寒区冷补沥青混合料的制备与性能研究

林森林

(辽宁大通公路工程有限公司 沈阳市 110000)

0 引言

在道路养护中，路面坑槽修补可分为热补法和冷补法，冷补法有其独特的优点，在常温或低温下进行修补的冷补料具有施工方便快捷、不封闭交通、环境污染小、受气候条件限制小等优点，应用前景十分广泛。前苏联、美国在20世纪30～40年代便开始冷补沥青混合料的研究与应用，随后日本、欧洲也相继对冷补沥青混合料进行了研究。国外使用的沥青结合料主要是乳化沥青，为了满足快速开放道路交通的要求，如何控制破乳时间成为关键技术难题之一。目前，该技术多为国外生产厂商的专利技术，价格非常昂贵。我国对冷补沥青的研究起步较晚，大量关于冷补沥青的研究和应用始于20世纪90年代，但近十多年来相关材料的研究受到越来越多科研机构及学者的重视。已有研究多使用稀释沥青制备高性能冷补料，同时针对冷补料的制备技术、性能评价方法及应用注意事项进行了探究与总结。

工程应用中发现目前常用的冷补沥青材料在常温下施工时性能尚可达到要求，但在冬季寒冷气候条件下使用则存在材料结块、和易性差、不易摊铺碾压、材料松散、不易形成整体强度以及使用寿命较短等诸多问题。因此，针对寒区沥青路面，研究开发具有优越性能的冷补沥青混合料具有十分重要的现实意义。

从原材料选择、添加剂调配、配合比设计与生产工艺等方面着手制备高性能冷补沥青混合料，研究冷补沥青混合料的施工工艺，以提出适合寒区沥青路面使用的冷补沥青混合料。

1 原材料及试验方法

1.1 沥青

采用90号A级石油沥青，主要技术指标见表1。

表1 90号A级石油沥青主要技术指标

1.2 稀释剂

基于冷补沥青混合料特殊的路用性能要求，需要加入一定量的稀释剂，使沥青粘度降低，保证拌和后冷补沥青混合料在低温下不凝结。稀释剂可采用极性与沥青相似的汽油、煤油或柴油。由于冷补沥青混合料一般需储存很长时间，一般选用挥发慢的柴油。

柴油一般分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号等型号，不同型号柴油的凝固点不同，适用温度见表2。依托工程所在地的最低温度为-29℃，且-35号柴油作为稀释剂，适合于风险率为10%的最低气温在-29°C以上的地区使用，出于经济性考虑，选择-35号柴油作为稀释剂。

表2 各标号柴油适用温度

1.3 添加剂

冷补沥青添加剂主要由脂肪酸及脂肪族多胺组成，它不仅能够提高骨料界面的润湿程度，还有效增加骨料和沥青之间的粘附力，提高沥青低温流动性能。沥青在使用冷补添加剂之后，会在石料表面形成一种胶体结构，增加粘结层的厚度，减少混合物中的溶剂流失，提高混合物的抗压能力。本文选用美国“科宁”牌冷补沥青添加剂。

1.4 骨料及级配

由于碱性骨料较酸性骨料与沥青粘附性更好，且石灰岩在东北地区分布较广泛，故采用石灰岩作为骨料。冷补沥青混合料分为细粒式(LB-10、LB-13)、中粒式(LB-16)和粗粒式(LB-19)。

粗集料采用碎石，抗滑表层的石灰石石料满足表3的技术要求。粗集料应洁净、干燥、无风化、无有害杂质，且具有一定硬度和强度，具有良好的颗粒形状。

表3 抗滑表层的石灰石碱性石料技术指标

细集料采用人工砂，应洁净、干燥、无风化、无有害杂质，有适当的颗粒组成，并与改性沥青具有良好的粘附性，视密度不小于2.5t/m3。

矿粉应由石灰岩中的强基性岩石磨制而成，要求视密度不小于2.5t/m3，含水量不大于1%。

考虑到沥青冷补材料主要用于沥青面层的修补，骨料不宜太粗，本文以LB-13型沥青混合料为研究对象。

1.5 冷补液配合比

冷补液配合比见表4。

表4 冷补液配合比

1.6 最佳油石比

冷补沥青混合料的制备参照规范中马歇尔试验，确定其油石比为4.8%，试验结果见表5。

表5 马歇尔试验技术指标

2 冷补沥青混合料性能研究

2.1 粘附性试验

通过大量的室内外对比试验，参照现行《公路沥青路面设计规范》中对热拌沥青混合料的要求，建议冷补沥青混合料的粘附性等级指标应不小于4级。

通过水煮法试验，试块沥青膜保存完好，破损率小于40%，剥离面积趋于0，黏附性性能等级均为5级，说明冷补料的粘附性较好。

2.2 冷补沥青混合料浸水马歇尔试验

用冷补沥青混合料成型马歇尔试件，将其置于60℃恒温水箱中，进行浸水马歇尔试验，试验结果如表6所示。

表6 冷补沥青混合料浸水马歇尔试验结果

试验结果表明，A、B两种冷补液的冷补沥青混合料均具有较高的稳定度，且两种混合料的残留稳定度都达到了95%左右，满足残留稳定度大于75%的要求，B型混合料残留稳定度略高于A型。

2.3 冷补沥青混合料冻融劈裂试验

冷补沥青混合料冻融劈裂试验结果如表7所示。

表7 冷补沥青混合料冻融劈裂试验结果

试验结果表明，A、B两种冷补液的冷补沥青混合料的冻融劈裂强度比均大于90%，满足冻融劈裂强度比大于70%的要求，在实际工程中，可较好地抵抗雨雪冻融。

对比A、B两种冷补液的冷补沥青混合料，A型冷补液效果较好。因为虽然从稳定度上B型冷补沥青混合料的强度更高，但是其劈裂强度比相对较低。考虑到北方地区长期低温冻融的环境条件，A型冷补沥青混合料能更好抵抗雨雪冻融，更适合于工程应用。

3 冷补沥青混合料生产及施工工艺

3.1 冷补液制备

(1)将沥青加热到120～140℃。

(2)按比例将柴油加入到基质沥青中。

(3)按比例加入添加剂。

(4)搅拌均匀即可。

3.2 冷补沥青混合料制备

宜采用拌和场机械拌和，拌和时间不宜超过30s，拌和温度不超过40℃。

(1)将集料在拌和楼内完成烘干、除尘和筛分，并按设计配比输入拌缸干拌，冷却至40℃左右。

(2)加入冷补沥青进行二次搅拌。

3.3 冷补沥青混合料的包装及储存

为防止冷补沥青混合料中轻质油分挥发，应采用具有防挥发功能的双层密封包装袋包装，每袋重量控制在20～50kg为宜。

为保障冷补材料具有较好的和易性和使用效果，该材料应采用库房储存，库房的环境温度应在-15～25℃范围内为宜，堆放高度不得超过10袋。

3.4 试验路铺筑

为了验证冷补沥青混合料的路用性能，对其进行了试验路铺筑。坑槽修补工艺如下：

(1)用切割机具将坑槽切割成几何图形，保证坑壁直立，清除坑内杂物。

(2)根据实际用量将冷补材料倒入坑内，整平，整平后虚铺厚度应高于原路面2cm。

(3)用平板夯夯实，夯实后保证路面平整。

(4)施工结束后即开放交通。

修补后效果如图1所示。经过3个月的使用后，通过行车荷载的碾压，密实度、强度逐渐提高，没有出现松散、破损等病害，实际使用效果良好，能够满足沈阳地区冬季路面维修的需要。

3.5 经济性分析

(1)社会效益

随着经济发展，城市机动车保有量逐渐增加，交通拥堵时有发生，以往道路维修的那种封闭道路方式已经不适合，要满足城市道路维修“快进、快出”的要求，使用冷补料可将维修施工对交通影响降到最小。特别是北方城市冬季无法生产热料时，冷补料就更能显现出优势。一般情况下使用冷补料修补道路比传统热料修补可节省时间30min以上。冷补料在道路维修的小面积应急抢修和冬季道路维修方面创造了很高的社会价值，这是无法用经济来衡量的价值。

(2)经济效益

冷补料市场上应用较多，价格差距较大，质量也参差不齐。本文探索研究适合东北气候特点的冷补料，价格上与进口冷补料或其他产品比较，存在较大优势。且投入的人工、机械等均能节省大量资金。因此，使用冷补料进行城市道路养护较快捷、便利，对交通影响小，具有可观的社会价值和经济价值。

4 结论

(1)寒冷地区，由74%基质沥青、24%柴油、2%添加剂组成的冷补液所制备的冷补沥青混合料更适用于北方寒冷气候。

(2)按照本文研究的冷补沥青混合料配合比及生产工艺对沥青路面的坑槽进行现场修补试验，效果良好。

(3)研究的适合寒冷地区特点的冷补料在材料成本与施工价格上与进口冷补料或其他产品相比均存在较大优势，可快速修复道路，对交通影响小，具有可观的社会价值和经济价值。