瀝青路面冷補技術研究進展

禤煒安 熊劍平 陳杰

摘要：為促進瀝青路面綠色養護技術的發展，文章以瀝青路面冷補技術為研究重點，依托大數據庫，對國內外冷補技術的研究狀況進行了調研分析，闡述了冷補技術的研究趨勢及方向，總結了冷補料的種類及其應用狀況，研究了冷補料目前的試驗與評價方法及其關鍵性能指標的技術水平，為瀝青冷補技術的進一步深化研究提供技術支撐。

關鍵詞：冷補技術;初始強度;路用性能;瀝青路面;道路工程

0 引言

冷補料是瀝青路面養護工程中的重要技術之一，由于冷補瀝青混合料克服了熱拌混合料在生產和施工過程中對溫度的限制，在常溫環境下能夠完成混合料的拌和、攤鋪、碾壓成型等各個環節的操作，對生產設備要求較低，具有綠色節能、施工便捷、改善施工條件、適于各種氣候等突出的優點，而且修補質量較好，可快速開放交通，及時緩解城市交通壓力，是一種可持續發展的路面建筑技術。國外道路工作者對其的研究已有100余年的歷史，而國內的研究相對較晚，僅有30年左右。近幾年來，通過借鑒國外的研究成果以及成功案例，國內相關部門先后研制出多種常溫瀝青混合料，在工程實踐中得到了成功應用，取得了顯著的經濟與社會效益，并積累了大量的實際經驗。但是由于一些關鍵性技術問題未能取得突破，特別是添加劑和有機稀釋劑的研制沒有取得更大的進展，混合料的性能得不到良好的保障，冷補瀝青混合料在我國的推廣仍不盡人意。

本文以SCI-HUB、Sciencedirect、中國知網、谷粉學術等大數據庫為基礎，統計分析國內外瀝青路面冷補技術的研究方向及相關技術成果，旨在總結歸納瀝青路面冷補技術的研究成果以及當前存在的主要問題，為冷補技術的進一步深入研究提供依據。

1 檢索數據統計分析

1.1 冷補技術不同年份的成果統計

在各大數據庫中，以“冷補”“瀝青”為關鍵詞進行篇名檢索，可以發現瀝青路面冷補技術的相關論文共200余篇，不同年份分布如下頁圖1所示。

由圖1可以看出，2000年之后，冷補技術相關研究成果快速增長，2013年達到巔峰。近幾年仍處于相對高的水平。這表明近10年來國內眾多道路工作者開展了冷補技術方向的研究工作，與時下大力倡導綠色低碳的國家發展戰略也是相符的。

1.2 冷補技術不同方向的成果統計

以這200篇學術論文為基礎，以冷補技術的不同研究方向進行分類統計，結果如圖2所示。

由圖2可以看出，對冷補瀝青混合料的初始強度方面的研究最多，和易性、施工工藝、水穩性能等也是冷補技術重要的研究熱點。從眾多實踐經驗以及筆者的研究來看，由于目前普遍使用的乳化類和溶劑類冷補料均需經歷冷補液蒸發后方可形成強度的過程，而此過程正是冷補技術亟須攻克的技術難題。

2 冷補料的種類及產品

當前工程上應用的冷補料種類主要有溶劑類、乳化類和反應類三大類。溶劑類是冷補料應用最為廣泛的類別，依賴有機溶劑將瀝青稀釋，降低瀝青粘稠度，使其處于液體狀態，但強度形成過程中也需溶劑蒸發后方可形成強度。乳化類依賴于乳化瀝青材料性能，普通乳化瀝青較為容易制備，但路用性能不佳;改性乳化瀝青在制備上仍有一些技術難題需要解決，成品改性瀝青難以乳化，乳化后再改性則存在儲存穩定性不足的問題。但總的來說，乳化類在冷補料應用中仍占有一定份額。反應類冷補料需要兩個或兩個以上組分在現場拌制形成具有一定流動度的冷補料，之后不同組分發生交聯固化反應，形成半固體的瀝青膠結料，但由于配制這種類型冷補混合料成本較高，至今尚未得到大規模應用。而在市場上，一些公司已制備出可投入使用的冷補料，根據調研結果，如表1所示。

3 冷補料試驗及評價方法研究狀況

目前冷補技術方面尚未有統一完整的規范，針對冷補瀝青混合料的試驗方法，在《瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中，有提及冷補料馬歇爾穩定度和粘聚性的試驗方法，給出了馬歇爾穩定度≥3 kN的技術要求，以及耐水性和施工和易性的要求，而針對初始馬歇爾穩定度、車轍動穩定度、殘留穩定度等重要技術指標，其試驗方法未有提及。

針對這一情況，諸多道路研究工作者都結合瀝青冷補料的材料特性和研究成果，提出了冷補料性能檢測的試驗方法。相較于熱拌瀝青混合料，冷補料性能檢測基本思路主要是在試驗過程中增加一個養生的時間間隔，用于模擬實際水分或溶劑蒸發的時間。如高溫車轍動穩定度試驗，主要是試件成型方法與熱拌瀝青混合料的存在差異，目前研究者們的試驗方法為：將混合料裝入車轍試模中，啟動碾壓儀，在25 ℃條件下將試件先在1個方向碾壓a個往返，之后將試件在b ℃的恒溫箱中（頂部帶通氣孔）連續養生c h，之后將試件在與第一次不同的方向碾壓d個往返，將碾壓完畢后的車轍試件在25 ℃的條件下連續養生e d。不同研究者的差異主要表現在a、b、c、d、e五個參數的推薦值不一樣，部分統計如表2所示。

由表2可以看出，不同研究者對冷補料性能測試采用了大體類似但具體參數不一樣的試驗方法。為得到統一的試驗方法，還需針對不同的冷補料樣品開展大量試驗研究，根據試驗結果推薦具有規范性和可操作性的試驗方法，并給出合理的控制指標。

4 冷補料性能參數研究狀況

以參考文獻中列出的20篇學術論文為研究對象，統計分析不同學術論文中冷補料的力學強度、高溫性能、水穩性能的研究數據和成果（有的論文可能僅研究了其中的部分性能參數，因此統計的數據少于20個），用以評價現有瀝青冷補技術的狀況，為凝練瀝青冷補技術性能參數的未來研究方向提供依據。

4.1 冷補料力學強度研究

力學強度是冷補料關鍵的技術指標，在試驗研究中，通常以馬歇爾穩定度表征瀝青混合料的力學強度性能。初始強度的大小直接影響了開放交通的時間，成型強度則反映其承載交通荷載的能力，與高溫車轍動穩定度呈正比的相關關系。由上述檢索資料可以看出，初始強度性能是冷補料的主要的研究方向，大多數的文獻均對冷補料初始強度開展了研究。根據統計，現有文獻不同冷補料的初始強度分布如圖3所示。

可以看出，現有研究中，冷補料初始強度大部分均<3 kN，部分材料通過改性提高了冷補料的初始強度，最高值達6.29 kN?？偟膩碚f，冷補料初始強度仍然未形成較為成熟的技術，需要進一步深入研究與開發，普遍提高不同類型、不同級配的初始強度，以達到有效控制路面開放交通時間。

冷補料成型強度主要反映材料的結構強度，也是路面材料的重要指標，現有研究冷補料的成型強度統計如圖4所示。

可以看出，現有研究的冷補料成型強度均已滿足≥3 kN的要求，但不同研究中冷補料的成型強度變異性很大，馬歇爾穩定度值變化范圍為3.31～17.22 kN。

4.2 冷補料高溫性能研究

高溫性能是瀝青路面材料的重要性能，隨著當前重載交通以及夏季極端高溫的情況不斷出現，也對冷補料的高溫性能提出了極大的挑戰?，F有研究中，冷補料的高溫性能統計如圖5所示。

由圖5可以看出，不同研究中，冷補料的高溫動穩定度同樣差異性很大，動穩定度變化范圍為191～6 688次/mm，相差35倍。反映不同冷補料的高溫性能差異性極大，也反映了目前對冷補料的技術掌握不成熟，核心技術僅被部分道路工作者掌握。因此，有必要加強對冷補料的研究與開發，形成可推廣的成熟技術，為冷補技術的工程應用提供技術支撐。

4.3 冷補料水穩性能研究

水穩定性也是冷補料研究的主要方向之一，由于冷補料材料性能的特殊性，在制備冷補瀝青時一般加入了水或有機溶劑，使瀝青處于可流動的狀態。而在冷補料強度形成過程中，水分或溶劑需蒸發掉，使瀝青恢復半流體狀態。根據相似相容原理，在水條件下，若冷補料中的水分或溶劑未能及時蒸發，將極大影響冷補料的水穩性能。根據目前的研究成果，現有冷補料的水穩性能統計如圖6所示。

現行規范《瀝青路面坑槽冷補成品料》（JTT972-2015）對冷補料的殘留穩定度要求≥85%。由統計數據可以看出，76.9%的現有研究成果均不滿足此要求，表明冷補料的水穩性能仍需進一步提高。

5 結語

隨著綠色發展戰略的深化實施，瀝青路面冷補技術無疑將是未來重要的發展方向。盡管已有了部分研究成果與應用實踐，但仍有以下問題需要進一步解決：

（1）瀝青冷補料產品類型多，質量差異大，如何實現材料的高性能化是冷補技術進一步推廣應用的基礎。

（2）冷補瀝青混合料系統性研究不足，針對不同使用區域、不同交通量、不同結構層等細化研究尚需進一步深入，對于評價冷補瀝青混合料路用性能的方法及指標并沒有提出相應的規范。

（3）目前冷補料的關鍵性能技術參數參差不齊，缺乏質量穩定與技術可靠的冷補料，力學強度、高溫性能、水穩性能等關鍵路用性能是冷補料未來重點提升與突破的性能指標。

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