甘 偉，李家龍

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，重慶 400067; 2.重慶奉建高速公路有限公司，重慶 404600)

近年來，隨著科技的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，我國的交通基礎(chǔ)建設(shè)經(jīng)歷了跨越式發(fā)展，隨之而來的瀝青路面早期病害如坑槽、裂縫、松散等給公路養(yǎng)護行業(yè)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)?？硬圩鳛樵缙诼访娌『χ唬湫纬裳杆?、蔓延速度快，而冷補瀝青混合料作為坑槽修補的一種方法，因其施工簡便、不受氣候影響等優(yōu)點，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

目前，國內(nèi)外專家學(xué)者對冷補瀝青混合料進行了大量研究。Biswas S等[1]將基質(zhì)瀝青、增塑劑、改性劑等混合制得冷補液，并用開級配的堿性集料混合成冷補瀝青混合料，可避免鋪灑粘層油，且具有較強的保質(zhì)期；Shin O C等[2]研制了常溫型和低溫型2種冷補瀝青混合料，可在惡劣環(huán)境下施工；Ferrotti G等[3]對2種冷補瀝青混合料施工后的殘存率進行了跟蹤觀測，表明其殘存率為普通冷補瀝青混合料的3倍；李峰等[4-6]在配制若干種冷補料的前提下，提出了新的評價指標和體系，在北京干線道路驗證了其具有很強的實用性；李加等[7-9]研究表明，集料的級配、粉膠比、纖維添加量對冷補瀝青混合料的性能均有較大影響，通過分析試驗數(shù)據(jù)，得出了最優(yōu)級配、粉膠比及纖維添加量；譚憶秋等[10]研制了針對冰凍地區(qū)的抗凍型冷補瀝青混合料，并得出了材料的最優(yōu)配合比；馬全紅等[11]利用多種礦物粘土和生物重油研發(fā)了新型冷補瀝青混合料，并經(jīng)試驗驗證了其性能優(yōu)良；張爭奇等[12-13]提出了溶劑型冷補瀝青混合料，并指出其具有良好的路用性能；程谞等[14]分析了特殊路段瀝青路面抗滑性能修復(fù)技術(shù)；陳淼滎[15]分析了水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青的粘附性能。但目前橡膠顆粒冷補混合料的研制與性能分析卻鮮有報道。為此，本文對橡膠顆粒冷補瀝青混合料的制備及路用性能進行了研究。

1 試驗材料

1.1 原材料

1)基質(zhì)瀝青

制備橡膠顆粒冷補瀝青混合料的基質(zhì)瀝青，采用購自山東某公司產(chǎn)的90#道路瀝青，參考JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[16]及JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[17]對基質(zhì)瀝青的基本性能進行了測試，結(jié)果見表1。

表1 瀝青基本性能指標

2)集料

試驗集料為石灰?guī)r和花崗巖，級配類型采用目前我國公路建設(shè)使用最多的AC-13密級配，其級配曲線如圖1所示。

圖1 AC-13密級配曲線

3)橡膠顆粒

試驗所采用的橡膠顆粒從廢棄輪胎中獲取，如圖2所示，經(jīng)測定其彈性恢復(fù)性好、硬度大，且細長扁平顆粒含量遠小于10%，其指標檢測結(jié)果見表2。

圖2 橡膠顆粒照片

表2 橡膠顆粒性能檢測結(jié)果

4)冷補液改良劑

冷補液的改良劑采用滲透率較低，但可顯著增強冷補液與集料粘附性的乙烯基玻璃鱗片膠泥，粘度高、吸附性強的EC-1高性能界面處理劑以及增塑效率高的ATBC增塑劑等，為簡明表述這3個改良劑，分別用A、B、C表示(下同)，可以顯著增強冷補液的性能。

1.2 冷補液制備

試驗冷補液的制備，采用90%的基質(zhì)瀝青，2%的阻聚劑，其余為改良劑。將基質(zhì)瀝青加熱到150 ℃～160 ℃后，加入2%的阻聚劑，將改良劑按照比例加入后采用高速瀝青剪切儀剪切30 min，然后在150 ℃恒溫箱中養(yǎng)生1 h后備用。

2 試驗設(shè)計及方法

2.1 材料配比最優(yōu)化

1)冷補液改良劑的最優(yōu)配合比確定

為得到冷補液改良劑的最優(yōu)配合比，設(shè)定了冷補液改良劑A∶B∶C分別為2∶2∶4、1.5∶3.5∶3、2.5∶2∶3.5三個配合比。按上述冷補液制備方法制備，將水煮法測定冷補液與集料的粘附性以及橡膠顆粒冷補瀝青混合料的水穩(wěn)定性作為評價指標。每種配合比進行2組試驗，試驗數(shù)值取均值。

2)最佳橡膠顆粒摻量確定

為確定橡膠顆粒瀝青冷補混合料最佳橡膠顆粒摻量，設(shè)定了4種橡膠顆粒摻加量分別為0%、2%、4%、6%，并模擬了橡膠顆粒冷補瀝青混合料對瀝青路面坑槽的修補。步驟如下：(1)利用輪碾機制得車轍板試件；(2)將車轍板放入烘箱中90 ℃恒溫軟化1 h；(3)利用工具在車轍板中間部位挖出10 cm×10 cm的坑槽，將拌制完成的橡膠顆粒冷補瀝青混合料填入坑槽，在輪碾機上碾壓至平整；(4)隨后放至車轍試驗儀上進行軸載為780 N的車轍試驗，測得1 h后的豎向變形量；(5)對相同試件進行急速磨耗試驗，確定不同次數(shù)下擺值(BPN)的衰變速率，用以確定橡膠顆粒的最佳添加量。

2.2 橡膠顆粒冷補瀝青混合料的性能影響分析

1)不同坑槽尺寸下的豎向變形量

為探明坑槽尺寸對橡膠顆粒冷補瀝青混合料性能的影響，按2.1節(jié)中的制樣方法制得車轍板試件后，分別選取 15 cm×6 cm×4 cm、15 cm×10 cm×4 cm、15 cm×14 cm×4 cm三種尺寸的坑槽，測定采用橡膠顆粒冷補瀝青混合料修補坑槽的豎向變形量。

2)不同溫度下的豎向變形量

經(jīng)2.1節(jié)分析，最優(yōu)坑槽尺寸為15 cm×10 cm×4 cm，為了分析溫度對橡膠顆粒冷補瀝青混合料性能的影響，采用最優(yōu)坑槽尺寸且試驗溫度為10 ℃、20 ℃、30 ℃進行車轍試驗，測得其豎向變形量。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 最優(yōu)配合比

1)冷補液裹覆率

選用冷補液改良劑A∶B∶C為2∶2∶4、1.5∶3.5∶3、2.5∶2∶3.5三個配合比按照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[16]規(guī)定測定了不同改良劑配合比的冷補液裹覆率，試驗結(jié)果見表3。

表3 不同改良劑配合比摻量的冷補液裹覆率 %

由表3可見，改良劑A∶B∶C為1.5∶3.5∶3具有更高的冷補液裹覆率，平均值為96%，較其他組改良劑高，因此，確定改良劑的最佳配合比A∶B∶C為 1.5∶3.5∶3。

2)不同橡膠顆粒摻量的豎向變形量

選取 0%、2%、4%、6%四種摻量的橡膠顆粒制備橡膠顆粒冷補瀝青混合料，并模擬修補坑槽，且進行車轍試驗，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同橡膠顆粒摻加量的混合料試件豎向變形量

由圖3可見，不同橡膠顆粒摻量，試件豎向變形趨勢有一定的相似性。當加載 1 h時，試件豎向變形量都較小，但添加了橡膠顆粒試件的豎向變形量都比未摻加的更小，說明添加橡膠顆粒可減小混合料豎向變形，且當其添加量為4%時，變形量最小，因此可確定橡膠顆粒的最優(yōu)摻加量為4%。

3)不同橡膠顆粒摻量下抗滑性能衰變規(guī)律

4種摻量下冷補瀝青混合料抗滑性能衰變?nèi)鐖D4所示。

圖4 不同橡膠顆粒摻量下的混合料試件擺值衰變曲線

圖4表明，4種摻量下擺值衰變特點為先快后慢，最后趨于穩(wěn)定，且4%摻量的橡膠顆粒混合料擺值保有量最大。這是因為一定比例的橡膠顆粒替代部分細集料，使得混合料抗滑性能衰減程度減緩，也說明了橡膠顆粒的添加可提升冷補瀝青混合料的耐久性，且橡膠顆粒摻量為4%時，其效果最佳。

3.2 橡膠顆粒冷補瀝青混合料路用性能分析

1)高溫穩(wěn)定性

(1)坑槽尺寸的影響

選取 15 cm×6 cm×5 cm、15 cm×10 cm×5 cm、15 cm×14 cm×5 cm三種尺寸的坑槽進行車轍試驗，初步設(shè)定試驗溫度為20 ℃，加載時間為1 h，取坑槽寬度為尺寸影響因素，試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同坑槽尺寸下混合料試件豎向變形量

由圖5可知，在加載初期，豎向變形增長較快，坑槽寬度為14 cm時，在加載1 h后其豎向變形量達7.86 mm，但未趨于穩(wěn)定；坑槽寬度為10 cm時，在加載中后期豎向變形量趨于穩(wěn)定；坑槽寬度為6 cm時，加載15 min后豎向變形量趨于穩(wěn)定。說明在相同軸載和溫度下，豎向變形量隨試件坑槽尺寸的增大而逐漸增大，且隨加載時間的延長和試件坑槽尺寸的加大而加快。

(2)溫度的影響

選取冷補液改良劑配合比A∶B∶C為1.5∶3.5∶3進行車轍試驗，橡膠顆粒摻量為4%，坑槽尺寸為 15 cm×6 cm×5 cm，設(shè)定試驗溫度為10 ℃、20 ℃、30 ℃，試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同溫度下冷補瀝青混合料豎向變形量

圖6表明，隨著試驗溫度的升高，豎向變形量逐漸增大，究其原因一是溫度升高致使冷補液改良劑揮發(fā)，二是溫度升高冷補液變軟導(dǎo)致豎向變形過大。其中30 ℃溫度條件下車轍板豎向最大變形量為1.93 mm?？梢?，橡膠顆粒冷補瀝青混合料具有較好的溫度穩(wěn)定性。

2)水穩(wěn)定性

目前，評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的方法有很多，本文參考JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[17]，采用馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比來評價冷補瀝青混合料的水溫定性，試驗結(jié)果見表4。

由表4可知，冷補瀝青混合料混合料殘留穩(wěn)定度和劈裂強度比均滿足JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[17]中大于80%的要求，且具有良好的水穩(wěn)定性。

表4 凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗結(jié)果

3)低溫抗裂性

本文參照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[17]中T0715“瀝青混合料的彎曲試驗方法”，測定冷補瀝青混合料的低溫抗裂性，試驗結(jié)果見表5。

表5 冷補瀝青混合料低溫性能試驗結(jié)果

由表5可知，瀝青混合料彎拉破壞應(yīng)變值在摻量為4%時最大，為3 604 με，滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[16]中大于2 500 με的技術(shù)要求，說明該瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性。

4 結(jié)論

1)冷補液改良劑A∶B∶C的配合比對橡膠顆粒冷補瀝青混合料的集料裹覆性有一定影響，其最佳配合比為1.5∶3.5∶3。

2)不同摻量的橡膠顆粒，試件的豎向變形規(guī)律和抗滑性能衰變規(guī)律呈一定的相似性，橡膠顆粒的添加可有效增強橡膠顆粒冷補瀝青混合料的抗豎向變形能力及抗滑性能保持能力。

3)相同軸載和溫度下，豎向變形量隨坑槽尺寸的增大而逐漸增大，隨著試驗溫度的升高，豎向變形量增大，且隨加載時間延長，豎向變形速度也隨尺寸的增大而加快?？硬蹖挾仍酱?，豎向變形穩(wěn)定周期越長，在實際施工過程中，應(yīng)注意控制挖補坑槽的寬度。

4)經(jīng)室內(nèi)車轍試驗測試分析，冷補瀝青混合料具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能。

5)在今后的研究中，還需進一步研究坑槽修補后，在槽壁約束作用下，橡膠顆粒冷補瀝青混合料的復(fù)合受力情況，建立相關(guān)模型，探析其受力機理。