蓋衛(wèi)鵬 韓微微

(1.中交第一公路勘察設計研究院有限公司,陜西 西安 710075；2.陜西省公路交通防災減災重點實驗室，陜西 西安 710075； 3.西安公路研究院,陜西 西安 710065)

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溶劑型冷補瀝青混合料強度參數(shù)評價及指標研究

蓋衛(wèi)鵬1，2韓微微3

(1.中交第一公路勘察設計研究院有限公司,陜西 西安 710075；
2.陜西省公路交通防災減災重點實驗室，陜西 西安 710075； 3.西安公路研究院,陜西 西安 710065)

基于冷補瀝青混合料強度變化規(guī)律，從冷補混合料的初始強度、成型強度以及強度成型速度等方面，探討了冷補瀝青混合料強度參數(shù)的評價方法及指標要求，通過設置不同試驗條件下的改進型馬歇爾試驗，同時結(jié)合冷補瀝青混合料性能要求，提出了適合于冷補瀝青混合料使用要求的強度指標。

冷補瀝青混合料,強度,評價指標，馬歇爾試驗

冷補瀝青混合料是一種新型瀝青路面坑槽病害養(yǎng)護修補材料，使用時不受現(xiàn)場環(huán)境溫度影響，可以隨時根據(jù)修補需求取用，方便快捷。冷補瀝青混合料的使用條件不同于熱拌瀝青混合料，為保證冷補瀝青結(jié)合料在常溫或低溫環(huán)境下具有比熱拌瀝青更優(yōu)的流動性，冷補結(jié)合料中一般均含有一定量的稀釋劑。由于冷補結(jié)合料技術(shù)性能特性，其強度變化也與熱拌瀝青混合料不同。本文結(jié)合改進型馬歇爾穩(wěn)定度試驗方法，針對冷補瀝青混合料強度指標進行研究評價，提出不同強度指標要求。

1 冷補瀝青混合料強度變化規(guī)律

1)儲存階段。存儲階段的冷補瀝青混合料由于未充分碾壓受力，混合料顆粒間尚未緊密接觸并嵌擠密實，此時內(nèi)摩阻角φ較??；存儲階段冷補結(jié)合料中稀釋劑尚未揮發(fā)，冷補結(jié)合料粘結(jié)強度較低，粘結(jié)力c值較小。此階段由于粘結(jié)力c值與內(nèi)摩阻角φ均未開始增長，混合料顆粒間相互作用較小，不會相互粘結(jié)成型形成強度，顆粒間彼此分離，呈疏松狀態(tài)，能夠長期存儲而不影響后期使用。

2)攤鋪壓實階段。冷補瀝青混合料攤鋪壓實到坑槽內(nèi)，在碾壓外力的充分作用下，混合料顆粒間能夠充分接觸且嵌擠密實形成骨架，摩阻角φ值變大。由于冷補結(jié)合料中稀釋劑尚未開始揮發(fā)，冷補結(jié)合料的粘結(jié)力依舊很小，粘結(jié)力c仍難以達到強度要求。相比存儲階段，攤鋪壓實階段由于冷補瀝青混合料顆粒間的骨架效應，已產(chǎn)生了一定使用強度，同時在坑槽壁側(cè)向約束下，混合料具備了初始強度，能夠有效抵抗外部車輛的垂直荷載作用。

3)使用階段。冷補瀝青混合料使用到路面坑槽內(nèi)以后，在車輛荷載以及外界環(huán)境作用下，混合料粘結(jié)力c值與內(nèi)摩阻角φ值均逐漸增長。經(jīng)過一段時間后，基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，此時冷補瀝青混合料強度基本形成，能夠有效抵抗車輛荷載作用。

由以上冷補瀝青混合料強度變化規(guī)律可知，其強度形成與熱拌瀝青混合料具有顯著不同。影響冷補瀝青混合料強度的粘結(jié)力c值和摩阻角φ值會隨著外部環(huán)境條件變化而變化，冷補瀝青混合料的強度變化也呈現(xiàn)階段性變化，使得冷補瀝青混合料具有初始強度、成型強度及強度成型速度等三個強度參數(shù)。

2 冷補瀝青混合料的分類及組成選擇

2.1 冷補瀝青混合料的分類

冷補瀝青混合料根據(jù)使用環(huán)境溫度范圍，分為5 ℃～30 ℃的常溫型冷補瀝青混合料以及-30 ℃～5 ℃的低溫型冷補瀝青混合料。兩種冷補瀝青混合料由于冷補結(jié)合料配方組成不同，技術(shù)性能也存在一定區(qū)別，本文將分別針對兩種冷補瀝青混合料進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗研究。

2.2 冷補瀝青混合料的原材料選擇

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1)瀝青及礦料。瀝青材料及礦料的選用應符合JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中關(guān)于基質(zhì)瀝青、礦料的相關(guān)技術(shù)要求。

2)冷補添加劑。冷補添加劑采用復合式改性材料，由多種有機高分子改性材料以及稀釋劑復配組成。主要作用是改善原有瀝青結(jié)合料技術(shù)性能，諸如通過稀釋劑組分調(diào)節(jié)冷補結(jié)合料低溫流動性，通過增粘改性劑組分調(diào)節(jié)冷補瀝青混合料高溫穩(wěn)定性等。

3 冷補瀝青混合料初始強度指標評價

3.1 初始強度試驗方法

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中馬歇爾試驗方法，結(jié)合冷補瀝青混合料的技術(shù)特性，采用改進型試驗方法對冷補瀝青混合料的初始強度進行評價。

1)常溫型(5 ℃～30 ℃)冷補瀝青混合料初始強度指標評價方法。

按照要求拌制一定量冷補瀝青混合料，待其溫度降至室溫時，取900 g左右在室溫下裝入馬歇爾試模中，然后雙面各擊實75次脫模進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 常溫型冷補瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

2)低溫型(-30 ℃～5 ℃)冷補瀝青混合料初始強度指標評價方法。

由于低溫型冷補瀝青混合料的使用環(huán)境溫度較低，為符合實際使用環(huán)境溫度條件，對初始強度評價試驗方法進行優(yōu)化改進。按照要求拌制一定量冷補瀝青混合料，首先將其放置于5 ℃的溫控箱中6 h左右，然后取一定量成型馬歇爾試件，雙面各擊實75次后脫模進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗。

試驗結(jié)果如表2所示。

表2 低溫型冷補瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

3.2 初始強度試驗結(jié)果分析

由以上試驗結(jié)果可以看出，由于低溫型冷補瀝青混合料與常溫型冷補瀝青混合料的試驗溫度不同，低溫環(huán)境下冷補結(jié)合料的粘結(jié)強度大于常溫環(huán)境，使得低溫型初始強度高于常溫型。常溫型冷補瀝青混合料的初始強度平均可達到2.6 kN左右，而低溫型可達到3.44 kN左右?，F(xiàn)結(jié)合冷補瀝青混合料在存儲性、工作性等方面要求，對初始強度提出指標要求，初始強度應保證大于2.5 kN，小于3.5 kN為宜。

4 冷補瀝青混合料成型強度指標評價

4.1 成型強度試驗方法

成型強度試驗方法根據(jù)冷補瀝青混合料強度形成特點進行改進，即確保稀釋劑基本揮發(fā)后且混合料得到一定程度壓實成型。按照要求配置冷補瀝青混合料并制作馬歇爾試件，雙面先各擊實50次后連同試模以側(cè)面豎立方式放置于110 ℃烘箱中48 h，模擬冷補瀝青混合料攤鋪到路面上后第一階段成型過程。烘箱取出再雙面各擊實25次，再連同試模一起置于室溫下48 h，脫模在60 ℃恒溫水槽中養(yǎng)生30 min，模擬冷補瀝青混合料攤鋪到路面上后第二階段成型過程。最后進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 成型強度試驗結(jié)果

4.2 成型強度試驗結(jié)果分析

成型強度指標對于冷補瀝青混合料的后期使用耐久性至關(guān)重要，現(xiàn)由以上試驗結(jié)果可以看出，冷補瀝青混合料的最終強度可以達到5 kN以上。對于冷補瀝青混合料成型強度，國內(nèi)做出了一定規(guī)定要求，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定冷補瀝青混合料應有足夠的粘聚性，其馬歇爾試驗穩(wěn)定度宜不小于3 kN。本文根據(jù)成型強度試驗結(jié)果，綜合考慮冷補瀝青混合料使用耐久性，成型強度應大于5 kN，以更好地抵抗車輛及外部環(huán)境因素作用。

5 冷補瀝青混合料強度形成速度指標評價

5.1 強度形成速度試驗方法

由冷補瀝青混合料強度變化規(guī)律可知，最終使用強度形成具有時間性。低溫型與高溫型由于結(jié)合料中稀釋劑用量不同而成型速度也不同，同時外界環(huán)境條件對于強度形成速度影響較大。為合理評價冷補瀝青混合料強度形成速度指標，需根據(jù)冷補瀝青混合料強度形成特性進行試驗條件設定：

1)常溫型冷補瀝青混合料。

按照要求配置冷補瀝青混合料并制作15個～20個馬歇爾試件，脫模后放置于室外常溫環(huán)境中，保證稀釋劑能夠在室外自然揮發(fā)，每隔一段時間測定試件馬歇爾穩(wěn)定度值。試驗結(jié)果如表4所示。

表4 常溫型冷補瀝青混合料強度成型速度試驗結(jié)果

2)低溫型冷補瀝青混合料。

按照要求配置冷補瀝青混合料并制作15個～20個馬歇爾試件，脫模后放置于5 ℃的恒溫箱內(nèi)，保證稀釋劑能夠在要求溫度環(huán)境下自然揮發(fā)，每隔一段時間測定試件馬歇爾穩(wěn)定度值。試驗結(jié)果如表5所示。

表5 低溫型冷補瀝青混合料強度成型速度試驗結(jié)果

5.2 強度形成速度試驗結(jié)果分析

由表4可以看出，常溫型冷補瀝青混合料由于環(huán)境溫度高，稀釋劑組分揮發(fā)較快，經(jīng)過7 d左右時間基本可以達到成型強度要求。經(jīng)過30 d左右時間混合料強度就可達到穩(wěn)定值6 kN左右，最終強度能夠完全滿足冷補瀝青混合料使用要求。由表5可以看出，低溫型冷補瀝青混合料由于環(huán)境溫度較低，稀釋劑組分揮發(fā)較慢，經(jīng)過約15 d時間才能達到成型強度要求。同時最終成型強度也低于常溫型冷補瀝青混合料，原因是由于低溫環(huán)境下稀釋劑組分無法完全揮發(fā)而殘留于瀝青中造成的。

由以上試驗結(jié)果可以看出，冷補瀝青混合料其成型強度均可以達到要求的5 kN，而且強度能夠較快形成，確?；旌狭喜粫谲囕v荷載或外界環(huán)境因素的影響下產(chǎn)生二次病害。

6 結(jié)語

對溶劑型冷補瀝青混合料的強度評價方法及指標進行試驗研究，冷補瀝青混合料不同階段強度指標可采用改進型的馬歇爾穩(wěn)定度試驗進行評價。研究結(jié)果表明：冷補瀝青混合料的初始強度應保證不小于2.5 kN，不大于3.5 kN；成型強度應不小于5 kN，不同類型冷補瀝青混合料強度速度不同，常溫型在7 d后即可達到要求強度，而低溫型則需要15 d左右才能達到要求強度。

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[4] 胡 丹．瀝青路面坑槽冷補材料研究[D].長沙：長沙理工大學碩士論文，2008.

Research on strength parameters evaluation and index of solvent cold patching asphalt mixture

Ge Weipeng1,2Han Weiwei3

(1.CCCCFirstHighwaySurveyandDesignInstituteLimitedCompany,Xi’an710075,China; 2.ShaanxiRoadTrafficDisaterPreventionandMitigationKeyLaboratory,Xi’an710075,China; 3.Xi’anHighwayResearchInstitute,Xi’an710065,China)

Analysis of material strength variation of cold patch asphalt mixture based on the experimental research carried out from the aspects of cold patching mixture initial strength, strength and strength of molding forming speed, discusses the assessment methods and indexes of cold patch material strength parameters of asphalt mixture. By setting up the improved Marshall test method under different test conditions, and combining with the performance requirements of cold patching asphalt mixture, puts forward the strength index suitable for cold patching asphalt mixture.

cold patch asphalt mixture， strength parameter， evaluating indicator, Marshall test

1009-6825(2017)09-0103-02

2017-01-06

蓋衛(wèi)鵬(1984- ),男,碩士,工程師; 韓微微(1984- )，女，工程師

TU535

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