一種新型瀝青路面坑槽修補材料的性能研究

鄧玉訓，謝 群

1. 九江市公路管理局，江西 九江 332000 2. 江西省贛北公路勘察設計院，江西 九江 332000

0 引 言

采用冷補瀝青混合料是在常溫或低溫條件下修補瀝青路面坑槽最有效的方式，其具有不受天氣影響、施工簡單、維修方便、封閉交通時間短、剩料可重復利用及節能環保等特點，具有較高的推廣價值[1-4]。但是，由于國內對冷補料路用性能和評價指標沒有統一的標準，導致市面上的冷補料良莠不齊，不能充分體現其優勢；而且目前瀝青的冷補料仍普遍存在初期強度不高、耐久性差、接縫黏結力弱、易受水損壞產生二次病害等問題[5]。國外對冷補瀝青混合料的理論研究和實際應用起步較早且技術較為成熟，尤其在冷補料級配理論方面相對全面，最具有代表性的包括：前蘇聯研發的懸浮密實型，它的細集料多、礦粉多、粗集料少，初期強度高，但和易性差；加拿大研發的骨架空隙型強調粗集料的嵌擠，細集料少、礦粉少，和易性好，但難以壓實；美國研發的骨架密實型兼具兩者的優勢。國內對于冷補料的礦料級配形成、強度形成等理論研究較晚， 最有代表的就是呂偉民教授對冷補料的設計原理、級配理論等方面的研究，提出了適用于中國的冷補瀝青混合料的技術要求，推動了該技術的研發和實踐推廣[6]。

本文針對冷補料現存的問題，研發一種基于高分子樹脂材料的瀝青路面坑槽冷補料，并針對影響高分子樹脂冷補料路用性能的集料類型、級配類型、擊實方法、養生條件等進行試驗研究，證明這種高分子樹脂型瀝青路面坑槽冷補料的性能優異且具有一定的發展前景和市場推廣價值。

1 影響冷補瀝青混合料性能的因素

冷補液性質、礦料類型以及礦料級配決定著冷補料的骨架結構，施工技術、碾壓流程（室內試驗中擊實方法和養生條件）等決定等冷補料的嵌擠程度、體積參數以及稀釋劑的揮發速率等。本文將著重考慮集料類型、級配類型、擊實方法及養生條件等對高分子樹脂冷補料性能的影響。

2 試驗設計與分析

本文基于對重慶地區的氣候特征、交通條件以及路面結構類型等方面[8-9]的調查，考慮該地區瀝青路面常用的集料類型、級配類型對高分子樹脂冷補料性能的影響，并根據不同的擊實和養生條件，研究適用于重慶地區的高分子樹脂冷補料設計方法。

2.1 集料類型的影響

不同類型集料的化學成分、酸堿性、表面形態、力。重慶地區瀝青路面常用的集料類型為石灰巖、玄武巖，試驗對這2種集料采用規范推薦的LB-13型級配（圖1），根據確定的最佳油石比成型2套馬歇爾試件，并分別對其穩定度及物理指標進行對比、分析，結果如表1所示。

圖1 LB-13級配設計

表1 不同集料的冷補料馬歇爾試驗結果

由試驗結果可知：4種級配的普通馬歇爾穩定度和浸水馬歇爾穩定度，從大到小依次為SMA-13、AC-13、LB-13、OGFC-13；4種級配的殘留穩定度從大到小依次為SMA-13 、LB-13、AC-13、OGFC-13。總體來看，SMA-13由試驗結果可知：石灰巖冷補料較玄武巖空隙率小、穩定度高、流值大，能夠更好地滿足路面使用要求。因為玄武巖中SiO2的含量較大，巖性呈酸性，密度、硬度較大，與瀝青膠結料的黏附性較石灰巖小，在常溫下冷補料的拌合、擊實過程中，礦料剛度較大不易被擊實，礦料間距變化較小，嵌擠程度較弱，所以成型后的空隙率較大、穩定度較小、流值小。因此，在考慮高分子樹脂冷補料性能時集料類型的影響不容忽略。

2.2 級配類型的影響

在瀝青混合料的組成中，礦料的質量約為總質量的95%，礦料的級配決定著混合料的嵌擠程度，與混合料性能密切相關，且不同的礦料級配適用的地域范圍、公路等級、氣候及交通條件也不同[11]。所以，本試驗針對重慶地區瀝青路面常用的4種級配類型SMA-13、AC-13、OGFC-13及LB-13（圖2）進行研究。集料選擇石灰巖，測試不同類型級配下高分子樹脂冷補料的高、低溫性能及抗水損壞性能。混合料的穩定性和抗水損壞能力明顯優于另外3種；LB-13和AC-13 的穩定性和抗水損壞能力相差不大，但AC-13浸水后穩定度下降較快，抗水損壞的性能較弱；OGFC-13的2種性能均較差。

圖2 不同級配類型的級配曲線

2.2.1 級配類型對馬歇爾穩定度影響

確定各個級配的最佳油石比，分別成型不同級配的馬歇爾試件，并測試試件的普通馬歇爾穩定度和浸水馬歇爾殘留穩定度，結果如圖3、4所示。

圖3 不同級配冷補料的穩定度

圖4 不同級配冷補料的殘留穩定度

分析原因為：空隙率對不同級配類型瀝青混合料的水穩定性和高溫穩定性具有顯著影響[12]， SMA-13、AC-13、LB-13均為密級配，細集料較多，空隙率較小；OGFC-13為開級配，其密實度相對較差，空隙率較大，集料間的接觸面積減少，浸水后試件內部存在大量應力空洞，所以OGFC-13的穩定度和殘留穩定度都較低。由級配曲線可以看出，SMA-13級配要比AC-13和LB-13粗，試件骨架較為明顯，穩定性較好，再者SMA-13的細集料偏多、油量偏大，密實性較好，浸水后穩定度變化較小，殘留穩定度較高。AC-13級配明顯比LB-13偏細，但AC-13的空隙率較LB-13小，所以兩者的穩定度相差不大。

2.2.2 級配類型對高溫性能的影響

各縣市區每年按當年新增土地流轉面積，由財政部門獎勵、村集體補助、流入主體提取一定標準，建立土地流轉風險保障金（每年每公頃提取8～10元），當流入主體因遭受重大自然災害、死亡、破產等原因致使合同無法繼續履行時，風險保障金用于支付農戶土地流轉費，化解了土地流轉風險。

按照最佳油石比成型不同級配的冷補料車轍板，并在60 ℃條件下測試試件的動穩定度，結果如圖5所示。固性材料性能的發揮，所以表現出動穩定度相比AC-13和OGFC-13較小。

2.2.3 級配類型對低溫性能的影響

冷補料低溫性能采用大梁低溫三點彎曲試驗，將不同級配的成型試件在－10 ℃的溫度下保存 5 h，測試各試件的三點彎曲指標，試驗結果如表2、圖6所示。

表2 不同級配類型冷補料低溫彎曲試驗結果

圖6 不同級配冷補料的低溫勁度模量

圖5 不同級配冷補料的動穩定度

由試驗結果可知：4種級配都具有較高的動穩定度，完全滿足抗車轍性能要求，其中級配AC-13和OGFC-13的高溫穩定性要明顯高于 SMA-13和LB-13。

分析原因為：由于采用的反應型樹脂膠結料本身具有熱固性，使這4種級配冷補混合料的動穩定度都比較高；熱固性材料隨著溫度的上升、時間的延長，其硬度不斷增大，OGFC-13級配混合料的空隙率較大，冷補液中的稀釋劑易于揮發，加快了樹脂材料的反應速率，提高了冷補料的強度；AC-13比LB-13、SMA-13的級配較細，其冷補料結構類型為懸浮密實型，強度的形成大部分依靠膠結料的性能，測試冷補料的高溫性能時，正好體現出熱固性材料的優勢，而SMA-13、LB-13的骨架嵌擠結構阻礙了熱

由試驗結果可知：低溫條件下LB-13、OGFC-13、SMA-13三組級配的彎拉強度差別不大，但明顯高于AC-13型級配；級配AC-13和LB-13的彎拉應變差別不大，級配SMA-13和OGFC-13的彎拉應變差別不大，但前兩者的彎拉應變明顯高于后者的彎拉應變；級配OGFC-13和SMA-13的勁度模量差別較小，LB-13勁度模量適中，AC-13最差。

分析原因為：在低溫條件下樹脂膠結料呈現變硬、變脆的特性，成型試件的低溫彎拉強度、彎拉應變大部分取決于礦料級配特征，即礦料的嵌擠程度、礦料級配的連續性；AC-13冷補瀝青混合料的骨架結構為懸浮密實型，礦料間嵌擠程度較弱，而低溫條件下樹脂膠結料的黏結性、塑性又差，所以AC-13的低溫彎拉強度較低；低溫條件下，粗集料的收縮性比細集料小，SMA-13和OGFC-13級配的粗集料含量較多且級配類型為間斷級配，粗細集料間的冷縮性不均勻，彎拉應變的大小取決于粗集料的嵌擠程度，所以SMA-13和OGFC-13的低溫彎拉應變較小；勁度模量表示混合料抵抗變形的能力，SMA-13和OGFC-13級配冷補料粗集料含量較多，骨架結構明顯，所以具有較高的勁度模量。

綜上所述，不同級配類型下，高分子樹脂冷補料的高、低溫性能以及水穩定性能都能夠很好地滿足路用性能的要求，但不同級配混合料之間的差別也較大，所以要根據實際情況合理設計高分子樹脂冷補料的級配。

2.3 擊實方法和養生條件的影響

現行規范對于冷補瀝青混合料的擊實方法和養生條件沒有統一的標準，需要根據當地實際情況進行探索、研究。室內冷補料的馬歇爾擊實方法和養生條件能夠為實際工程冷補料攤鋪和碾壓提供參考。

2.3.1 擊實方法的影響

不同擊實次數下，LB-13型冷補瀝青混合料的吸水率、密度、空隙率、穩定度等如表3所示。

表3 不同擊實次數下冷補料的馬歇爾試驗結果

由表3知：隨著擊實次數的增加，高分子樹脂冷補瀝青混合料的吸水率、空隙率明顯減小，穩定度明顯增加，因此應根據實際工程條件確定冷補料的擊實次數。

2.3.2 養生條件的影響

將制備的馬歇爾試件在不同溫度下保溫，觀察溫度對高分子樹脂冷補料性能的影響，結果如圖7所示。

由圖7可知：隨著養護溫度的升高、養護時間的延長，高分子樹脂冷補料的初始穩定度不斷提高，所以在實際施工過程控制好溫度，可以快速提高冷補料的初始強度，縮短封閉交通時間。

圖7 不同養護溫度對冷補料性能的影響

4 結語

本文主要分析了重慶地區常見的集料類型、級配類型以及擊實方法和養生條件對高分子樹脂冷補料路用性能的影響，結論如下。

（1）對比LB-13級配條件下石灰巖和玄武巖冷補料的穩定性，結果表明：石灰巖型的高分子樹脂冷補料穩定度較高。

（2）礦料級配類型對冷補瀝青混合料高、低溫性能及水穩定性的影響尤為重要。SMA-13水穩定性好，AC-13高溫穩定性好，LB-13的低溫性能優越且綜合性能好。由此可見，高分子樹脂冷補料的水穩定性主要受空隙率影響，高溫穩定性受其礦料的骨架結構影響較大，低溫穩定性主要與其級配的連續性有關。

（3）對比不同擊實次數、不同養護溫度下高分子樹脂冷補料的馬歇爾穩定度可知，隨著擊實次數的增加，高分子樹脂冷補料的吸水率、空隙率減小，穩定度增加，隨著養護溫度升高、養護時間的延長，其初始穩定度不斷提高。

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