一种新型沥青路面坑槽修补材料的性能研究

邓玉训，谢 群

1. 九江市公路管理局，江西 九江 332000 2. 江西省赣北公路勘察设计院，江西 九江 332000

0 引 言

采用冷补沥青混合料是在常温或低温条件下修补沥青路面坑槽最有效的方式，其具有不受天气影响、施工简单、维修方便、封闭交通时间短、剩料可重复利用及节能环保等特点，具有较高的推广价值[1-4]。但是，由于国内对冷补料路用性能和评价指标没有统一的标准，导致市面上的冷补料良莠不齐，不能充分体现其优势；而且目前沥青的冷补料仍普遍存在初期强度不高、耐久性差、接缝黏结力弱、易受水损坏产生二次病害等问题[5]。国外对冷补沥青混合料的理论研究和实际应用起步较早且技术较为成熟，尤其在冷补料级配理论方面相对全面，最具有代表性的包括：前苏联研发的悬浮密实型，它的细集料多、矿粉多、粗集料少，初期强度高，但和易性差；加拿大研发的骨架空隙型强调粗集料的嵌挤，细集料少、矿粉少，和易性好，但难以压实；美国研发的骨架密实型兼具两者的优势。国内对于冷补料的矿料级配形成、强度形成等理论研究较晚， 最有代表的就是吕伟民教授对冷补料的设计原理、级配理论等方面的研究，提出了适用于中国的冷补沥青混合料的技术要求，推动了该技术的研发和实践推广[6]。

本文针对冷补料现存的问题，研发一种基于高分子树脂材料的沥青路面坑槽冷补料，并针对影响高分子树脂冷补料路用性能的集料类型、级配类型、击实方法、养生条件等进行试验研究，证明这种高分子树脂型沥青路面坑槽冷补料的性能优异且具有一定的发展前景和市场推广价值。

1 影响冷补沥青混合料性能的因素

冷补液性质、矿料类型以及矿料级配决定着冷补料的骨架结构，施工技术、碾压流程（室内试验中击实方法和养生条件）等决定等冷补料的嵌挤程度、体积参数以及稀释剂的挥发速率等。本文将着重考虑集料类型、级配类型、击实方法及养生条件等对高分子树脂冷补料性能的影响。

2 试验设计与分析

本文基于对重庆地区的气候特征、交通条件以及路面结构类型等方面[8-9]的调查，考虑该地区沥青路面常用的集料类型、级配类型对高分子树脂冷补料性能的影响，并根据不同的击实和养生条件，研究适用于重庆地区的高分子树脂冷补料设计方法。

2.1 集料类型的影响

不同类型集料的化学成分、酸碱性、表面形态、力。重庆地区沥青路面常用的集料类型为石灰岩、玄武岩，试验对这2种集料采用规范推荐的LB-13型级配（图1），根据确定的最佳油石比成型2套马歇尔试件，并分别对其稳定度及物理指标进行对比、分析，结果如表1所示。

图1 LB-13级配设计

表1 不同集料的冷补料马歇尔试验结果

由试验结果可知：4种级配的普通马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度，从大到小依次为SMA-13、AC-13、LB-13、OGFC-13；4种级配的残留稳定度从大到小依次为SMA-13 、LB-13、AC-13、OGFC-13。总体来看，SMA-13由试验结果可知：石灰岩冷补料较玄武岩空隙率小、稳定度高、流值大，能够更好地满足路面使用要求。因为玄武岩中SiO2的含量较大，岩性呈酸性，密度、硬度较大，与沥青胶结料的黏附性较石灰岩小，在常温下冷补料的拌合、击实过程中，矿料刚度较大不易被击实，矿料间距变化较小，嵌挤程度较弱，所以成型后的空隙率较大、稳定度较小、流值小。因此，在考虑高分子树脂冷补料性能时集料类型的影响不容忽略。

2.2 级配类型的影响

在沥青混合料的组成中，矿料的质量约为总质量的95%，矿料的级配决定着混合料的嵌挤程度，与混合料性能密切相关，且不同的矿料级配适用的地域范围、公路等级、气候及交通条件也不同[11]。所以，本试验针对重庆地区沥青路面常用的4种级配类型SMA-13、AC-13、OGFC-13及LB-13（图2）进行研究。集料选择石灰岩，测试不同类型级配下高分子树脂冷补料的高、低温性能及抗水损坏性能。混合料的稳定性和抗水损坏能力明显优于另外3种；LB-13和AC-13 的稳定性和抗水损坏能力相差不大，但AC-13浸水后稳定度下降较快，抗水损坏的性能较弱；OGFC-13的2种性能均较差。

图2 不同级配类型的级配曲线

2.2.1 级配类型对马歇尔稳定度影响

确定各个级配的最佳油石比，分别成型不同级配的马歇尔试件，并测试试件的普通马歇尔稳定度和浸水马歇尔残留稳定度，结果如图3、4所示。

图3 不同级配冷补料的稳定度

图4 不同级配冷补料的残留稳定度

分析原因为：空隙率对不同级配类型沥青混合料的水稳定性和高温稳定性具有显著影响[12]， SMA-13、AC-13、LB-13均为密级配，细集料较多，空隙率较小；OGFC-13为开级配，其密实度相对较差，空隙率较大，集料间的接触面积减少，浸水后试件内部存在大量应力空洞，所以OGFC-13的稳定度和残留稳定度都较低。由级配曲线可以看出，SMA-13级配要比AC-13和LB-13粗，试件骨架较为明显，稳定性较好，再者SMA-13的细集料偏多、油量偏大，密实性较好，浸水后稳定度变化较小，残留稳定度较高。AC-13级配明显比LB-13偏细，但AC-13的空隙率较LB-13小，所以两者的稳定度相差不大。

2.2.2 级配类型对高温性能的影响

各县市区每年按当年新增土地流转面积，由财政部门奖励、村集体补助、流入主体提取一定标准，建立土地流转风险保障金（每年每公顷提取8～10元），当流入主体因遭受重大自然灾害、死亡、破产等原因致使合同无法继续履行时，风险保障金用于支付农户土地流转费，化解了土地流转风险。

按照最佳油石比成型不同级配的冷补料车辙板，并在60 ℃条件下测试试件的动稳定度，结果如图5所示。固性材料性能的发挥，所以表现出动稳定度相比AC-13和OGFC-13较小。

2.2.3 级配类型对低温性能的影响

冷补料低温性能采用大梁低温三点弯曲试验，将不同级配的成型试件在－10 ℃的温度下保存 5 h，测试各试件的三点弯曲指标，试验结果如表2、图6所示。

表2 不同级配类型冷补料低温弯曲试验结果

图6 不同级配冷补料的低温劲度模量

图5 不同级配冷补料的动稳定度

由试验结果可知：4种级配都具有较高的动稳定度，完全满足抗车辙性能要求，其中级配AC-13和OGFC-13的高温稳定性要明显高于 SMA-13和LB-13。

分析原因为：由于采用的反应型树脂胶结料本身具有热固性，使这4种级配冷补混合料的动稳定度都比较高；热固性材料随着温度的上升、时间的延长，其硬度不断增大，OGFC-13级配混合料的空隙率较大，冷补液中的稀释剂易于挥发，加快了树脂材料的反应速率，提高了冷补料的强度；AC-13比LB-13、SMA-13的级配较细，其冷补料结构类型为悬浮密实型，强度的形成大部分依靠胶结料的性能，测试冷补料的高温性能时，正好体现出热固性材料的优势，而SMA-13、LB-13的骨架嵌挤结构阻碍了热

由试验结果可知：低温条件下LB-13、OGFC-13、SMA-13三组级配的弯拉强度差别不大，但明显高于AC-13型级配；级配AC-13和LB-13的弯拉应变差别不大，级配SMA-13和OGFC-13的弯拉应变差别不大，但前两者的弯拉应变明显高于后者的弯拉应变；级配OGFC-13和SMA-13的劲度模量差别较小，LB-13劲度模量适中，AC-13最差。

分析原因为：在低温条件下树脂胶结料呈现变硬、变脆的特性，成型试件的低温弯拉强度、弯拉应变大部分取决于矿料级配特征，即矿料的嵌挤程度、矿料级配的连续性；AC-13冷补沥青混合料的骨架结构为悬浮密实型，矿料间嵌挤程度较弱，而低温条件下树脂胶结料的黏结性、塑性又差，所以AC-13的低温弯拉强度较低；低温条件下，粗集料的收缩性比细集料小，SMA-13和OGFC-13级配的粗集料含量较多且级配类型为间断级配，粗细集料间的冷缩性不均匀，弯拉应变的大小取决于粗集料的嵌挤程度，所以SMA-13和OGFC-13的低温弯拉应变较小；劲度模量表示混合料抵抗变形的能力，SMA-13和OGFC-13级配冷补料粗集料含量较多，骨架结构明显，所以具有较高的劲度模量。

综上所述，不同级配类型下，高分子树脂冷补料的高、低温性能以及水稳定性能都能够很好地满足路用性能的要求，但不同级配混合料之间的差别也较大，所以要根据实际情况合理设计高分子树脂冷补料的级配。

2.3 击实方法和养生条件的影响

现行规范对于冷补沥青混合料的击实方法和养生条件没有统一的标准，需要根据当地实际情况进行探索、研究。室内冷补料的马歇尔击实方法和养生条件能够为实际工程冷补料摊铺和碾压提供参考。

2.3.1 击实方法的影响

不同击实次数下，LB-13型冷补沥青混合料的吸水率、密度、空隙率、稳定度等如表3所示。

表3 不同击实次数下冷补料的马歇尔试验结果

由表3知：随着击实次数的增加，高分子树脂冷补沥青混合料的吸水率、空隙率明显减小，稳定度明显增加，因此应根据实际工程条件确定冷补料的击实次数。

2.3.2 养生条件的影响

将制备的马歇尔试件在不同温度下保温，观察温度对高分子树脂冷补料性能的影响，结果如图7所示。

由图7可知：随着养护温度的升高、养护时间的延长，高分子树脂冷补料的初始稳定度不断提高，所以在实际施工过程控制好温度，可以快速提高冷补料的初始强度，缩短封闭交通时间。

图7 不同养护温度对冷补料性能的影响

4 结语

本文主要分析了重庆地区常见的集料类型、级配类型以及击实方法和养生条件对高分子树脂冷补料路用性能的影响，结论如下。

（1）对比LB-13级配条件下石灰岩和玄武岩冷补料的稳定性，结果表明：石灰岩型的高分子树脂冷补料稳定度较高。

（2）矿料级配类型对冷补沥青混合料高、低温性能及水稳定性的影响尤为重要。SMA-13水稳定性好，AC-13高温稳定性好，LB-13的低温性能优越且综合性能好。由此可见，高分子树脂冷补料的水稳定性主要受空隙率影响，高温稳定性受其矿料的骨架结构影响较大，低温稳定性主要与其级配的连续性有关。

（3）对比不同击实次数、不同养护温度下高分子树脂冷补料的马歇尔稳定度可知，随着击实次数的增加，高分子树脂冷补料的吸水率、空隙率减小，稳定度增加，随着养护温度升高、养护时间的延长，其初始稳定度不断提高。

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