道路用冷補瀝青添加劑材料方案比選

劉文杰 隋欣錄

(東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 研究目的

改革開放以來，我國經濟迅速發展，隨著國家對公路事業的大力扶持和大量人力、物力的投入開發，目前我國的公路事業已由繁榮的建設期過渡為建設—養護期，許多早期建成的瀝青混凝土路面都已經有了不同程度的破損，個別路段損壞更為嚴重。針對路面的養護，通常使用的熱拌瀝青對于坑槽等其他路面損壞修復費用較高，而且由于其施工技術等原因，對環境污染較大，施工工序較為復雜需要封閉交通，而冷補瀝青在路面坑槽修補方面更加具有優勢。很早之前國外就已經展開了對冷補瀝青混合料的研究，冷補瀝青混合料是由基質瀝青、添加劑、稀釋劑、粗細集料和礦粉等攪拌混合制成的。由于通常不進行加熱，可以在低溫條件下使用，減少了能源的浪費。因而，對于冷補瀝青混合料以及冷補添加劑組成材料進行研究具有極大的經濟效益。冷補瀝青添加劑是冷補瀝青混合料的核心成分,而添加劑的組成材料更是直接決定了冷補添加劑的各項性能，進而直接影響著混合料的使用性能。所以，本研究擬研究對比得到制備高性能、經濟、環保的冬季用冷補添加劑組成材料。

2 研究方案

首先對冷補瀝青混合料的性能進行分析研究，然后對冷補瀝青混合料的基質瀝青、添加劑、稀釋劑和粗細集料以及礦粉進行選擇。為保證單一變量原則，確定基質瀝青、稀釋劑和粗細集料以及礦粉后主要通過改變添加劑的不同配比選擇，結合已有的材料比選原則，提出冷補瀝青添加劑的材料選擇原則。設計正交試驗，簡化冷補瀝青添加劑的配比試驗，確定幾種最佳配比的添加劑。按照規范操作配制冷補瀝青混合料，然后通過室內試驗對制備的冷補瀝青混合料進行三大指標試驗、馬歇爾穩定度試驗和車轍試驗，以此檢驗不同配比下的冷補瀝青添加劑對冷補瀝青混合料的性能所產生的影響。以工作性、硬化速度、黏聚性、高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性作為冷補瀝青混合料添加劑組成材料的評價體系，從而得到最優的添加劑組成材料。

3 冷補瀝青混合料的性能研究

冷補瀝青混合料是一種可用于全天候修補路面坑槽的材料，不受雨雪等惡劣天氣的影響，能夠及時修補路面坑槽的同時還具有施工速度快等優點。它的基本原理主要是通過在瀝青結合料中添加溶劑油等稀釋劑降低其自身黏度，使冷補料在常溫甚至低溫條件下也可施工。因此，其之所以能被稱為冷補料，是由冷補瀝青混合料的施工性能決定的，這是冷補料的最基本性能。

在高溫時，瀝青混合料是粘彈性材料，這時，其黏聚力很小，施工和易性較好，可以進行瀝青路面的攤鋪工作。隨著溫度的降低，黏聚力逐漸上升，瀝青混合料的強度也逐漸上升。待混合料下降至常溫時，瀝青混合料的強度成型，能夠滿足實際工程的需要。

冷補瀝青混合料可以通過摩爾—庫侖對其強度進行理論分析，因為其黏聚力較小，所以冷補瀝青混合料的強度主要來源于集料形成骨架和材料內部集料的內摩阻力。加入稀釋劑后瀝青的黏度有所降低，在低溫條件下，冷補瀝青混合料仍然具有工作性。將冷補瀝青攤鋪壓實后，在車載的作用下，冷補瀝青會逐漸變得密實，形成了冷補瀝青混合料的初始強度。

4 瀝青混合料強度的影響因素及原材料的選擇

由于討論的是添加劑材料組成的影響，因而在該過程中只討論混合料內因的影響。主要是冷補瀝青的用量、集料的級配和種類以及稀釋劑的影響。

1)瀝青:通過使用不同瀝青用量對冷補瀝青混合料的強度影響不同。當瀝青使用量較少時，不能將所有粗細集料包裹，降低了粗細集料的工作性能，導致冷補料的黏聚力很小。然而當瀝青用量過大時，粗細集料表面會出現過多的自由瀝青，也會降低混合料的黏聚性。2)集料:一般情況下瀝青呈酸性，為提高集料與瀝青的黏附性應使用堿性集料。集料的棱角較為明顯，能夠在攤鋪壓實后形成骨架結構，大大提高了瀝青混合料的內摩阻力。光滑的石料將會降低與瀝青的黏附性，對強度的形成不利。3)稀釋劑:稀釋劑揮發性能越好，攤鋪壓實后的冷補瀝青混合料的強度形成相應的也越快，反之則越慢。通過實驗可以看出，當瀝青用量和級配一樣時，不同稀釋劑含量的冷補瀝青混合料的初始穩定度會有所不同，稀釋劑的含量越高，則初始的穩定度就相應的越小。

當利用熱拌瀝青混合料進行瀝青路面修補時，需將其加熱到150 ℃以上，然后在140 ℃左右下進行攤鋪和壓實，在這個過程中瀝青會部分老化，造成其性能產生一定的降低，同時也對環境產生一定的污染。所以，能夠在常溫下拌和攤鋪壓實的冷補瀝青混合料的制備開發就顯得非常重要。為了使得冷補瀝青混合料能夠符合工程需要，應當使用液體瀝青而不能使用一般瀝青。由于冷補瀝青的添加劑為通過試劑配得，結合當地的氣候條件，選擇的瀝青為90號基質瀝青。

研究冷補瀝青混合料的目的是為了在低溫條件下對瀝青路面的各種道路病害進行修補。稀釋劑能夠稀釋和溶解瀝青改性劑，使得瀝青、稀釋劑及瀝青改性劑等完全融合在一起。同時，稀釋劑從瀝青混合料中以適當的速度揮發，能夠隨時間的增長逐漸增強其冷補瀝青混合料修補瀝青路面的效果。因此在進行稀釋劑的選擇時，應該注意選擇與基質瀝青極性相同的稀釋劑。除此之外，所選擇的稀釋劑應當能夠與冷補添加劑很好的相溶在一起。同時所選擇的稀釋劑能夠在攤鋪壓實后逐漸的揮發出去。因此，依據上述的選擇稀釋劑的原則，經實驗所得到的數據對比，并結合原料的造價，有無毒害等相關方面的考慮，航空煤油做基質瀝青的稀釋劑比較可靠。因而該實驗將航空煤油作為稀釋劑。在低溫瀝青混合料中主要起稀釋瀝青，增大瀝青低溫流動性的作用。

5 冷補瀝青添加劑的材料比選

高性能冷補添加劑可能含有稀釋降黏、黏度與黏附性補償、觸變促進及相變自生熱等主要成分，本項目擬選用樹脂類材料、橡膠類材料、觸變變稠型材料與自生熱型材料組成改性劑配方。樹脂和橡膠類材料擬增加瀝青強度和彈性；觸變變稠型材料擬增加瀝青在常溫下與原坑槽界面的黏附性，防止高速行車時瀝青黏附于車輪；自生熱材料擬應用于施工時瀝青自主加熱，新舊瀝青之間連接較于直接冷鋪粘結度更高，加速溶劑揮發，使工期縮短通車更快。廢舊輪胎橡膠粉(40目以下)代替常用SBR或SBS，環保、再生；擬引入相變自生熱成分，促進結構強度形成；適合于寒區冬季施工使用(-20 ℃)，而能適應寒區冬寒夏炎熱的服役使用。

6 研究結論

目前本項目相關研究試驗已經結束，通過大量查閱文獻資料，我們已經掌握有關冷補添加劑的制備及試驗分析等相關知識，確定選取幾種原材料進行冷補添加劑的合成，并設計正交實驗用于優化配比的基礎性質指標，精簡試驗。利用SPSS等數理分析軟件分析得到最優化配比，確定各組成成分的最佳劑量。同時在此過程中總結完善相應的制備工藝，設計評價試驗體系，進行多方向的綜合技術評價，反饋優化配比。在研究過程中，與本實驗相關的最新研發資料較少，對于本實驗的研究方向有一定影響，由于現有實驗室實驗條件的限制，只能通過三大指標試驗、馬歇爾穩定度試驗以及車轍試驗等確定冷補瀝青添加劑以及冷補瀝青混合料的部分工作性能，并以此建立評價體系，有一定的局限性，不過在多方位的研究討論下，得到一般評價體系和最優化配比方案以及道路用冬季冷補瀝青添加劑的生產工藝。