反應型冷補料與溶劑型冷補料路用性能對比研究

吳恙，王彬

(湖南高速養護工程有限公司，湖南 長沙 410026)

坑槽是瀝青路面常見典型病害，需采用合適的材料進行快速修補?，F有坑槽修補材料根據混合料拌合溫度不同主要分為熱拌瀝青混合料和冷補瀝青混合料，雖然熱拌瀝青混合料的性能較好，但成品冷補瀝青混合料具備無需加熱、施工簡便、可隨取隨用、施工環境要求較低等特點，已成為常用坑槽修補材料。其中溶劑型冷補料使用最多，從反饋使用效果來看，溶劑型冷補料的質量參差不齊，且普遍在水穩定性及耐久性等方面存在較大問題，極易產生二次破壞，無法保障坑槽修補后的長期使用性能，因而溶劑型冷補料在坑槽修補中只能作為簡單應急使用。為解決常規溶劑型冷補料水穩定性及耐久性較差的問題，該文研究反應型瀝青路面坑槽冷補料，并通過性能試驗及實體工程應用評價其路用性能。

1 試驗方案

1.1 試驗原材料

(1)反應型冷拌瀝青。采用以70#基質瀝青為基礎按一定比例復配自研的反應型溶劑制得在常溫條件下流動性強的反應型冷拌瀝青。

(2)固化劑。固化劑由一定比例的硅酸鹽水泥及偏高嶺土等無機活性粉末經復配制得。

(3)集料。反應型冷補料的集料采用石灰巖礦料，采用LB-10型級配(見表1)。

表1 LB-10瀝青混合料的級配

(4)溶劑型冷補料。采用某品牌袋裝成品25 kg裝LB-10型溶劑型冷補料，為已拌合好的成品混合料，可直接隨取隨用修補坑槽。

1.2 試驗方法

將反應型冷拌瀝青、固化劑、級配集料按照質量比6∶2∶100進行配料。先將固化劑與級配集料倒入拌合鍋中攪拌均勻，在常溫條件下加入反應型瀝青冷補瀝青攪拌，制備成品反應型冷補料。分別對反應型冷補料、溶劑型冷補料進行馬歇爾試驗，檢測其初始性能，結果見表2。

表2 冷補料馬歇爾試驗結果

對反應型冷補料、溶劑型冷補料進行性能測試，黏聚性、初始穩定度及成型穩定度等試驗方法參照JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》，浸水馬歇爾試驗、車轍試驗、小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗等試驗方法參照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》。

2 試驗結果及分析

2.1 初始穩定度和成型穩定度

由于坑槽修補完成后通常需快速恢復交通，要求冷補料在使用初期具備良好的初始強度承受行車荷載，在使用后期具備較高的成型強度能不斷承受行車荷載的反復作用。以馬歇爾穩定度作為強度評價指標，分別對反應型冷補料和溶劑型冷補料的初始強度及成型強度進行評價，試驗結果見表3。

從表3可看出：溶劑型冷補料的初始穩定度平均值僅為2 kN左右，而反應型冷補料的初始穩定度達5 kN，表明反應型冷補料更能滿足盡早開放交通的要求；反應型冷補料的成型穩定度平均值達10 kN左右，是溶劑型冷補料的近2倍，已達到熱拌瀝青混合料修補坑槽的性能標準，可保證其不同交通量下的正常使用。這主要是因為溶劑型冷補料的強度增長與稀釋劑揮發程度相關，而稀釋劑揮發較慢，導致其初始強度較低，后期發展速度較慢；反應型冷補料中添加的反應類助劑及固化劑等可促進冷補料在短期內形成較大的強度，且能顯著提升其后期成型強度。從初始強度和成型強度來看，反應型冷補料優于溶劑型冷補料。

2.2 黏聚性

坑槽采用冷補料修補后需確保不會因行車荷載或自然條件作用產生松散、脫粒等病害，這就要求冷補料具備良好的黏聚性。通過滾動篩試驗分別測定2種冷補料的破損率，評價其黏聚性，結果見表4。

從表4可看出：反應型冷補料與溶劑型冷補料的平均破損率均達到規范中小于40%的要求，但反應型冷補料的平均破損率僅為溶劑型冷補料的1/4，黏聚性更好。這主要是因為反應型冷補料中摻入的固化劑成分在與瀝青接觸時能產生一定水化反應，水化產物與瀝青膜之間的交互作用可進一步增強集料顆粒間的裹覆力。

表4 冷補料的黏聚性試驗結果

2.3 高溫性能

坑槽采用冷補料修補后需確保不會在高溫條件及行車荷載作用下出現車轍、推移等病害。由于目前對冷補料的高溫性能缺乏相關評價方法，借鑒規范中熱拌瀝青混合料車轍試驗對冷補料高溫性能進行評價。將冷補料制成的車轍板在60 ℃、0.7 MPa輪壓荷載條件下進行車轍試驗，測試其動穩定度，結果見表5。

表5 冷補料的動穩定度試驗結果

從表5可看出：反應型冷補料的動穩定度是溶劑型冷補料的近3倍，說明反應型冷補料的高溫性能遠勝于溶劑型冷補料，能在高溫條件下更好地防止車轍病害的發生。這是因為溶劑型冷補料中瀝青黏度因稀釋劑的存在而降低，高溫條件下黏度降低加劇，導致其強度增加較慢，更易出現車轍；反應型冷補料因為添加了固化劑及反應型溶劑，可快速促進強度增長，從整體上提升抵抗車轍病害的能力，其動穩定度已超過規范中熱拌瀝青混合料動穩定度大于3 000 次/mm的要求，其高溫性能已達到熱拌瀝青混合料的使用要求，可充分保障坑槽修補后在高溫條件下的長期使用性能。

2.4 低溫性能

冷補料需在低溫條件下具備良好的抗裂性能，良好的低溫性能是冷補料應用于坑槽修補的前提。對冷補料進行低溫彎曲試驗，通過試件破壞時對應的最大彎拉應變進行低溫抗裂性能評價，結果見表6。

表6 冷補料的小梁彎曲試驗結果

從表6可看出：反應型冷補料的最大彎拉應變滿足規范中對改性瀝青混合料在冬冷區破壞應變值大于2 500 με的要求，而溶劑型冷補料無法滿足，說明反應型冷補料的低溫性能優于溶劑型冷補料。這是因為反應型冷補料中添加的固化劑與反應型溶劑可在一定程度上改善瀝青的低溫性能，最終使反應型瀝青冷補料不僅強度有所提升，在低溫狀態下的抵抗變形能力也得到明顯改善。

2.5 水穩定性

瀝青路面積水在行車荷載不斷作用下會產生較大的沖刷力，極易造成冷補料出現脫粒、松散等病害，導致積水進入混合料內部造成整體結構性破壞。從現有坑槽修補實際應用來看，確保冷補料具有良好的水穩定性是需重點解決的問題。通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗對冷補料的水穩定性進行綜合評價，由于現有規范缺乏對冷補料浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂強度試驗的有效評價指標，參考JTG D50—2017《公路瀝青路面設計規范》針對改性瀝青混合料在年降雨量大于500 mm條件下的相關指標要求進行評價。試驗結果見表7、表8。

表7 冷補料的浸水馬歇爾試驗結果

從表7、表8可看出：反應型冷補料的浸水馬歇爾穩定度、凍融劈裂抗拉強度比分別滿足大于85%和80%的規范要求，而溶劑型冷補料的浸水馬歇爾穩定度、凍融劈裂抗拉強度比均不符合要求，說明反應型冷補料的水穩定性優于溶劑型冷補料。溶劑型冷補料由于采用稀釋劑，可有效保證其施工性能，但對瀝青的黏彈性存在一定影響，進而對其水穩定性造成不良影響。而反應型冷補料有效避免了這一缺陷，其水穩定性已達到熱拌瀝青混合料的標準，具備良好的水穩定性。

表8 冷補料的凍融劈裂試驗結果

3 實體工程應用

湖南省內某高速公路處于國道主干線上，車流量較大，且所在地區夏季氣溫較高、降雨量較大，建成通車后不久便出現坑槽病害。分別以反應型冷補料、溶劑型冷補料作為坑槽修補料，選取典型坑槽病害段，經過原路面清理、開槽切割、原路面移除、現場拌合、攤鋪等多個步驟實現坑槽快速修補(見圖1)。

圖1 反應型冷補料主要修補步驟

從實際應用效果來看，溶劑型冷補料修補后的坑槽在13周后開始出現二次病害，22周后已全部失效(見圖2)；反應型冷補料修補后的坑槽已完工1年多，未出現任何二次病害，使用效果良好(見圖3)。實體工程應用效果顯示，反應型冷補料的路用性能與試驗結果相符，其性能表現遠超溶劑型冷補料。

圖2 溶劑型冷補料使用22周后效果

圖3 反應型冷補料使用1年后效果

4 結論

(1)與溶劑型冷補料相比，反應型冷補料具備更好的黏聚性、較高的初始穩定度和成型穩定度、較強的早期強度和后期使用強度，滿足快速通車的路面初始要求，能抵抗車輛反復作用導致的變形。

(2)通過高溫性能、低溫性能、水穩定性等路用性能對比，反應型冷補料比溶劑型冷補料具備更好的抗車轍能力、低溫抗裂性能及抗水損害性能。

(3)高速公路實體工程應用顯示反應型冷補料的坑槽修補效果優于溶劑型冷補料，能保證良好的長期路用性能。