樹脂型瀝青冷補(bǔ)料制備及性能研究

裴 強(qiáng)

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

在公路建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，交通量的不斷增長、軸載的提升，給瀝青路面帶來明顯的損壞，特別是松散、坑槽、龜裂等早期損壞，這將嚴(yán)重影響到路面的使用壽命和交通安全?，F(xiàn)階段公路養(yǎng)護(hù)中的坑槽病害修補(bǔ)仍多采用熱補(bǔ)法，但熱補(bǔ)法對溫度、設(shè)備、人員等條件要求高，導(dǎo)致許多坑槽病害不能得到及時(shí)修補(bǔ)而愈發(fā)嚴(yán)重；而傳統(tǒng)的溶劑型冷補(bǔ)料雖能在低溫下完成修補(bǔ)，但成型后強(qiáng)度低，黏聚性差，極易發(fā)生二次損壞，耐久性差，這在一定程度上限制了冷補(bǔ)料的推廣應(yīng)用[1]。

針對溶劑型冷補(bǔ)料現(xiàn)有問題，課題組開發(fā)出一種樹脂型瀝青冷補(bǔ)料，其采用不飽和聚酯樹脂、引發(fā)劑、促進(jìn)劑等多種改性劑與瀝青共混而成，進(jìn)而提升冷補(bǔ)料的成型強(qiáng)度和耐久性。本文考察了樹脂型瀝青冷補(bǔ)料的各項(xiàng)技術(shù)性能，并與普通溶劑型冷補(bǔ)料作對比，為樹脂型瀝青冷補(bǔ)料的推廣應(yīng)用奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 樹脂型瀝青冷補(bǔ)料制備

1.1 主要原材料

表1 主要原材料

1.2 級配

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于LB-10冷拌瀝青混合料的級配范圍，對各檔集料進(jìn)行篩分及合成級配的曲線擬合，最終合成級配符合LB-10的級配范圍，級配曲線如圖1所示。

圖1 級配曲線圖

1.3 樹脂型瀝青冷補(bǔ)料制備方法

樹脂型瀝青冷補(bǔ)料由特制冷補(bǔ)液與集料按一定比例及條件拌合而成。其中特制冷補(bǔ)液的制備方法是將瀝青加熱至90℃～110℃，攪拌過程中加入稀釋劑，再降溫至50℃～60℃，最后加入不飽和聚酯樹脂、引發(fā)劑和促進(jìn)劑。

2 路用性能研究

考察樹脂型瀝青冷補(bǔ)料的工作和易性、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等方面的各項(xiàng)技術(shù)性能，并與進(jìn)口溶劑型冷補(bǔ)料、國產(chǎn)溶劑型冷補(bǔ)料作對比[2]。

2.1 黏附性等級

黏附性等級試驗(yàn)具體操作方法按照《瀝青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》JT/T 972—2015相關(guān)要求實(shí)施，評定等級方法按JTG E20—2011表T0616-1要求目測[3]。

黏附性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，樹脂型瀝青冷補(bǔ)料黏附性與進(jìn)口溶劑型冷補(bǔ)料相當(dāng)，好于國產(chǎn)溶劑型冷補(bǔ)料。樹脂型瀝青冷補(bǔ)料表面的瀝青膜完全保存，浸泡水溶液上無瀝青漂浮，剝離面積基本為0，評定其黏附性等級為5級。這可能是由于樹脂的交聯(lián)固化進(jìn)一步增強(qiáng)了瀝青與集料的黏結(jié)，賦予體系一定的熱固屬性，增強(qiáng)了抗水侵蝕的能力。

表2 黏附性等級結(jié)果

2.2 貫入強(qiáng)度

貫入強(qiáng)度主要是表征冷補(bǔ)料的低溫工作性，即低溫施工過程中冷補(bǔ)料攤鋪、碾壓的難易程度。其值過大表明不易攤鋪碾壓，太小可能導(dǎo)致初始強(qiáng)度不足[4]。貫入強(qiáng)度試驗(yàn)采用貫入測試儀，按照《瀝青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》JT/T 972—2015中相關(guān)要求進(jìn)行。

為保證冷補(bǔ)料在整個(gè)使用過程中的和易性、工作性，其貫入強(qiáng)度需保持在0.5～4 kg/cm2之間為宜。通過測試，3種冷補(bǔ)料的貫入強(qiáng)度均保持在 2.0～3.6 kg/cm2之間，具備優(yōu)異的低溫和易性。

2.3 黏聚性

黏聚性表征瀝青材料在外力作用下自身產(chǎn)生相對位移時(shí)抵抗變形的能力，用于冷補(bǔ)料顆粒之間相互黏結(jié)性能、低溫環(huán)境下不松散的特性度量。試驗(yàn)按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中黏聚性試驗(yàn)方法進(jìn)行，試件破損率應(yīng)小于40%[5]。測試結(jié)果如表3所示。

表3 黏聚性試驗(yàn)結(jié)果

測試結(jié)果顯示，3種冷補(bǔ)料損失率均遠(yuǎn)低于40%，滿足技術(shù)要求。其中自制樹脂型瀝青冷補(bǔ)料損失率最小，僅為1.7%，而國產(chǎn)溶劑型冷補(bǔ)料損失率較為明顯，數(shù)值達(dá)到14.6%，表明樹脂的加入可改善集料之間的黏結(jié)性能，保證冷補(bǔ)料低溫環(huán)境下不松散。

2.4 成型強(qiáng)度

冷補(bǔ)料經(jīng)攤鋪碾壓后，形成的初始成型強(qiáng)度一般均偏低，需在開放交通之前達(dá)到抵抗車輛碾壓變形的效果，避免道路坑槽修補(bǔ)完成后，因初期成型強(qiáng)度不足而發(fā)生二次病害。而隨著稀釋劑的不斷揮發(fā)，交通載荷不斷碾壓，瀝青膜與石料的黏結(jié)性和密實(shí)性越來越好，瀝青混合料的強(qiáng)度逐漸提高，一般在3個(gè)月內(nèi)達(dá)到最終成型強(qiáng)度。

初始成型強(qiáng)度測試方法為：稱取一定質(zhì)量的冷補(bǔ)料室溫下放入馬歇爾試模中，雙面各擊實(shí)75次，制作成高度63.5±1.3 mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，側(cè)立放置1 h后脫模并測定的馬歇爾穩(wěn)定度即為初始成型強(qiáng)度；最終成型強(qiáng)度測試方法按照《瀝青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》中穩(wěn)定度試驗(yàn)方法進(jìn)行測試。測試結(jié)果見表4、圖2。

圖2 不同類型冷補(bǔ)料的成型強(qiáng)度

表4 不同類型冷補(bǔ)料的成型強(qiáng)度 kN

由表4、圖2可知，溶劑型冷補(bǔ)料在路面修補(bǔ)施工完成初期，由于大部分稀釋劑未揮發(fā)，冷補(bǔ)料內(nèi)部起黏結(jié)作用的瀝青對于集料的黏聚能力非常有限，初始成型強(qiáng)度主要為集料之間的相互嵌擠力與坑槽周邊的側(cè)向約束力之和，因而初始強(qiáng)度較低。自主開發(fā)的樹脂型冷補(bǔ)料為一種反應(yīng)型冷補(bǔ)料，樹脂在體系中可發(fā)生交聯(lián)固化，強(qiáng)度較溶劑型產(chǎn)品有很快的提高，初始強(qiáng)度優(yōu)勢明顯，可顯著縮短交通封閉時(shí)間。

隨著冷補(bǔ)料中稀釋劑的不斷揮發(fā)，瀝青與集料的黏聚力、瀝青體系的黏聚力獲得較大提升，冷補(bǔ)料逐步達(dá)到最終成型強(qiáng)度，樹脂型瀝青冷補(bǔ)料此階段固化反應(yīng)完全，其最終成型強(qiáng)度約為溶劑型冷補(bǔ)料的1.5倍，可達(dá)到熱拌瀝青混合料的效果，可保證修補(bǔ)路面的耐久性。

2.5 高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗(yàn)評價(jià)冷補(bǔ)料的高溫穩(wěn)定性，考察其在交通荷載作用下抵抗車轍、推移、擁包等永久變形的能力，試驗(yàn)控制溫度為40℃。每種冷補(bǔ)料的車轍試件制備5組，分別在室內(nèi)通風(fēng)處靜置養(yǎng)生3 d、10 d、30 d、60 d和90 d后測其動穩(wěn)定度[6]。試驗(yàn)結(jié)果如表5、圖3所示。

表5 冷補(bǔ)料不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的動穩(wěn)定度 次/mm

由表5、圖3可知，3種冷補(bǔ)料的動穩(wěn)定度均隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長而增大，樹脂型瀝青冷補(bǔ)料動穩(wěn)定度明顯高于溶劑型冷補(bǔ)料。溶劑型冷補(bǔ)料強(qiáng)度形成依靠單純的溶劑揮發(fā)，動穩(wěn)定度呈緩慢線性增長，達(dá)到最大值需60 d左右。樹脂型產(chǎn)品由于存在固化反應(yīng)，強(qiáng)度增長迅速，養(yǎng)護(hù)時(shí)間3 d可達(dá)到最大值的65%，10 d左右就可達(dá)到最大值，有利于開放交通后抵抗車輛荷載的剪切應(yīng)力，防止產(chǎn)生二次坑槽。

圖3 冷補(bǔ)料不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的動穩(wěn)定度

2.6 水穩(wěn)定性

冷補(bǔ)料在路面水和交通荷載的作用下，易產(chǎn)生膠結(jié)料與集料黏附性降低，進(jìn)而引起路面集料剝落、二次損壞，因而對冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)是非常必要的。

根據(jù)規(guī)范的要求，該項(xiàng)目選用混合料的殘留穩(wěn)定度作為冷補(bǔ)料水穩(wěn)定性的評價(jià)指標(biāo)。具體方法按照《瀝青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》中殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)相關(guān)要求實(shí)施。試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 冷補(bǔ)料的殘留穩(wěn)定度測試結(jié)果

由表6可見，3種冷補(bǔ)料殘留穩(wěn)定度都高于85%，滿足規(guī)范的要求。相同試驗(yàn)條件下，自主研發(fā)的樹脂型瀝青冷補(bǔ)料的殘留穩(wěn)定度最高，數(shù)值達(dá)到93.7%，與前述試驗(yàn)結(jié)果一致，該冷補(bǔ)料受水浸潤影響較小，說明樹脂材料發(fā)生固化交聯(lián)，并與瀝青在集料表面形成高效膜結(jié)構(gòu)，從而更加有效地阻止水損害[7]。

3 結(jié)語

自制的樹脂型瀝青冷補(bǔ)料各項(xiàng)性能優(yōu)異，指標(biāo)滿足《瀝青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》JT/T 972—2015的技術(shù)要求，與國內(nèi)外溶劑型冷補(bǔ)料相比，具有初始成型強(qiáng)度高、強(qiáng)度增長快、耐水損能力強(qiáng)等優(yōu)勢，可有效減少二次坑槽病害發(fā)生的幾率，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。