瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修中冷補(bǔ)料技術(shù)的應(yīng)用

李黔豫

（貴州省都勻公路管理段,貴州 都勻 558000）

0 引言

瀝青路面廣泛應(yīng)用于公路項(xiàng)目建設(shè)中，其具備行車舒適度高、噪聲小、通車速度快、揚(yáng)塵小且維修便捷的特征，但是在長(zhǎng)期服役過程中，在外界因素、車輛荷載等作用下易出現(xiàn)坑洞、開裂等常見病害。瀝青路面病害處置不及時(shí)將增加路面破損程度，導(dǎo)致行車舒適度降低并增加通行風(fēng)險(xiǎn)。如何采取有效措施，快速修復(fù)破損路面，恢復(fù)交通成為學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的問題。冷補(bǔ)料技術(shù)是一種新型瀝青路面修補(bǔ)技術(shù)手段，具備操作簡(jiǎn)單、環(huán)境影響小的特點(diǎn)，可快速修補(bǔ)缺損路面，恢復(fù)通車，相比于熱拌料，冷補(bǔ)料無需加熱環(huán)節(jié)，操作便捷，可廣泛應(yīng)用于低溫條件下，節(jié)能環(huán)保。該文對(duì)冷補(bǔ)料基本性能特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并通過室內(nèi)試驗(yàn)探究其黏附性、初期強(qiáng)度、成型強(qiáng)度及水穩(wěn)定性等指標(biāo)，期望為瀝青路面養(yǎng)護(hù)提供技術(shù)參考[1]。

1 冷補(bǔ)料的性能特點(diǎn)

測(cè)試獲得冷補(bǔ)料的黏附性、旋轉(zhuǎn)黏度、揮發(fā)性等指標(biāo)，闡述冷補(bǔ)料的基本性能。選用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱精準(zhǔn)控制溫度區(qū)間測(cè)試?yán)溲a(bǔ)料揮發(fā)性能，獲取揮發(fā)速度數(shù)據(jù)并對(duì)比25 ℃和11 ℃環(huán)境下的固化效果，評(píng)估冷補(bǔ)料應(yīng)用早期與應(yīng)用末期的揮發(fā)性能。操作方法如下：規(guī)格大小相同的圓盤內(nèi)放入數(shù)量相同的冷補(bǔ)液，使其在盤底形成薄層，準(zhǔn)確稱量盤底薄層質(zhì)量并分別置于25 ℃和110 ℃烘箱內(nèi)圓盤中，靜置3~7 d。取出薄層并稱重，計(jì)算重量差異獲得冷補(bǔ)液質(zhì)量損失率，若冷補(bǔ)液質(zhì)量過小可能與溶解劑揮發(fā)有關(guān)，可將冷補(bǔ)液制備成馬歇爾試件以提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性。制備完成后將其分別置入25 ℃和110 ℃烘箱內(nèi)圓盤中保溫3 d，獲得重量差異并計(jì)算冷補(bǔ)液質(zhì)量損失率[2]。

對(duì)冷補(bǔ)料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)黏合度測(cè)試確定不同因素對(duì)冷補(bǔ)料的影響程度，按照影響程度從大到小的順序分別為柴油、樹脂、抗剝落劑。為合理控制冷補(bǔ)料的黏度值，需在配置過程中對(duì)樹脂、柴油等原料含量進(jìn)行精準(zhǔn)控制。對(duì)冷補(bǔ)料進(jìn)行黏附性試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)顯示樹脂、抗剝落劑的使用能夠提高冷補(bǔ)料的黏附性并增加瀝青膜厚度。揮發(fā)性試驗(yàn)結(jié)果顯示，25 ℃或110 ℃環(huán)境下，前3 d 冷補(bǔ)料揮發(fā)效率最快，第7 d 基本揮發(fā)完畢達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且柴油含量越高冷補(bǔ)料的恢復(fù)速度越快[3]。對(duì)冷補(bǔ)料進(jìn)行正交試驗(yàn)以明確不同原料質(zhì)量比，最終確定基質(zhì)瀝青∶柴油為100 ∶24，瀝青有效含量為6%，礦粉含量為4%，冷補(bǔ)料級(jí)配為L(zhǎng)P-10，按照標(biāo)準(zhǔn)制備冷補(bǔ)料具備初始強(qiáng)度，低溫條件下其成型強(qiáng)度高，符合施工需求。

2 冷補(bǔ)料材料組成

2.1 原材料

（1）瀝青：型號(hào)為SBS-I-D 改性瀝青，基本性能指標(biāo)如表1 所示。

表1 瀝青性能指標(biāo)

（2）集料：粗細(xì)集料之間的嵌擠作用對(duì)改善冷補(bǔ)料的高溫性能并保持其初始強(qiáng)度有重要作用，結(jié)合實(shí)際需求，該文選定機(jī)制砂和玄武巖粗集料與石灰?guī)r細(xì)粉充分混合，檢測(cè)結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范。

（3）稀釋劑：稀釋劑類型直接決定了冷補(bǔ)料施工和易性，汽油、柴油、煤油、瀝青材料之間極性水平相當(dāng)。冷補(bǔ)料配置過程中可通過上述材料的合理添加降低其黏度，改善冷補(bǔ)料的施工和易性。為提高項(xiàng)目施工的經(jīng)濟(jì)性，該文結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果選定柴油作為冷補(bǔ)料的稀釋劑[4-5]。

（4）添加劑：為改善冷補(bǔ)料的強(qiáng)度與水穩(wěn)定性，該文于瀝青中加入抗剝落劑與增稠劑。增稠劑選用耐酸堿性能突出、耐熱性和耐水性能優(yōu)越的共聚型石油樹脂作為添加劑。其技術(shù)指標(biāo)情況如表2 所示。

表2 樹脂技術(shù)指標(biāo)

抗剝落劑外觀為黃色，密度水平為0.95~1.00 g/cm3，與熱瀝青的熱容性高，可有效改善冷補(bǔ)料的吸附性能并提高其抗水損性能。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

該文冷補(bǔ)料混合性能試驗(yàn)選取LB-10 型級(jí)配，詳情如表3 所示。

表3 LB-10 級(jí)配

冷補(bǔ)料油石比以紙跡觀察法確定。結(jié)合相關(guān)研究結(jié)果，冷補(bǔ)料的油石比多在5%~5.5%范圍內(nèi)，為確定最佳的油石比，該研究中分別應(yīng)用紙跡觀察法對(duì)4.4%、4.8%、5.2%、5.6%、6.0%幾種比例進(jìn)行觀察，并按照表3 級(jí)配比進(jìn)行拌和。拌和完畢后，將冷補(bǔ)料均勻傾倒在白紙上待其冷卻，冷補(bǔ)料溫度降至80 ℃時(shí)，白紙上停留5 s 后將其倒掉并觀察白紙上的痕跡。①如白紙上墨跡較多且痕跡明顯，表明瀝青用量過多；②若墨跡分散不清晰，表明混合料中瀝青用量不足；③若墨跡分布均勻，表明瀝青用量適宜，其對(duì)應(yīng)的油石比為最佳配比。對(duì)上述不同比例下紙跡觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5.2%的油石比時(shí)墨跡均勻，確定最佳的冷補(bǔ)料混合料油石比為5.2%[6]。

3 冷補(bǔ)料強(qiáng)度形成機(jī)理

冷補(bǔ)料為瀝青與集料均勻拌和而成的混合料。集料內(nèi)骨架嵌擠作用及其內(nèi)摩擦力是其初始強(qiáng)度的主要誘因，對(duì)其強(qiáng)度產(chǎn)生影響的因素可分為內(nèi)因和外因兩部分。服役過程中，由于自然環(huán)境變化和行車荷載水平變化，冷補(bǔ)料中稀釋劑不斷揮發(fā)，冷補(bǔ)料黏度持續(xù)增大，黏結(jié)力不斷提升，瀝青膠結(jié)材料與礦料骨架嵌擠力作用下，瀝青混合料逐漸趨于穩(wěn)定且強(qiáng)度適中[7]。

3.1 內(nèi)因

（1）礦料級(jí)配。冷補(bǔ)液中稀釋劑的存在導(dǎo)致瀝青混合料使用初期黏結(jié)力與內(nèi)部摩擦力水平相對(duì)不高，骨架內(nèi)集料相互作用與內(nèi)摩擦力形成了初始強(qiáng)度，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇合理集料級(jí)配水平的粗細(xì)骨料提高瀝青混合料的性能。

（2）瀝青黏度。服役過程中，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，瀝青混合料中稀釋劑混發(fā)且隨著車輛荷載水平提升，瀝青膠結(jié)料凝聚水平增大，混合料密實(shí)度提升，內(nèi)摩擦力加大，構(gòu)成了冷補(bǔ)料的最終強(qiáng)度[8]。

（3）集料類型。盡量選擇表面粗糙、棱角突出、均一度不一的堿性集料作為冷補(bǔ)料混合料。

3.2 外因

（1）外界溫度。外界溫度升高，稀釋劑揮發(fā)速度加快，冷補(bǔ)料成型時(shí)間縮短。

（2）混合料壓實(shí)度。壓實(shí)度不足，瀝青混合料的強(qiáng)度下降。

（3）車輛荷載。長(zhǎng)時(shí)間車輛荷載導(dǎo)致混合料黏度增加，集料間內(nèi)摩擦力和嵌擠作用增強(qiáng)，冷補(bǔ)料強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定。

4 冷補(bǔ)料性能評(píng)價(jià)

4.1 黏附性評(píng)價(jià)

以水煮法測(cè)試?yán)溲a(bǔ)瀝青液與不同類型礦料間的黏附性能，結(jié)果顯示冷補(bǔ)料的黏附等級(jí)為5 級(jí)，可滿足瀝青混合料的基本性能要求。

4.2 初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度

維修初期，冷補(bǔ)料中稀釋劑未揮發(fā)，其強(qiáng)度水平較低，隨著時(shí)間進(jìn)展稀釋劑揮發(fā)后，瀝青混合料中的稀釋劑被揮發(fā)，內(nèi)部摩擦力增加，混合料強(qiáng)度提升并逐步達(dá)到成型強(qiáng)度。瀝青路面修補(bǔ)初期，冷補(bǔ)料具備一定強(qiáng)度值，但需加強(qiáng)對(duì)其強(qiáng)度檢測(cè)確保強(qiáng)度滿足行車荷載水平后方可開放交通。

以馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度指標(biāo)對(duì)冷補(bǔ)料初始強(qiáng)度與成型強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示冷補(bǔ)料的初始強(qiáng)度值為3.2 kN，成型強(qiáng)度值為5.5 kN，結(jié)合既往研究結(jié)論，瀝青路面初始馬歇爾強(qiáng)度值需大于2 kN，且成型后瀝青路面混合料馬歇爾穩(wěn)定度需大于4 kN，由此可知，該研究中的冷補(bǔ)料初始強(qiáng)度值與成型強(qiáng)度符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[9]。

4.3 水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性即水泥混合料受水分影響的程度，冷補(bǔ)料多存在耐水性差的缺點(diǎn)，過多的水分會(huì)導(dǎo)致冷補(bǔ)料在填補(bǔ)坑槽的過程中被破壞，導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)裂縫、凹陷等病害。冷補(bǔ)混合料水穩(wěn)定性多采用水煮法試驗(yàn)驗(yàn)證，該方法易受人為因素影響，故該文以熱拌料抗水損害評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，擬定浸水馬歇爾試驗(yàn)法結(jié)合凍融劈裂試驗(yàn)法評(píng)估冷補(bǔ)料水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾試驗(yàn)法和凍融劈裂試驗(yàn)法結(jié)果如表4~5 所示。

表4 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)論

表5 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)表4~5 分析可知，冷補(bǔ)料浸水馬歇爾試驗(yàn)后的殘留度指標(biāo)符合技術(shù)要求，凍融劈裂強(qiáng)度高于技術(shù)指標(biāo)，由此可知，冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性符合技術(shù)要求。

5 冷補(bǔ)料效益分析

5.1 社會(huì)效益

冷補(bǔ)料為綠色環(huán)保新型材料，可作為及時(shí)快速修補(bǔ)路面缺損的高性能材料，混合料拌和溫度與壓實(shí)溫度相比于傳統(tǒng)材料更低，可常溫條件下完成施工，避免了路面病害的持續(xù)進(jìn)展，材料環(huán)保性能強(qiáng)，施工中減少了有害氣體排放及施工對(duì)環(huán)境的污染。冷補(bǔ)料與熱拌瀝青混合料相比可常溫條件下施工，不受季節(jié)因素影響，施工便捷迅速，綠色環(huán)保[10]。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

結(jié)合近一年市場(chǎng)材料行情，預(yù)計(jì)1 t 冷補(bǔ)料花費(fèi)情況如下：①溶劑型冷補(bǔ)料材料成本約625 元，冷補(bǔ)料施工簡(jiǎn)單，人工成本相對(duì)較少；②熱拌和瀝青混合料價(jià)格約400 元，但操作復(fù)雜需應(yīng)用大型設(shè)備和大量人工，雖然冷補(bǔ)料材料價(jià)格高于熱拌瀝青混合料，但綜合分析其經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合實(shí)際情況，該文生產(chǎn)的冷補(bǔ)料社會(huì)效益更突出。

6 工程應(yīng)用

該文以某道路K1+020~K1+220 段為試驗(yàn)段采用冷補(bǔ)料填充路面坑槽，探究冷補(bǔ)料應(yīng)用于項(xiàng)目工程的實(shí)際效果，施工工序如下。

（1）切割槽面。按照?qǐng)A洞方補(bǔ)的原則對(duì)缺損路面需修補(bǔ)區(qū)域開槽，確保槽坑與路面垂直便于后續(xù)冷補(bǔ)瀝青混合料壓實(shí)。

（2）清掃坑槽。及時(shí)將坑槽內(nèi)雜物清理干凈，提高槽底與周邊與冷補(bǔ)料的黏結(jié)度。

（3）涂刷黏層油。刷涂黏層油以提高坑槽與冷補(bǔ)料之間的黏合能力，利用冷補(bǔ)料將坑槽填充至中央以中間突出高于四周呈現(xiàn)為弧形為宜，路面坑槽深度大于5 cm 則采取分層填補(bǔ)壓實(shí)的方案確保每層壓實(shí)厚度小于4 cm。

（4）壓實(shí)。按照邊緣向中間的順序壓實(shí)，確保壓實(shí)后冷補(bǔ)料高于路面約5 mm 便于后續(xù)荷載壓實(shí)，壓實(shí)度達(dá)標(biāo)后可開放交通。

（5）質(zhì)量檢驗(yàn)。對(duì)目標(biāo)路段進(jìn)行6 個(gè)月跟蹤調(diào)查，探究冷補(bǔ)料修補(bǔ)坑槽的實(shí)際應(yīng)用效果，通過檢測(cè)平整度、壓實(shí)度評(píng)估填充修補(bǔ)效果，詳見表6。

表6 冷補(bǔ)料應(yīng)用效果檢測(cè)結(jié)果

分析檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，冷補(bǔ)料修補(bǔ)后路面壓實(shí)度、平整度等指標(biāo)均符合規(guī)范要求，監(jiān)測(cè)期內(nèi)坑槽修補(bǔ)后使用過程中未出現(xiàn)二次裂縫、沉陷、松散等現(xiàn)象，實(shí)際服役效果突出。

7 結(jié)論

綜上所述，熱拌和瀝青混合料應(yīng)用于路面修補(bǔ)具有局限性。該文對(duì)冷補(bǔ)料修補(bǔ)路面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，結(jié)論如下：

（1）通過影響因素分析，指出影響冷補(bǔ)料強(qiáng)度內(nèi)因與外因并明確其強(qiáng)度形成機(jī)制。

（2）室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行冷補(bǔ)料性能評(píng)估，包括黏附性、初期強(qiáng)度、成型強(qiáng)度、水穩(wěn)定性等指標(biāo)，結(jié)果顯示冷補(bǔ)料各項(xiàng)性能突出，均符合技術(shù)規(guī)范要求。

（3）冷補(bǔ)料與熱拌瀝青混合料相比，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)價(jià)值突出，在實(shí)際工程應(yīng)用中效果可觀，可為同類型項(xiàng)目的路面養(yǎng)護(hù)維修提供技術(shù)參考。