瀝青路面冷補技術(shù)研究進展

禤煒安 熊劍平 陳杰

摘要：為促進瀝青路面綠色養(yǎng)護技術(shù)的發(fā)展，文章以瀝青路面冷補技術(shù)為研究重點，依托大數(shù)據(jù)庫，對國內(nèi)外冷補技術(shù)的研究狀況進行了調(diào)研分析，闡述了冷補技術(shù)的研究趨勢及方向，總結(jié)了冷補料的種類及其應(yīng)用狀況，研究了冷補料目前的試驗與評價方法及其關(guān)鍵性能指標的技術(shù)水平，為瀝青冷補技術(shù)的進一步深化研究提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：冷補技術(shù);初始強度;路用性能;瀝青路面;道路工程

0 引言

冷補料是瀝青路面養(yǎng)護工程中的重要技術(shù)之一，由于冷補瀝青混合料克服了熱拌混合料在生產(chǎn)和施工過程中對溫度的限制，在常溫環(huán)境下能夠完成混合料的拌和、攤鋪、碾壓成型等各個環(huán)節(jié)的操作，對生產(chǎn)設(shè)備要求較低，具有綠色節(jié)能、施工便捷、改善施工條件、適于各種氣候等突出的優(yōu)點，而且修補質(zhì)量較好，可快速開放交通，及時緩解城市交通壓力，是一種可持續(xù)發(fā)展的路面建筑技術(shù)。國外道路工作者對其的研究已有100余年的歷史，而國內(nèi)的研究相對較晚，僅有30年左右。近幾年來，通過借鑒國外的研究成果以及成功案例，國內(nèi)相關(guān)部門先后研制出多種常溫瀝青混合料，在工程實踐中得到了成功應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟與社會效益，并積累了大量的實際經(jīng)驗。但是由于一些關(guān)鍵性技術(shù)問題未能取得突破，特別是添加劑和有機稀釋劑的研制沒有取得更大的進展，混合料的性能得不到良好的保障，冷補瀝青混合料在我國的推廣仍不盡人意。

本文以SCI-HUB、Sciencedirect、中國知網(wǎng)、谷粉學(xué)術(shù)等大數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，統(tǒng)計分析國內(nèi)外瀝青路面冷補技術(shù)的研究方向及相關(guān)技術(shù)成果，旨在總結(jié)歸納瀝青路面冷補技術(shù)的研究成果以及當前存在的主要問題，為冷補技術(shù)的進一步深入研究提供依據(jù)。

1 檢索數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

1.1 冷補技術(shù)不同年份的成果統(tǒng)計

在各大數(shù)據(jù)庫中，以“冷補”“瀝青”為關(guān)鍵詞進行篇名檢索，可以發(fā)現(xiàn)瀝青路面冷補技術(shù)的相關(guān)論文共200余篇，不同年份分布如下頁圖1所示。

由圖1可以看出，2000年之后，冷補技術(shù)相關(guān)研究成果快速增長，2013年達到巔峰。近幾年仍處于相對高的水平。這表明近10年來國內(nèi)眾多道路工作者開展了冷補技術(shù)方向的研究工作，與時下大力倡導(dǎo)綠色低碳的國家發(fā)展戰(zhàn)略也是相符的。

1.2 冷補技術(shù)不同方向的成果統(tǒng)計

以這200篇學(xué)術(shù)論文為基礎(chǔ)，以冷補技術(shù)的不同研究方向進行分類統(tǒng)計，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，對冷補瀝青混合料的初始強度方面的研究最多，和易性、施工工藝、水穩(wěn)性能等也是冷補技術(shù)重要的研究熱點。從眾多實踐經(jīng)驗以及筆者的研究來看，由于目前普遍使用的乳化類和溶劑類冷補料均需經(jīng)歷冷補液蒸發(fā)后方可形成強度的過程，而此過程正是冷補技術(shù)亟須攻克的技術(shù)難題。

2 冷補料的種類及產(chǎn)品

當前工程上應(yīng)用的冷補料種類主要有溶劑類、乳化類和反應(yīng)類三大類。溶劑類是冷補料應(yīng)用最為廣泛的類別，依賴有機溶劑將瀝青稀釋，降低瀝青粘稠度，使其處于液體狀態(tài)，但強度形成過程中也需溶劑蒸發(fā)后方可形成強度。乳化類依賴于乳化瀝青材料性能，普通乳化瀝青較為容易制備，但路用性能不佳;改性乳化瀝青在制備上仍有一些技術(shù)難題需要解決，成品改性瀝青難以乳化，乳化后再改性則存在儲存穩(wěn)定性不足的問題。但總的來說，乳化類在冷補料應(yīng)用中仍占有一定份額。反應(yīng)類冷補料需要兩個或兩個以上組分在現(xiàn)場拌制形成具有一定流動度的冷補料，之后不同組分發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，形成半固體的瀝青膠結(jié)料，但由于配制這種類型冷補混合料成本較高，至今尚未得到大規(guī)模應(yīng)用。而在市場上，一些公司已制備出可投入使用的冷補料，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，如表1所示。

3 冷補料試驗及評價方法研究狀況

目前冷補技術(shù)方面尚未有統(tǒng)一完整的規(guī)范，針對冷補瀝青混合料的試驗方法，在《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中，有提及冷補料馬歇爾穩(wěn)定度和粘聚性的試驗方法，給出了馬歇爾穩(wěn)定度≥3 kN的技術(shù)要求，以及耐水性和施工和易性的要求，而針對初始馬歇爾穩(wěn)定度、車轍動穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度等重要技術(shù)指標，其試驗方法未有提及。

針對這一情況，諸多道路研究工作者都結(jié)合瀝青冷補料的材料特性和研究成果，提出了冷補料性能檢測的試驗方法。相較于熱拌瀝青混合料，冷補料性能檢測基本思路主要是在試驗過程中增加一個養(yǎng)生的時間間隔，用于模擬實際水分或溶劑蒸發(fā)的時間。如高溫車轍動穩(wěn)定度試驗，主要是試件成型方法與熱拌瀝青混合料的存在差異，目前研究者們的試驗方法為：將混合料裝入車轍試模中，啟動碾壓儀，在25 ℃條件下將試件先在1個方向碾壓a個往返，之后將試件在b ℃的恒溫箱中（頂部帶通氣孔）連續(xù)養(yǎng)生c h，之后將試件在與第一次不同的方向碾壓d個往返，將碾壓完畢后的車轍試件在25 ℃的條件下連續(xù)養(yǎng)生e d。不同研究者的差異主要表現(xiàn)在a、b、c、d、e五個參數(shù)的推薦值不一樣，部分統(tǒng)計如表2所示。

由表2可以看出，不同研究者對冷補料性能測試采用了大體類似但具體參數(shù)不一樣的試驗方法。為得到統(tǒng)一的試驗方法，還需針對不同的冷補料樣品開展大量試驗研究，根據(jù)試驗結(jié)果推薦具有規(guī)范性和可操作性的試驗方法，并給出合理的控制指標。

4 冷補料性能參數(shù)研究狀況

以參考文獻中列出的20篇學(xué)術(shù)論文為研究對象，統(tǒng)計分析不同學(xué)術(shù)論文中冷補料的力學(xué)強度、高溫性能、水穩(wěn)性能的研究數(shù)據(jù)和成果（有的論文可能僅研究了其中的部分性能參數(shù)，因此統(tǒng)計的數(shù)據(jù)少于20個），用以評價現(xiàn)有瀝青冷補技術(shù)的狀況，為凝練瀝青冷補技術(shù)性能參數(shù)的未來研究方向提供依據(jù)。

4.1 冷補料力學(xué)強度研究

力學(xué)強度是冷補料關(guān)鍵的技術(shù)指標，在試驗研究中，通常以馬歇爾穩(wěn)定度表征瀝青混合料的力學(xué)強度性能。初始強度的大小直接影響了開放交通的時間，成型強度則反映其承載交通荷載的能力，與高溫車轍動穩(wěn)定度呈正比的相關(guān)關(guān)系。由上述檢索資料可以看出，初始強度性能是冷補料的主要的研究方向，大多數(shù)的文獻均對冷補料初始強度開展了研究。根據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)有文獻不同冷補料的初始強度分布如圖3所示。

可以看出，現(xiàn)有研究中，冷補料初始強度大部分均<3 kN，部分材料通過改性提高了冷補料的初始強度，最高值達6.29 kN?？偟膩碚f，冷補料初始強度仍然未形成較為成熟的技術(shù)，需要進一步深入研究與開發(fā)，普遍提高不同類型、不同級配的初始強度，以達到有效控制路面開放交通時間。

冷補料成型強度主要反映材料的結(jié)構(gòu)強度，也是路面材料的重要指標，現(xiàn)有研究冷補料的成型強度統(tǒng)計如圖4所示。

可以看出，現(xiàn)有研究的冷補料成型強度均已滿足≥3 kN的要求，但不同研究中冷補料的成型強度變異性很大，馬歇爾穩(wěn)定度值變化范圍為3.31～17.22 kN。

4.2 冷補料高溫性能研究

高溫性能是瀝青路面材料的重要性能，隨著當前重載交通以及夏季極端高溫的情況不斷出現(xiàn)，也對冷補料的高溫性能提出了極大的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有研究中，冷補料的高溫性能統(tǒng)計如圖5所示。

由圖5可以看出，不同研究中，冷補料的高溫動穩(wěn)定度同樣差異性很大，動穩(wěn)定度變化范圍為191～6 688次/mm，相差35倍。反映不同冷補料的高溫性能差異性極大，也反映了目前對冷補料的技術(shù)掌握不成熟，核心技術(shù)僅被部分道路工作者掌握。因此，有必要加強對冷補料的研究與開發(fā)，形成可推廣的成熟技術(shù)，為冷補技術(shù)的工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

4.3 冷補料水穩(wěn)性能研究

水穩(wěn)定性也是冷補料研究的主要方向之一，由于冷補料材料性能的特殊性，在制備冷補瀝青時一般加入了水或有機溶劑，使瀝青處于可流動的狀態(tài)。而在冷補料強度形成過程中，水分或溶劑需蒸發(fā)掉，使瀝青恢復(fù)半流體狀態(tài)。根據(jù)相似相容原理，在水條件下，若冷補料中的水分或溶劑未能及時蒸發(fā)，將極大影響冷補料的水穩(wěn)性能。根據(jù)目前的研究成果，現(xiàn)有冷補料的水穩(wěn)性能統(tǒng)計如圖6所示。

現(xiàn)行規(guī)范《瀝青路面坑槽冷補成品料》（JTT972-2015）對冷補料的殘留穩(wěn)定度要求≥85%。由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，76.9%的現(xiàn)有研究成果均不滿足此要求，表明冷補料的水穩(wěn)性能仍需進一步提高。

5 結(jié)語

隨著綠色發(fā)展戰(zhàn)略的深化實施，瀝青路面冷補技術(shù)無疑將是未來重要的發(fā)展方向。盡管已有了部分研究成果與應(yīng)用實踐，但仍有以下問題需要進一步解決：

（1）瀝青冷補料產(chǎn)品類型多，質(zhì)量差異大，如何實現(xiàn)材料的高性能化是冷補技術(shù)進一步推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。

（2）冷補瀝青混合料系統(tǒng)性研究不足，針對不同使用區(qū)域、不同交通量、不同結(jié)構(gòu)層等細化研究尚需進一步深入，對于評價冷補瀝青混合料路用性能的方法及指標并沒有提出相應(yīng)的規(guī)范。

（3）目前冷補料的關(guān)鍵性能技術(shù)參數(shù)參差不齊，缺乏質(zhì)量穩(wěn)定與技術(shù)可靠的冷補料，力學(xué)強度、高溫性能、水穩(wěn)性能等關(guān)鍵路用性能是冷補料未來重點提升與突破的性能指標。

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