黃強(qiáng)

（贛州市公路發(fā)展中心瑞金分中心，江西 瑞金 342500）

0 引言

冷補(bǔ)瀝青混合料主要由瀝青、級配集料、冷補(bǔ)添加劑及稀釋劑等拌制而成，通過混合中冷補(bǔ)瀝青組分配比的調(diào)整，可以滿足不同季節(jié)、不同溫度環(huán)境下的施工需要，尤其適用于低溫季節(jié)及雨雪天氣病害路段的修補(bǔ)?，F(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTGD50—2017）以及《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20—2011）對冷補(bǔ)瀝青混合料路用性能試驗方法的規(guī)定較為籠統(tǒng)，已經(jīng)無法滿足冷補(bǔ)瀝青混合料在我國中西部地區(qū)病害瀝青路面維修養(yǎng)護(hù)方面的需要。為此，必須結(jié)合相關(guān)實踐，加強(qiáng)對冷補(bǔ)瀝青混合料低溫黏聚性、成型穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度、浸水殘留穩(wěn)定度等性能參數(shù)的試驗與控制，從而為提升冷補(bǔ)瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工效果提供保證。

1 冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度成型機(jī)理

冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度形成過程和熱瀝青混合料存在較大不同，冷補(bǔ)瀝青混合料主要使用的是熱塑性消失后的改性材料。在施工時，隨著攤鋪碾壓過程的進(jìn)行，冷補(bǔ)瀝青混合料被擠壓和填充至坑槽內(nèi)部各個縫隙，在此后的行車反復(fù)碾壓及自然蒸發(fā)的作用下，混合料中溶劑持續(xù)揮發(fā)，瀝青材料的黏稠度也因此提高，冷補(bǔ)瀝青混合料內(nèi)部的間隙持續(xù)減小，其中的集料顆粒更加均勻、緊湊分布。以上過程約為8d，在此期間，單位路面面積中的冷補(bǔ)瀝青混合料含量不斷增大，填補(bǔ)后的坑槽表面瀝青混合料綿軟的感覺將持續(xù)消失，并在此后的100d時間內(nèi)混合料強(qiáng)度持續(xù)增大，瀝青路面路用性能也達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)[1]。

通過以上分析可以看出，冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度的形成分為兩個階段：一是因瀝青材料的黏附性及混合料自身作用，礦料間黏聚力和黏附作用持續(xù)增大，并最終形成有機(jī)整體；二是行車反復(fù)碾壓的影響，使集料顆粒間的間隙持續(xù)減小，摩擦力和強(qiáng)度增大。通過以上兩個階段，冷補(bǔ)瀝青混合料形成初期強(qiáng)度，以承受行車荷載。

冷補(bǔ)瀝青混合料低溫和易性也被稱為混合料的疏松性。一般情況下瀝青混合料和易性是其材料攤鋪前以及攤鋪過程中攤鋪、碾壓施工難易程度的體現(xiàn)，如果冷補(bǔ)瀝青混合料易于鏟挖、刮平、壓實等操作，則表明其和易性較好。為使冷補(bǔ)瀝青混合料路面修補(bǔ)結(jié)束后能夠承載行車反復(fù)輪載，防止因混合料強(qiáng)度過低而引發(fā)混合料推移、擁包，必須保證冷補(bǔ)瀝青混合料達(dá)到設(shè)計初始強(qiáng)度。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

某二級公路工程位于我國中西部地區(qū)，冬季寒冷，凍土區(qū)年最低溫度達(dá)到-14.5℃，該公路由于處于低溫環(huán)境，瀝青路面出現(xiàn)裂縫病害的可能性較大，裂縫遭遇雨雪侵蝕后，在行車荷載的反復(fù)碾壓作用下，引發(fā)坑槽、松散、唧漿。該公路段道路運(yùn)行形勢嚴(yán)峻，各養(yǎng)護(hù)路段跨度大、養(yǎng)護(hù)里程長，加之當(dāng)前公路管理部門配置的養(yǎng)護(hù)設(shè)備性能較低，養(yǎng)護(hù)任務(wù)十分艱巨。常規(guī)熱補(bǔ)技術(shù)在應(yīng)用過程中受冬季低溫環(huán)境的影響，導(dǎo)致熱拌瀝青難以正常使用。為此，對該病害路段采用冷補(bǔ)瀝青混合料養(yǎng)護(hù)工藝。

2.2 冷補(bǔ)瀝青混合料配合比設(shè)計

2.2.1 原材料選用

該公路段冷補(bǔ)瀝青混合料生產(chǎn)主要使用基質(zhì)瀝青、礦料、稀釋劑和冷補(bǔ)添加劑等原料。以上原料按照一定配合比和制備溫度進(jìn)行拌制，所以混合料的性能在很大程度上取決于各原料性能。

（1）基質(zhì)瀝青：該公路段結(jié)合工程實際，采用AH-110#瀝青，瀝青材料25℃針入度為109.0（0.1mm），針入度指數(shù)-0.38，軟化點43.4℃，5℃延度為27.6cm，旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱殘留物實驗的針入度比為71.1%、15℃延度為81.4mm。各項性能均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40—2017）中提出的道路石油瀝青技術(shù)要求。

（2）礦料：該公路段使用工程所在地產(chǎn)細(xì)砂和礫石為集料，考慮工程所在地其余公路病害修補(bǔ)用熱拌瀝青混合料中通常不摻加礦粉，因此，該路段冷補(bǔ)瀝青混合料制備時也不使用礦粉，僅使用粒徑10～25mm的粗集料和粒徑3～5mm及0～3mm的細(xì)砂。集料篩分結(jié)果見表1。

表1 集料篩分結(jié)果

（3）稀釋劑：因冷補(bǔ)添加劑具有較大的初始黏度，不方便添加，因此在添加劑使用前必須通過符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的0#柴油作為稀釋劑進(jìn)行稀釋。該型號柴油閃點為63℃，20℃運(yùn)動黏度8mm2/s，冷濾點-1℃，20℃密度為0.87g/cm3，凝固點為-4℃。

（4）冷補(bǔ)添加劑：該病害路段養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)使用的是自主研發(fā)冷補(bǔ)添加劑，25℃黏度不高于1.5Pa.s，密度為0.915g/cm3，外觀形態(tài)為棕褐色液體，固含量不低于75%，閃點為170℃。

2.2.2 配合比設(shè)計

修補(bǔ)病害路段坑槽時應(yīng)結(jié)合坑槽深度確定冷補(bǔ)瀝青混合料配合比。對深度不大且病害不嚴(yán)重的坑槽應(yīng)采用細(xì)粒式冷補(bǔ)瀝青混合料，而對于深度大、病害面積大的坑槽，應(yīng)采用粗粒式或中粒式冷補(bǔ)瀝青混合料。冷補(bǔ)瀝青混合料在較低環(huán)境溫度下壓實后會存在較大孔隙率，坑槽底部冷補(bǔ)瀝青混合料因包含一定的稀釋劑成分，強(qiáng)度增長緩慢，所以對面積及深度較大的坑槽一次填補(bǔ)后，底部混合料強(qiáng)度低。為此，對于深度大的嚴(yán)重坑槽必須按照3～5cm的厚度分層攤鋪和碾壓，并加強(qiáng)混合料粒徑控制，深坑槽和淺坑槽修補(bǔ)粒徑應(yīng)不得超出13.2mm和4.75mm[4]。

根據(jù)試驗，油石比取4.9%、5.2%和5.5%時的冷補(bǔ)瀝青混合料存儲后出現(xiàn)疏松性特征，且無明顯結(jié)團(tuán)，而油石比取5.8%和6.0%時混合料因瀝青用量較大而出現(xiàn)不同程度的結(jié)團(tuán)。對油石比4.9%、5.2%和5.5%的混合料因瀝青用量不同而具有不同的初始強(qiáng)度，并隨著瀝青用量的增加，其初始強(qiáng)度呈增大趨勢，且其穩(wěn)定度在瀝青用量為5.5%時達(dá)到最大。該公路兩種類型冷補(bǔ)瀝青混合料配比結(jié)果具體見表2。

表2 兩種類型冷補(bǔ)瀝青混合料配比

2.3 混合料生產(chǎn)

冷補(bǔ)瀝青混合料性能受到材料配比、材料性能、存儲方式以及混合料制備過程中的瀝青加熱溫度、礦料加熱溫度、拌和溫度等影響較大，為此必須從以上環(huán)節(jié)出發(fā)，保證冷補(bǔ)瀝青混合料品質(zhì)性能。

該病害路段采用生產(chǎn)能力20t的強(qiáng)制式間歇性熱拌瀝青拌和樓進(jìn)行冷補(bǔ)瀝青混合料生產(chǎn)，考慮添加劑具備較大的初始黏度，因此應(yīng)在拌和開始前先按設(shè)計要求稀釋添加劑。柴油添加劑用量為瀝青混合料的40%～60%。拌和前還必須全面調(diào)試拌和設(shè)備的性能，避免出現(xiàn)礦料級配大幅度波動。此次使用AH-110#瀝青，應(yīng)將瀝青加熱溫度控制在120～125℃，礦料由于含水量不高，加熱溫度應(yīng)為75～91℃。瀝青混合料拌和溫度應(yīng)控制在95℃左右，如果溫度過高，可能會破壞添加劑的有效成分，影響改性效果；引發(fā)添加劑中可燃物質(zhì)揮發(fā)，不利于施工安全。相反，如果混合料拌和溫度過低，則會因礦料含水量大或瀝青黏度過高而降低瀝青和礦料之間的黏附性。待達(dá)到預(yù)定時間后出料，該公路冷補(bǔ)瀝青混合料的出料溫度應(yīng)不超出90～100℃的范圍。

2.4 混合料存儲

冷補(bǔ)瀝青混合料中包含的揮發(fā)性輕質(zhì)油分是保持該混合料路用性能的關(guān)鍵組分，如果將制備完成的混合料長期裸露放置，其中所含輕質(zhì)油分必將快速揮發(fā)，甚至因外接環(huán)境溫濕度、日照等條件的改變，使混合料出現(xiàn)黏結(jié)團(tuán)粒、結(jié)塊硬化，造成混合料無法使用。為此，必須加強(qiáng)冷補(bǔ)瀝青混合料的存儲，該病害路段可以采取的混合料存儲方式有兩種：一是長期袋裝存儲，二是短期堆放存儲。

2.5 冷補(bǔ)瀝青混合料施工

2.5.1 坑槽處理

在修補(bǔ)病害路面前必須對病害處開槽處理，在確定坑槽深度的基礎(chǔ)上，劃出平行或垂直于路面中心線的開槽修補(bǔ)線，并保證修補(bǔ)線每邊占據(jù)完好路面8～10cm，以確保將病害路面松散、破舊混合料徹底挖除。成型后的坑槽壁面應(yīng)垂直于路平面，坑槽底部的穩(wěn)定性和平整性應(yīng)符合設(shè)計要求，以準(zhǔn)確確定攤鋪施工量，增強(qiáng)冷補(bǔ)混合料和原路面結(jié)構(gòu)的黏結(jié)，防止養(yǎng)護(hù)結(jié)束后運(yùn)行過程中，修補(bǔ)過的路面在車輛荷載反復(fù)作用下剝離、脫落。該病害路段坑槽開挖采用切割機(jī)，在開挖前沿修補(bǔ)線先切割出整齊的切割縫，再通過破碎機(jī)破碎坑槽內(nèi)的舊瀝青混合料。

2.5.2 噴灑黏層油

通過破碎機(jī)和切割機(jī)將病害瀝青路面裂縫、坑洞、坑槽等部位開槽處理后，向坑槽壁面和底面均勻噴灑一層黏層油，將坑槽內(nèi)表面裸露的石料完全浸潤后再填補(bǔ)冷補(bǔ)瀝青混合料。

2.5.3 攤鋪

在攤鋪冷補(bǔ)瀝青混合料前應(yīng)根據(jù)待修補(bǔ)坑槽實際尺寸、體積及病害嚴(yán)重程度等，通過待修補(bǔ)坑槽體積與冷補(bǔ)瀝青混合料壓實成型后的實際密度、松鋪系數(shù)等準(zhǔn)確確定混合料投料量。按照確定出的量投料進(jìn)行坑槽攤鋪，保證填滿并攤鋪后的坑槽中央呈弧形，高度略高于四周路面。

考慮冷補(bǔ)瀝青混合料在施工初期強(qiáng)度低，產(chǎn)生車轍的可能性較大，為此在攤鋪過程中必須適當(dāng)減少混合料中的稀釋劑摻加量。松鋪系數(shù)的取值應(yīng)以坑槽攤鋪后高度超出原路面2.0～3.0cm為宜，此后在行車的反復(fù)碾壓下，稀釋劑逐漸揮發(fā)，冷補(bǔ)瀝青混合料的密實度、強(qiáng)度等也持續(xù)增大，按照現(xiàn)在的交通規(guī)模，該病害路段通車1年后修補(bǔ)路面高度將會下降，直至與原路面齊平。對深度超出5cm的坑槽，必須分成3～5層進(jìn)行修補(bǔ)，并分層攤鋪和壓實。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)該公路工程施工實踐并結(jié)合原材料市場價格變化，生產(chǎn)冷補(bǔ)瀝青混合料的原材料價格統(tǒng)計見表3。通過表中統(tǒng)計資料及分析結(jié)果可以看出，生產(chǎn)每噸冷補(bǔ)瀝青混合料所需原材料的價格為320.485元/t，比熱拌瀝青混合料高。

表3 生產(chǎn)冷補(bǔ)瀝青混合料的原材料價格

但是在冷補(bǔ)瀝青混合料施工過程中能耗將大幅降低，有助于能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，并能一次性大規(guī)模生產(chǎn)，按要求儲存后隨用隨取。施工結(jié)束后可立即開放交通，對環(huán)境溫度較低的地區(qū)或時間段內(nèi)病害瀝青路面的養(yǎng)護(hù)十分適用。結(jié)合對病害路段的考察發(fā)現(xiàn)，冬季產(chǎn)生的坑槽等病害如果不及時修補(bǔ)，次年春季坑槽面積會快速擴(kuò)大，在雨雪等滲入坑槽地基后，會引發(fā)多坑槽聚集。

4 結(jié)語

綜上所述，冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度及穩(wěn)定性好，在修補(bǔ)后能快速增強(qiáng)病害路面的整體性和耐久性，且待混合料攤鋪碾壓成型后即可開放交通；此外，冷補(bǔ)瀝青混合料生產(chǎn)及攤鋪碾壓過程中均無須進(jìn)行瀝青材料加熱，既能避免有害氣體的生成，又能避免施工中產(chǎn)生廢料，有助于節(jié)約能耗。最后，冷補(bǔ)瀝青混合料修補(bǔ)病害路面能夠真正實現(xiàn)全天候施工，施工過程可以擺脫材料供應(yīng)、運(yùn)輸條件、環(huán)境溫度等方面的限制，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。