以看出，反應型瀝青冷補料低溫彎拉應變大于2 000 με，低溫性能指標超過JTG F40—2004對冬溫區(qū)或冬冷區(qū)普通瀝青混合料的要求，具有較好的低溫性能。

2.4耐水性試驗

當瀝青路面有積水時，大量交通荷載會對瀝青混合料產(chǎn)生較強的水力沖刷作用，易造成瀝青從礦料表面剝落、瀝青混合料松散等病害。若積水滲入瀝青路面以下，則遇到冰凍天氣時，瀝青混合料受水分膨脹力的影響，其顆粒間的瀝青會斷裂，更容易導致瀝青混合料顆粒脫落。為防止產(chǎn)生此類破損現(xiàn)象，瀝青混合料應具備足夠的抗水損害能力和防滲水能力，即具有良好的耐水性。

本文參照JTG E20—2011中T0709-2011和T 0729-2000所規(guī)定的浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來檢驗冷補瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗結(jié)果見表6、表7。

表6　浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

表7　凍融劈裂試驗結(jié)果

從表6、表7數(shù)據(jù)可知，2種級配反應型瀝青冷補料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度均大于90%，凍融劈裂強度比均大于80%，都超過了JTG F40—2004的要求，表明該反應型聚氨酯瀝青冷補料具有較好的耐水損害性能。

2.5疲勞性能試驗

本文通過瀝青混合料四點彎曲疲勞壽命試驗來評價瀝青冷補料循環(huán)周期內(nèi)的使用壽命。采用澳大利亞IPC公司生產(chǎn)的BFA液壓獨立式四點彎曲疲勞試驗設備，如圖2所示。

按照1.2.1方法制備LB-10反應型冷補混合料，養(yǎng)生后切割為385 mm×65 mm×50 mm的小梁試件，試驗溫度為15 ℃，加載頻率為10 Hz，加載波形選用偏正弦波。測試瀝青冷補料在100×10-6和200×10-6應變水平下的疲勞壽命。試驗過程中，勁度模量降低到初始勁度模量50%所達到的荷載循環(huán)次數(shù)為疲勞壽命，試驗結(jié)果見表8。

圖2　IPC疲勞試驗機

表8　疲勞性能試驗結(jié)果

從表8數(shù)據(jù)可以看出，在100×10-6和200×10-6應變水平下，本文介紹的反應型聚氨酯瀝青冷補料疲勞壽命均大于40萬次，具有較優(yōu)異的疲勞性能。

3反應型瀝青冷補料施工工藝

3.1反應型瀝青冷補液生產(chǎn)

將基質(zhì)瀝青加熱到120～140 ℃，依次加入一定比例的稀釋劑和反應型聚氨酯預聚體，攪拌均勻，制得反應型瀝青冷補液。待冷補液溫度下降到常溫后，用容器密閉儲存，使用時再取出。

3.2反應型瀝青冷補料生產(chǎn)

將相應級配的集料和礦粉用自動混合料拌和機干拌約1 min，并按4.5%～5.5%的油石比加入瀝青冷補液拌和3 min，保證礦料表面完全被冷補液所裹覆。冷補料生產(chǎn)后需在2～3 h內(nèi)使用，以免反應型樹脂預聚體固化后造成施工困難及路用性能下降。

3.3坑槽開挖

按照“圓洞方補，斜洞正補”的原則，在坑槽周圍劃出大小適中的方形輪廓線。開槽時，用切割機沿輪廓線順線切槽，并用動力鎬或銑刨機開挖。且最好分層開鑿，上層開槽深度不超過1.5 cm，開槽的四壁與路面保持垂直。

3.4坑槽清理

用鐵刷或吹風機將坑槽底部及四周清理干凈，使槽內(nèi)無雜物。

3.5刷粘層油

攤鋪瀝青冷補料前，須將坑槽底部及四周均勻刷涂粘層油，浸潤坑槽內(nèi)表面裸露出的石料，以保證瀝青冷補料與坑槽緊密粘結(jié)。

3.6坑槽填補

向坑槽內(nèi)倒入瀝青冷補料，冷補料加入量以超過路面1～2 cm為宜。填入冷補料后，坑槽中央略高于四周。

3.7冷補料壓實

壓實時，先壓實四周，再向中央壓實。壓實一般不少于3遍，由邊緣向內(nèi)重疊1/3輪依次碾壓，碾壓至無明顯輪跡為止，也可人工用平板夯實機夯實。如果坑槽深度超過7 cm，則應將瀝青混合料分2次或3次攤鋪壓實。壓實后，應使中央稍高于四周呈弧形。

3.8開放交通

反應型瀝青冷補料經(jīng)壓實后，為保證形成足夠的強度，需養(yǎng)生1～2 h后方可開放交通。

4施工實例

4.1施工過程

本文介紹的反應型瀝青冷補料已成功應用于重慶市渝涪高速公路重慶至長壽段復盛服務區(qū)瀝青路面坑槽修補工程，施工過程如圖3所示。

圖3　反應型瀝青冷補料施工過程

4.2使用效果觀察

坑槽修補完成后，觀察反應型瀝青冷補料使用1個月及1年以后的使用情況，如圖4所示。

圖4　反應型瀝青冷補料使用效果觀察

從圖4可以看出，本文介紹的反應型瀝青冷補料用于坑槽修補后，使用1個月乃至1年后，未出現(xiàn)再次破損的現(xiàn)象，具有良好的使用性能。

5結(jié)論

1) 反應型聚氨酯瀝青冷補料路用性能試驗結(jié)果表明，反應型聚氨酯瀝青冷補液具有優(yōu)異的粘聚性、高低溫性能、耐水性及抗疲勞性能。

2) 反應型聚氨酯瀝青冷補料在重慶渝涪高速公路重慶至長壽段復盛服務區(qū)的坑槽修補工程的成功應用表明，該冷補料使用效果良好，坑槽修補完成較長時間后，未出現(xiàn)再次破損的現(xiàn)象。

參 考 文 獻

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Preparation of Reactive Cold Filling Asphalt Materials and Research on Performance

SHENG Xingyue, LI Rui, LI Lu, WU Xueliu

Abstract:In allusion to the defects of the existing cold filling asphalt materials that are only used for emergency repair of pit slots and exhibit bad endurance, this paper develops a reactive polyurethane cold filling asphalt material. The paper carries out adhesiveness test, high and low-temperature performance test, water resistance test and endurance test for this cold filling asphalt material and applies it in actual project. The results of test show that the reactive cold filling asphalt materials exhibit excellent road performance and endurance.

Keywords:pit slot repair; polyurethane prepolymer; reactive cold filling asphalt material; endurance; construction technology

文章編號：1009-6477(2016)01-0048-05

中圖分類號：U416.217

文獻標識碼：A

作者簡介：盛興躍(1974-)，男，重慶市人，本科，高工。

收稿日期：2015-06-08

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51202214)；重慶市杰出青年基金資助項目(cstc2014jcyjjq30002)；重慶市科學技術(shù)委員會基礎(chǔ)與前沿研究計劃項目(cstc2013jcyjA1442)

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.011