沥青路面养护维修中冷补料技术的应用

2023-09-21李黔豫

交通科技与管理 2023年17期

李黔豫

（贵州省都匀公路管理段,贵州都匀 558000）

0 引言

沥青路面广泛应用于公路项目建设中，其具备行车舒适度高、噪声小、通车速度快、扬尘小且维修便捷的特征，但是在长期服役过程中，在外界因素、车辆荷载等作用下易出现坑洞、开裂等常见病害。沥青路面病害处置不及时将增加路面破损程度，导致行车舒适度降低并增加通行风险。如何采取有效措施，快速修复破损路面，恢复交通成为学术界广泛关注的问题。冷补料技术是一种新型沥青路面修补技术手段，具备操作简单、环境影响小的特点，可快速修补缺损路面，恢复通车，相比于热拌料，冷补料无需加热环节，操作便捷，可广泛应用于低温条件下，节能环保。该文对冷补料基本性能特点进行了详细分析，并通过室内试验探究其黏附性、初期强度、成型强度及水稳定性等指标，期望为沥青路面养护提供技术参考[1]。

1 冷补料的性能特点

测试获得冷补料的黏附性、旋转黏度、挥发性等指标，阐述冷补料的基本性能。选用旋转薄膜烘箱精准控制温度区间测试冷补料挥发性能，获取挥发速度数据并对比25 ℃和11 ℃环境下的固化效果，评估冷补料应用早期与应用末期的挥发性能。操作方法如下：规格大小相同的圆盘内放入数量相同的冷补液，使其在盘底形成薄层，准确称量盘底薄层质量并分别置于25 ℃和110 ℃烘箱内圆盘中，静置3~7 d。取出薄层并称重，计算重量差异获得冷补液质量损失率，若冷补液质量过小可能与溶解剂挥发有关，可将冷补液制备成马歇尔试件以提高试验准确性。制备完成后将其分别置入25 ℃和110 ℃烘箱内圆盘中保温3 d，获得重量差异并计算冷补液质量损失率[2]。

对冷补料进行旋转黏合度测试确定不同因素对冷补料的影响程度，按照影响程度从大到小的顺序分别为柴油、树脂、抗剥落剂。为合理控制冷补料的黏度值，需在配置过程中对树脂、柴油等原料含量进行精准控制。对冷补料进行黏附性试验，结构显示树脂、抗剥落剂的使用能够提高冷补料的黏附性并增加沥青膜厚度。挥发性试验结果显示，25 ℃或110 ℃环境下，前3 d 冷补料挥发效率最快，第7 d 基本挥发完毕达到稳定状态，且柴油含量越高冷补料的恢复速度越快[3]。对冷补料进行正交试验以明确不同原料质量比，最终确定基质沥青∶柴油为100 ∶24，沥青有效含量为6%，矿粉含量为4%，冷补料级配为LP-10，按照标准制备冷补料具备初始强度，低温条件下其成型强度高，符合施工需求。

2 冷补料材料组成

2.1 原材料

（1）沥青：型号为SBS-I-D 改性沥青，基本性能指标如表1 所示。

表1 沥青性能指标

（2）集料：粗细集料之间的嵌挤作用对改善冷补料的高温性能并保持其初始强度有重要作用，结合实际需求，该文选定机制砂和玄武岩粗集料与石灰岩细粉充分混合，检测结果显示各项指标均符合规范。

（3）稀释剂：稀释剂类型直接决定了冷补料施工和易性，汽油、柴油、煤油、沥青材料之间极性水平相当。冷补料配置过程中可通过上述材料的合理添加降低其黏度，改善冷补料的施工和易性。为提高项目施工的经济性，该文结合试验结果选定柴油作为冷补料的稀释剂[4-5]。

（4）添加剂：为改善冷补料的强度与水稳定性，该文于沥青中加入抗剥落剂与增稠剂。增稠剂选用耐酸碱性能突出、耐热性和耐水性能优越的共聚型石油树脂作为添加剂。其技术指标情况如表2 所示。

表2 树脂技术指标

抗剥落剂外观为黄色，密度水平为0.95~1.00 g/cm3，与热沥青的热容性高，可有效改善冷补料的吸附性能并提高其抗水损性能。

2.2 配合比设计

该文冷补料混合性能试验选取LB-10 型级配，详情如表3 所示。

表3 LB-10 级配

冷补料油石比以纸迹观察法确定。结合相关研究结果，冷补料的油石比多在5%~5.5%范围内，为确定最佳的油石比，该研究中分别应用纸迹观察法对4.4%、4.8%、5.2%、5.6%、6.0%几种比例进行观察，并按照表3 级配比进行拌和。拌和完毕后，将冷补料均匀倾倒在白纸上待其冷却，冷补料温度降至80 ℃时，白纸上停留5 s 后将其倒掉并观察白纸上的痕迹。①如白纸上墨迹较多且痕迹明显，表明沥青用量过多；②若墨迹分散不清晰，表明混合料中沥青用量不足；③若墨迹分布均匀，表明沥青用量适宜，其对应的油石比为最佳配比。对上述不同比例下纸迹观察，结果发现5.2%的油石比时墨迹均匀，确定最佳的冷补料混合料油石比为5.2%[6]。

3 冷补料强度形成机理

冷补料为沥青与集料均匀拌和而成的混合料。集料内骨架嵌挤作用及其内摩擦力是其初始强度的主要诱因，对其强度产生影响的因素可分为内因和外因两部分。服役过程中，由于自然环境变化和行车荷载水平变化，冷补料中稀释剂不断挥发，冷补料黏度持续增大，黏结力不断提升，沥青胶结材料与矿料骨架嵌挤力作用下，沥青混合料逐渐趋于稳定且强度适中[7]。

3.1 内因

（1）矿料级配。冷补液中稀释剂的存在导致沥青混合料使用初期黏结力与内部摩擦力水平相对不高，骨架内集料相互作用与内摩擦力形成了初始强度，可根据项目实际情况选择合理集料级配水平的粗细骨料提高沥青混合料的性能。

（2）沥青黏度。服役过程中，随着时间延长，沥青混合料中稀释剂混发且随着车辆荷载水平提升，沥青胶结料凝聚水平增大，混合料密实度提升，内摩擦力加大，构成了冷补料的最终强度[8]。

（3）集料类型。尽量选择表面粗糙、棱角突出、均一度不一的碱性集料作为冷补料混合料。

3.2 外因

（1）外界温度。外界温度升高，稀释剂挥发速度加快，冷补料成型时间缩短。

（2）混合料压实度。压实度不足，沥青混合料的强度下降。

（3）车辆荷载。长时间车辆荷载导致混合料黏度增加，集料间内摩擦力和嵌挤作用增强，冷补料强度达到稳定。

4 冷补料性能评价

4.1 黏附性评价

以水煮法测试冷补沥青液与不同类型矿料间的黏附性能，结果显示冷补料的黏附等级为5 级，可满足沥青混合料的基本性能要求。

4.2 初始强度和成型强度

维修初期，冷补料中稀释剂未挥发，其强度水平较低，随着时间进展稀释剂挥发后，沥青混合料中的稀释剂被挥发，内部摩擦力增加，混合料强度提升并逐步达到成型强度。沥青路面修补初期，冷补料具备一定强度值，但需加强对其强度检测确保强度满足行车荷载水平后方可开放交通。

以马歇尔试验稳定度指标对冷补料初始强度与成型强度进行评估，结果显示冷补料的初始强度值为3.2 kN，成型强度值为5.5 kN，结合既往研究结论，沥青路面初始马歇尔强度值需大于2 kN，且成型后沥青路面混合料马歇尔稳定度需大于4 kN，由此可知，该研究中的冷补料初始强度值与成型强度符合技术标准[9]。

4.3 水稳定性

水稳定性即水泥混合料受水分影响的程度，冷补料多存在耐水性差的缺点，过多的水分会导致冷补料在填补坑槽的过程中被破坏，导致沥青路面出现裂缝、凹陷等病害。冷补混合料水稳定性多采用水煮法试验验证，该方法易受人为因素影响，故该文以热拌料抗水损害评价方法为基础，拟定浸水马歇尔试验法结合冻融劈裂试验法评估冷补料水稳定性。浸水马歇尔试验法和冻融劈裂试验法结果如表4~5 所示。

表4 浸水马歇尔试验结论

表5 冻融劈裂试验结果

对表4~5 分析可知，冷补料浸水马歇尔试验后的残留度指标符合技术要求，冻融劈裂强度高于技术指标，由此可知，冷补料的水稳定性符合技术要求。

5 冷补料效益分析

5.1 社会效益

冷补料为绿色环保新型材料，可作为及时快速修补路面缺损的高性能材料，混合料拌和温度与压实温度相比于传统材料更低，可常温条件下完成施工，避免了路面病害的持续进展，材料环保性能强，施工中减少了有害气体排放及施工对环境的污染。冷补料与热拌沥青混合料相比可常温条件下施工，不受季节因素影响，施工便捷迅速，绿色环保[10]。

5.2 经济效益

结合近一年市场材料行情，预计1 t 冷补料花费情况如下：①溶剂型冷补料材料成本约625 元，冷补料施工简单，人工成本相对较少；②热拌和沥青混合料价格约400 元，但操作复杂需应用大型设备和大量人工，虽然冷补料材料价格高于热拌沥青混合料，但综合分析其经济效益，结合实际情况，该文生产的冷补料社会效益更突出。