李黔豫

（貴州省都勻公路管理段,貴州 都勻 558000）

0 引言

瀝青路面廣泛應用于公路項目建設中，其具備行車舒適度高、噪聲小、通車速度快、揚塵小且維修便捷的特征，但是在長期服役過程中，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將增加路面破損程度，導致行車舒適度降低并增加通行風險。如何采取有效措施，快速修復破損路面，恢復交通成為學術界廣泛關注的問題。冷補料技術是一種新型瀝青路面修補技術手段，具備操作簡單、環(huán)境影響小的特點，可快速修補缺損路面，恢復通車，相比于熱拌料，冷補料無需加熱環(huán)節(jié)，操作便捷，可廣泛應用于低溫條件下，節(jié)能環(huán)保。該文對冷補料基本性能特點進行了詳細分析，并通過室內(nèi)試驗探究其黏附性、初期強度、成型強度及水穩(wěn)定性等指標，期望為瀝青路面養(yǎng)護提供技術參考[1]。

1 冷補料的性能特點

測試獲得冷補料的黏附性、旋轉(zhuǎn)黏度、揮發(fā)性等指標，闡述冷補料的基本性能。選用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱精準控制溫度區(qū)間測試冷補料揮發(fā)性能，獲取揮發(fā)速度數(shù)據(jù)并對比25 ℃和11 ℃環(huán)境下的固化效果，評估冷補料應用早期與應用末期的揮發(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)量相同的冷補液，使其在盤底形成薄層，準確稱量盤底薄層質(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，計算重量差異獲得冷補液質(zhì)量損失率，若冷補液質(zhì)量過小可能與溶解劑揮發(fā)有關，可將冷補液制備成馬歇爾試件以提高試驗準確性。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，獲得重量差異并計算冷補液質(zhì)量損失率[2]。

對冷補料進行旋轉(zhuǎn)黏合度測試確定不同因素對冷補料的影響程度，按照影響程度從大到小的順序分別為柴油、樹脂、抗剝落劑。為合理控制冷補料的黏度值，需在配置過程中對樹脂、柴油等原料含量進行精準控制。對冷補料進行黏附性試驗，結(jié)構顯示樹脂、抗剝落劑的使用能夠提高冷補料的黏附性并增加瀝青膜厚度。揮發(fā)性試驗結(jié)果顯示，25 ℃或110 ℃環(huán)境下，前3 d 冷補料揮發(fā)效率最快，第7 d 基本揮發(fā)完畢達到穩(wěn)定狀態(tài)，且柴油含量越高冷補料的恢復速度越快[3]。對冷補料進行正交試驗以明確不同原料質(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%，冷補料級配為LP-10，按照標準制備冷補料具備初始強度，低溫條件下其成型強度高，符合施工需求。

2 冷補料材料組成

2.1 原材料

（1）瀝青：型號為SBS-I-D 改性瀝青，基本性能指標如表1 所示。

表1 瀝青性能指標

（2）集料：粗細集料之間的嵌擠作用對改善冷補料的高溫性能并保持其初始強度有重要作用，結(jié)合實際需求，該文選定機制砂和玄武巖粗集料與石灰?guī)r細粉充分混合，檢測結(jié)果顯示各項指標均符合規(guī)范。

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

（4）添加劑：為改善冷補料的強度與水穩(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。其技術指標情況如表2 所示。

表2 樹脂技術指標

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，可有效改善冷補料的吸附性能并提高其抗水損性能。

2.2 配合比設計

該文冷補料混合性能試驗選取LB-10 型級配，詳情如表3 所示。

表3 LB-10 級配

冷補料油石比以紙跡觀察法確定。結(jié)合相關研究結(jié)果，冷補料的油石比多在5%~5.5%范圍內(nèi)，為確定最佳的油石比，該研究中分別應用紙跡觀察法對4.4%、4.8%、5.2%、5.6%、6.0%幾種比例進行觀察，并按照表3 級配比進行拌和。拌和完畢后，將冷補料均勻傾倒在白紙上待其冷卻，冷補料溫度降至80 ℃時，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，其對應的油石比為最佳配比。對上述不同比例下紙跡觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5.2%的油石比時墨跡均勻，確定最佳的冷補料混合料油石比為5.2%[6]。

3 冷補料強度形成機理

冷補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)摩擦力是其初始強度的主要誘因，對其強度產(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，冷補料中稀釋劑不斷揮發(fā)，冷補料黏度持續(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)定且強度適中[7]。

3.1 內(nèi)因

（1）礦料級配。冷補液中稀釋劑的存在導致瀝青混合料使用初期黏結(jié)力與內(nèi)部摩擦力水平相對不高，骨架內(nèi)集料相互作用與內(nèi)摩擦力形成了初始強度，可根據(jù)項目實際情況選擇合理集料級配水平的粗細骨料提高瀝青混合料的性能。

（2）瀝青黏度。服役過程中，隨著時間延長，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，混合料密實度提升，內(nèi)摩擦力加大，構成了冷補料的最終強度[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，冷補料成型時間縮短。

（2）混合料壓實度。壓實度不足，瀝青混合料的強度下降。

（3）車輛荷載。長時間車輛荷載導致混合料黏度增加，集料間內(nèi)摩擦力和嵌擠作用增強，冷補料強度達到穩(wěn)定。

4 冷補料性能評價

4.1 黏附性評價

以水煮法測試冷補瀝青液與不同類型礦料間的黏附性能，結(jié)果顯示冷補料的黏附等級為5 級，可滿足瀝青混合料的基本性能要求。

4.2 初始強度和成型強度

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

以馬歇爾試驗穩(wěn)定度指標對冷補料初始強度與成型強度進行評估，結(jié)果顯示冷補料的初始強度值為3.2 kN，成型強度值為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，該研究中的冷補料初始強度值與成型強度符合技術標準[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，冷補料多存在耐水性差的缺點，過多的水分會導致冷補料在填補坑槽的過程中被破壞，導致瀝青路面出現(xiàn)裂縫、凹陷等病害。冷補混合料水穩(wěn)定性多采用水煮法試驗驗證，該方法易受人為因素影響，故該文以熱拌料抗水損害評價方法為基礎，擬定浸水馬歇爾試驗法結(jié)合凍融劈裂試驗法評估冷補料水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾試驗法和凍融劈裂試驗法結(jié)果如表4~5 所示。

表4 浸水馬歇爾試驗結(jié)論

表5 凍融劈裂試驗結(jié)果

對表4~5 分析可知，冷補料浸水馬歇爾試驗后的殘留度指標符合技術要求，凍融劈裂強度高于技術指標，由此可知，冷補料的水穩(wěn)定性符合技術要求。

5 冷補料效益分析

5.1 社會效益

冷補料為綠色環(huán)保新型材料，可作為及時快速修補路面缺損的高性能材料，混合料拌和溫度與壓實溫度相比于傳統(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)進展，材料環(huán)保性能強，施工中減少了有害氣體排放及施工對環(huán)境的污染。冷補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)濟效益

結(jié)合近一年市場材料行情，預計1 t 冷補料花費情況如下：①溶劑型冷補料材料成本約625 元，冷補料施工簡單，人工成本相對較少；②熱拌和瀝青混合料價格約400 元，但操作復雜需應用大型設備和大量人工，雖然冷補料材料價格高于熱拌瀝青混合料，但綜合分析其經(jīng)濟效益，結(jié)合實際情況，該文生產(chǎn)的冷補料社會效益更突出。

6 工程應用

該文以某道路K1+020~K1+220 段為試驗段采用冷補料填充路面坑槽，探究冷補料應用于項目工程的實際效果，施工工序如下。

（1）切割槽面。按照圓洞方補的原則對缺損路面需修補區(qū)域開槽，確保槽坑與路面垂直便于后續(xù)冷補瀝青混合料壓實。

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

（3）涂刷黏層油。刷涂黏層油以提高坑槽與冷補料之間的黏合能力，利用冷補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 則采取分層填補壓實的方案確保每層壓實厚度小于4 cm。

（4）壓實。按照邊緣向中間的順序壓實，確保壓實后冷補料高于路面約5 mm 便于后續(xù)荷載壓實，壓實度達標后可開放交通。

（5）質(zhì)量檢驗。對目標路段進行6 個月跟蹤調(diào)查，探究冷補料修補坑槽的實際應用效果，通過檢測平整度、壓實度評估填充修補效果，詳見表6。

表6 冷補料應用效果檢測結(jié)果

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

7 結(jié)論

綜上所述，熱拌和瀝青混合料應用于路面修補具有局限性。該文對冷補料修補路面的關鍵技術進行了分析，結(jié)論如下：

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

（2）室內(nèi)試驗進行冷補料性能評估，包括黏附性、初期強度、成型強度、水穩(wěn)定性等指標，結(jié)果顯示冷補料各項性能突出，均符合技術規(guī)范要求。

（3）冷補料與熱拌瀝青混合料相比，經(jīng)濟效益與社會價值突出，在實際工程應用中效果可觀，可為同類型項目的路面養(yǎng)護維修提供技術參考。