溶劑型冷補瀝青的開發及性能評價

鄭木蓮，金佳宏，劉 俠，鞠 健，董長江，閆春梅

(1.長安大學特殊地區公路工程教育部重點實驗室，西安 710064；2.濟寧市鴻翔公路勘察設計研究院有限公司， 濟寧 272100；3.呼和浩特市交通運輸局，呼和浩特 010010)

0 引 言

冷補瀝青混合料是一種瀝青路面坑槽常用修補材料，其具有可就地生產、施工工藝簡單、安全環保等性能優勢，并能實現對坑槽病害即現即補，冬雨季也可施工，目前已在道路工程養護作業中得到廣泛應用[1-3]。冷補瀝青混合料多是采用低黏度瀝青結合料或乳化瀝青與集料拌制而成，而低黏度的冷補瀝青作為結合料，其性能很大程度上決定了冷補瀝青混合料的性能[4]。鑒于冷補瀝青結合料種類較為繁多，市面在售產品質量良莠不齊，并且其性能評價指標與方法多是參考熱拌瀝青結合料，缺乏一定可信度。因此為保證冷補料的性能和工程質量，需要對冷補瀝青的性能進行評價和控制。

在冷補瀝青性能評價方面，國內外研究人員進行了大量研究。美國、日本等國家針對自研冷補瀝青產品，提出相應的企業標準[5-6]，但是其標準只適用于自身產品的質量控制，不具有普適性；國內常見的是對冷補瀝青的黏滯性、黏附性、安全性、低溫性、儲存穩定性進行評價，但是沒有形成系統的評價體系。張爭奇等[7]提出冷補瀝青流動性的試驗方法，但只評價冷補瀝青的常溫流動性，沒有評價冷補瀝青低溫條件下的流動性；徐文等[8]僅評價冷補瀝青的黏滯性、黏附性和揮發性；耿立濤等[9]僅評價冷補瀝青的黏滯性和黏附性；張毅等[10]并沒有對冷補瀝青的性能進行評價，直接通過設計正交試驗評價冷補瀝青混合料的性能，大大增加了試驗工作量。

為完善冷補瀝青技術指標和評價方法，優化冷補瀝青材料組成和制備工藝，本文基于《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)中冷補瀝青評價方法和技術要求，以及《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20—2011)普通石油瀝青的技術要求，擬提出一系列適用于溶劑型冷補瀝青的性能評價方法，并通過正交試驗研制一種性能優良的溶劑型冷補瀝青。根據稀釋劑和外加劑的特點對溶劑型冷補瀝青制備工藝進行優化，最后對研制的溶劑型冷補瀝青與市場在售成品冷補瀝青進行性能對比試驗，提出建議性技術要求。

1 試驗材料與方案設計

1.1 材料選擇

1.1.1 基質瀝青

基質瀝青標號是根據瀝青材料使用當地的氣候條件、交通條件、環境、使用目的等進行選擇，考慮到溶劑型冷補料常用于常溫和低溫條件，一般采用低稠度的道路石油瀝青，為保證冷補料的性能，還要求冷補瀝青具有一定的黏度。本文選擇中海70 #石油瀝青作為基質瀝青，技術指標如表1所示。

表1 中海70#基質瀝青技術指標Table 1 Technical indexs of zhonghai 70# asphalt

1.1.2 稀釋劑

根據相似相溶原理[11]，本文選用0#柴油作為稀釋溶劑。相比汽油和煤油，采用柴油作為稀釋溶劑的冷補瀝青具有更好的儲存穩定性以及安全性。柴油的物理特性如表2所示。

1.1.3 外加劑

本文綜合考慮了冷補瀝青與礦料黏附性不足、瀝青與外加劑配伍性不佳、加入稀釋劑后瀝青黏度下降、冷補料水穩定性不足等問題，選用一種增黏劑、一種表面活性劑、一種補強劑和一種抗剝落劑。外加劑類型和特點如表3所示。

表2 0#柴油物理特性Table 2 Physical properties of 0# diesel

表3 外加劑類型及特點Table 3 Types and characteristics of admixtures

1.2 冷補瀝青制備工藝設計

溶劑型冷補瀝青制備工藝的關鍵有兩點：(1)稀釋劑與外加劑加入順序；(2)增黏劑、表面活性劑、補強劑及抗剝落劑的加入順序。由于所選用的表面活性劑和增黏劑能對補強劑表面改性，因此稀釋劑和各種外加劑的加入順序勢必會引起瀝青性能的變化。本文著重從上述兩方面進行研究。根據產品推薦的外加劑使用劑量，初定m(基質瀝青) ∶m(稀釋劑) ∶m(增黏劑) ∶m(表面活性劑) ∶m(補強劑) ∶m(抗剝落劑)=100 ∶25 ∶4 ∶0.5 ∶3 ∶0.4。表4為稀釋劑與外加劑加入順序，按照表4設計的三種方案配制冷補瀝青，然后對拌制成的冷補料進行低溫施工和易性與初始強度性能試驗，進而確定出稀釋劑與外加劑的加入順序。冷補瀝青混合料的礦料級配參考JTG F40—2004，選擇LB-13級配，設計的合成級配如圖1所示[11]。低溫施工和易性方法參照JTG F40—2004，初始強度試驗采用修正的馬歇爾穩定度法，具體體現在：冷補料拌和后，首先稱取定量的冷補料裝入馬歇爾試模，雙面擊實25次，連同試模在25 ℃恒溫箱養生6 h，再雙面擊實25次；脫模后在25 ℃水槽中養生30 min，立即測試其穩定度[12]。

表4 稀釋劑與外加劑加入順序Table 4 Adding sequence of diluent and admixture

圖1 礦料合成級配[11]Fig.1 Aggregate composite gradation[11]

確定稀釋劑與外加劑的加入順序后，繼續研究4種外加劑的加入順序。首先將基質瀝青加熱到110 ℃熔融狀態，然后加入25%的稀釋劑攪拌10 min，再按照表5設計的8種不同方案按照順序加入外加劑，平均各組分的攪拌時間，繼續攪拌總時間20 min，最后對配制好的冷補瀝青拌制成冷補料進行低溫施工和易性和初始強度試驗，進而確定溶劑型冷補瀝青最佳制備工藝。

制備過程中的注意事項有三點：(1)基質瀝青加熱至有較好的流動狀態為止，加熱溫度不宜過高；(2)在高速剪切機轉頭的高速剪切作用下，溫度會降低至80 ℃左右，需要使用可控溫的加熱爐保持制備溫度恒定；(3)制備總時間宜控制在30 min左右，時間過短，各組分溶解不均勻，時間過長，稀釋劑揮發，導致配制的冷補瀝青配比不準確。

表5 各組分外加劑的不同加入順序Table 5 Different adding sequence of each component admixture

1.3 正交試驗設計

試驗需要確定溶劑型冷補瀝青組成材料的最佳比例，并采用正交試驗進行方案設計。以增黏劑、表面活性劑、補強劑、抗剝落劑為因素A、B、C和D，設定三水平，按L9(34)正交表安排試驗，如表6所示。初定稀釋劑摻量為25%(質量分數)，根據產品推薦用量，初定m(基質瀝青) ∶m(稀釋劑) ∶m(增黏劑) ∶m(表面活性劑) ∶m(補強劑) ∶m(抗剝落劑)=100 ∶25 ∶4 ∶0.5 ∶3 ∶0.4，并在此基礎上調整外加劑用量。

表6 正交試驗方案設計Table 6 Orthogonal text scheme design

2 溶劑型冷補瀝青性能評價方法

2.1 黏 度

冷補瀝青的黏度與其混合料低溫施工和易性、初始強度密切相關。黏度越大，冷補料低溫施工和易性越差，初始強度越好。本文采用JTG E20—2011中T0625—2011的瀝青旋轉黏度試驗測試冷補瀝青的黏度，試驗溫度為60 ℃[7]。

2.2 揮發性

溶劑型冷補瀝青在儲存過程中會有少量稀釋劑揮發，為了保證冷補瀝青的儲存穩定性以及冷補料的施工和易性，要求稀釋劑揮發質量較小為宜。但是稀釋劑揮發慢意味著冷補料初期強度形成較慢。因此在評價冷補瀝青揮發性的同時，也應考慮冷補瀝青揮發性對冷補料強度形成速度的影響。冷補瀝青在3 d內的揮發質量最大[7]，為全面評價溶劑型冷補瀝青的揮發性，根據冷補瀝青及冷補料可能的儲存溫度情況設定試驗溫度為-5 ℃(低溫)、25 ℃(常溫)和40 ℃(高溫)。因此本文將冷補瀝青在三種溫度條件下儲存3 d后的揮發質量百分比作為揮發性評價指標，并同時測試了25 ℃(常溫)條件下各組冷補料的初始強度值和冷補料儲存3 d后的強度值，分析溶劑揮發快慢對混合料強度形成速度的影響。其中揮發質量百分比=(冷補瀝青質量-冷補瀝青儲存3 d后的質量)/冷補瀝青的質量×100%。

2.3 流動性

冷補料通常在低溫和常溫條件下施工，要求冷補料具有良好的低溫和常溫施工和易性，因此冷補瀝青應具有較好的低溫和常溫流動性。然而，國內外關于溶劑型冷補瀝青低溫流動性的評價方法大多是依據主觀判斷。為此本文采用一種改良的試驗方法定量評價冷補瀝青的低溫和常溫流動性。具體體現在：將一定量的冷補瀝青裝入長200 mm，直徑20 mm的干燥玻璃試管并放在試管架上保持直立，將試管架連同試管一起放入-5 ℃(低溫)、5 ℃(低溫)、25 ℃(常溫)的條件下保溫4 h以上，然后迅速將試管取出并倒立，測量不同溫度下2 min內試管中流出瀝青的質量，以2 min流出瀝青的質量作為溶劑型冷補瀝青流動性的評價指標。需要注意的是：(1)試驗溫度的選擇。通常情況下，低溫試驗溫度選擇-5 ℃，常溫試驗溫度選擇25 ℃。其中，在-5 ℃條件下進行流動性試驗發現，冷補瀝青流動性較差，2 min內冷補瀝青只出現流動跡象，無瀝青滴落，說明-5 ℃低溫條件太苛刻。結合具體情況，修正低溫試驗溫度為5 ℃。(2)試驗時間的選擇。本次試驗測試時間選用2 min，原因是在5 ℃低溫環境下，冷補瀝青在40 s時開始出現流動跡象，在1 min時有瀝青流出，2 min時流出一定質量的瀝青，3 min時流出很多瀝青。考慮到測試時間越長，冷補瀝青的溫度恢復越快，影響試驗結果。同時常溫條件下2 min內流出瀝青質量適中且速度均勻，不同組別之間具有較高的可比性。因此，本文采用2 min作為冷補瀝青低溫流動性的測試時間。

由于冷補瀝青在高溫下均具有優良的流動性，因此無需對冷補瀝青40 ℃(高溫)條件下的流動性進行評價。

2.4 儲存穩定性

瀝青儲存一段時間后會產生離析現象，導致上下組分不均勻，拌和的冷補料質量不佳，因此有必要評價冷補瀝青的儲存穩定性。我國JTG E20—2011中T0611—2011聚合物改性瀝青離析試驗是用來評價改性劑與基質瀝青的相容性，也可用于評價溶劑型冷補瀝青的儲存穩定性。聚合物改性瀝青離析試驗采用的評價指標是：將離析管切割成三段，測量上下兩段試管中瀝青熔融后的軟化點差值。但是軟化點試驗要求金屬小球放置于硬化瀝青試模上的溫度為5 ℃，然而溶劑型冷補瀝青在5 ℃時較軟，無法進行軟化點試驗。因此，本文采用的試驗方法為：選取長100 mm、直徑25 mm的平底直筒的塑料試管，將冷補瀝青注滿試管，根據冷補瀝青可能的儲存溫度情況，在-5 ℃(低溫)、25 ℃(常溫)和40 ℃(高溫)條件下密封靜置3 d，3 d后放入-20 ℃的冰箱中冷凍4 h使冷補瀝青完全凝固。取出試管，用小型切割機具將試管平均分成三等份，測量上段試管的質量m1，下段試管質量m2，采用質量差百分比作為溶劑型冷補瀝青儲存穩定性的評價指標。其中質量差百分比=(m2-m1)/m1×100%。

2.5 黏附性試驗

冷補瀝青與礦料的黏附性決定了冷補料的后期強度，黏附性不足，會導致冷補料施工后出現松散、脫落等問題，水分易侵入產生水損害。因此黏附性是評價冷補瀝青性能優劣的關鍵。本文參考JTG E20—2011中T0616—1993水煮法試驗，對水煮法試驗進行了改進，采用石料裹附瀝青的質量損失率作為評價冷補瀝青與礦料黏附性的定量評價指標。具體試驗方法為：準備13.2 mm粒徑的石料若干，清洗烘干；將每顆石料做好標記記錄初始質量m0，用細線系好并放入瀝青試樣中使瀝青充分裹附在石料表面；將石料取出，在室溫中放置1 h以上至表面瀝青充分冷卻，此時記錄裹附瀝青的石料質量m1；將瀝青放入裝有微沸水的燒杯中，浸煮3 min，并用紙撇去水面懸浮瀝青；取出后繼續放在室溫中冷卻，待表面水分風干后稱其水煮后的質量m2，隨后計算石料上裹附瀝青的質量損失率=(m1-m2)/(m1-m0)×100%。

3 試驗結果分析

3.1 制備工藝分析

3.1.1 稀釋劑與外加劑的摻加順序

按照1.2節設計的試驗方案進行溶劑型冷補瀝青混合料低溫施工和易性和初始強度試驗，試驗結果如表7所示。

由于冷補料的特殊性，混合料剛鋪筑到路面上時稀釋劑揮發量少，初始強度較低。為了滿足開放交通的需求，冷補料通常要求一定的初始強度。表8[13]給出了國內外一些冷補瀝青混合料產品的初始強度值。

表7 不同方案的低溫施工和易性和初始強度Table 7 Low-temperature workability and initial strength of different schemes

表8 國外幾種溶劑型冷補瀝青混合料初始強度[13]Table 8 Initial strength of several solvent cold patching asphalt mixtures abroad[13]

由表8可知國內外幾種冷補料產品的初始強度均不大，原因是國外較為重視冷補料的低溫施工性。對于冷補料的初始強度，規范中沒有給出統一的標準。文獻[14]提出了冷補料的初始強度不小于2 kN，并結合本文試驗結果及國內外冷補料產品的初始強度，建議冷補料的初始強度不小于2 kN。

由表7可知，工藝Ⅲ配制的冷補料初始強度值最大，為2.77 kN。說明工藝Ⅲ配制的冷補瀝青有利于提高冷補料的初始強度；工藝Ⅱ的低溫施工和易性最好，但是初始強度較低；而工藝Ⅰ低溫施工和易性更好，初始強度2.47 kN也滿足要求。考慮到低溫施工和易性是冷補料最基本的性能，在追求更高初始強度的前提下應該首要保證冷補料的低溫施工和易性[15]。因此綜合確定工藝Ⅰ為稀釋劑與外加劑的最佳加入順序。

3.1.2 各組分外加劑的不同摻加順序

確定稀釋劑與外加劑加入順序后，按照本文1.2節設計的各組分外加劑的不同加入順序方案進行低溫施工和易性和初始強度試驗，結果如圖2和表9所示。

由圖2和表9可知，工藝1配制的冷補料初始強度最高，低溫施工和易性較好；工藝3、4、5、6、8配制的冷補料初始強度較低，達不到2 kN要求；工藝2配制的冷補料初始滿足要求但是低溫施工和易性差；工藝7配制的冷補料和工藝1相比，初始強度和低溫施工和易性較差。最后確定工藝1為自研溶劑型冷補瀝青外加劑的最佳制備順序。綜上，自研溶劑型冷補瀝青的制備工藝流程如圖3所示。

圖2 不同方案的初始強度Fig.2 Initial strength of different schemes

圖3 自研溶劑型冷補瀝青制備工藝流程圖Fig.3 Preparation process flow chart of self developed solvent cold patching asphalt

表9 不同方案的低溫施工和易性Table 9 Low-temperature workability of different schemes

3.2 正交試驗分析

首先對正交試驗組進行冷補瀝青黏度、冷補料初始強度和低溫施工和易性試驗，基于性能平衡條件，綜合選出黏度、初始強度及低溫施工和易性均滿足要求的目標組，然后將目標組與市場在售的兩種冷補瀝青進行性能對比試驗，試驗結果如表10、表11、表12和圖4所示。

表10 正交試驗組60 ℃黏度Table 10 60 ℃ viscosity of orthogonal test group

表11 正交試驗組黏度極差分析表Table 11 Range analysis of orthogonal test group

表12 正交試驗組低溫施工和易性Table 12 Orthogonal test group low-temperature workability

圖4 正交試驗組60 ℃黏度和初始強度Fig.4 60 ℃ viscosity and initial strength of orthogonal test group

由極差分析表可知，四種外加劑中補強劑對黏度影響最大，其次為表面活性劑，再次之為增黏劑，最后為抗剝落劑。

JTG F40-2004規定改性瀝青135 ℃黏度不得超過3 Pa·s，改性瀝青135 ℃黏度相當于冷補瀝青60 ℃黏度[7]，因此為滿足冷補瀝青混合料具有較好的拌和、攤鋪性能，規定冷補瀝青60 ℃的黏度應≤3 Pa·s。由圖4(a)可知，組別3、4、6黏度超過3 Pa·s不滿足要求。由表12可知，組別1、2、5、7、8、9的低溫施工和易性較好。

為解決冷補料低溫施工和易性和初始強度之間的矛盾，要選取二者均滿足要求的正交試驗組。由圖4(b)可知，組別2、3、4、6、7、8初始強度>2 kN，但是其中組別3、4、6的60 ℃旋轉黏度>3 Pa·s，不滿足建議技術要求；最后在滿足條件的組別2、7和8中，組別8的低溫施工和易性最優，強度最高，因此優選組合為組別8。

3.3 對比試驗分析

為了進一步驗證組別8的最優配比以及冷補瀝青的評價方法和技術要求，將組別2、7、8與市場上在售的四川某成品冷補瀝青和江西某成品冷補添加劑配置的冷補瀝青，進行性能對比試驗。

3.3.1 冷補瀝青性能對比試驗

(1)揮發性試驗

圖5 揮發性試驗結果Fig.5 Volatility test results

揮發性試驗結果如圖5所示。揮發質量百分比越小，冷補瀝青的儲存性能越好。由試驗結果可知溫度越高，揮發質量百分比越大。-5 ℃冷補瀝青的揮發質量百分比最小，最大為江西冷補瀝青的0.412%；40 ℃冷補瀝青的揮發質量百分比最大，最大為組別7的5.29%。相同溫度條件下，組別8的揮發質量百分比最小，其次為組別2，最后為組別7。原因可能是組別8中補強劑較多，與增黏劑生成了黏附性強的物質，且表面活性劑能改善外加劑在稀釋瀝青中的熔融效果，從而降低稀釋劑的揮發量。

與組別8相比，四川冷補瀝青和江西冷補瀝青的揮發質量百分比更大，25 ℃四川冷補瀝青的揮發質量百分比要遠大于其他組別，而組別8揮發質量百分比最少，儲存性能要好于市場在售冷補瀝青。根據對比試驗的結果并參閱文獻，推薦溶劑型冷補瀝青揮發性評價指標為-5 ℃揮發質量百分比≤0.2%，25 ℃揮發質量百分比≤1.5%，40 ℃揮發質量百分比≤5%。

冷補瀝青揮發質量百分比越小，儲存穩定性越好，但是會導致冷補料強度形成緩慢。為驗證冷補瀝青揮發性對冷補料強度形成速率的影響，將各組別冷補瀝青拌制成冷補料，測試25 ℃冷補料的初始強度值和冷補料儲存3 d后的強度值，如表13所示。冷補瀝青3 d揮發質量百分比和冷補料3 d強度增長值關系如圖6所示。

表13 冷補料儲存3 d強度值Table 13 Strength of cold patching asphalt mixtures after 3 d

由圖6可知，3 d冷補料的強度增長值和3 d冷補瀝青的揮發質量百分比之間有明顯的相關性，揮發質量百分比越大，其強度增長值越大。但是由表13可知，冷補料儲存3 d后的強度增長不明顯，原因是所選稀釋劑為柴油，性質穩定，揮發較慢，并且冷補料的強度形成是一個緩慢復雜的過程，受到車輛荷載、溫度、氣候等多方面因素的影響。綜上，儲存3 d后的冷補料強度增長值可以較好地反映出冷補瀝青稀釋劑揮發的快慢，但是較短的儲存期限內，稀釋劑的揮發對冷補料的強度提升效果不明顯。

(2)流動性試驗

流動性試驗結果如圖7所示。試驗過程中發現，-5 ℃冷補瀝青在2 min內出現流動跡象，但是瀝青沒有滴落無法測得數據，原因可能是-5 ℃溫度較為苛刻，且滴落時間不足。因此將低溫流動性的測試溫度調整為5 ℃，此時冷補瀝青2 min內出現流動跡象并順利滴落，其中組別7的流動性最好，為3.83 g，組別8次之，為3.22 g，組別2最差，為2.6 g。究其原因，可能是組別7增黏劑含量最少。組別8流動性和組別7相當，但是組別8的初始強度更大。25 ℃時，冷補瀝青2 min內流出的質量與低溫瀝青流動性的趨勢相同，組別7流動性最好，組別8次之，組別2最差，并且冷補瀝青的常溫流動性要遠遠好于冷補瀝青的低溫流動性。

與組別8相比，低溫條件下四川冷補瀝青的流動性較低，僅為0.83 g。組別8冷補瀝青低溫和常溫的流動性與江西冷補瀝青相當，這表明江西冷補瀝青與組別8冷補瀝青的流動性較好，四川冷補瀝青的流動性較差。根據試驗結果，推薦冷補瀝青低溫流動性評價指標為5 ℃冷補瀝青2 min流出質量≥3 g，25 ℃冷補瀝青2 min流出質量≥8 g。

圖6 冷補瀝青3 d揮發量與冷補料3 d強度增長值對比Fig.6 Comparison of 3 d strength growth value and 3 d volatilization percentage of cold patching asphalt

圖7 流動試驗結果Fig.7 Volatility test results

(3)儲存穩定性試驗

儲存穩定性試驗結果如圖8所示。由圖8可知，-5 ℃的冷補瀝青儲存穩定性最好，40 ℃的冷補瀝青儲存穩定性最差。原因可能是低溫限制瀝青分子和外加劑分子的流動，瀝青的離析運動減緩。高溫下分子運動加劇，重質組分的瀝青分子和外加劑分子發生沉淀。組別8和組別2在高溫、常溫和低溫條件下的質量差百分比較低，而組別7的質量差百分比分別達到了7.42%、5.12%和3.76%，原因可能是組別7的增黏劑含量少，表面活性劑含量多，瀝青分子間摩擦系數小，組分易離析，儲存穩定性較差。組別2和組別8中表面活性劑和補強劑含量較多，且增黏劑與表面活性劑對補強劑表面改性，形成穩定結構，儲存穩定性更好。

與組別8相比，四川冷補瀝青的儲存穩定性較差，江西冷補瀝青的儲存穩定性與組別8相當，可能是四川冷補瀝青中不含能夠促使瀝青形成穩定結構的外加劑。JTG F40—2004中要求改性乳化瀝青的儲存穩定性即殘留物質量百分比≤5%，因此，根據規范要求以及試驗結果，推薦40 ℃冷補瀝青的質量差百分比≤7%，25 ℃冷補瀝青的質量差百分比≤5%，-5 ℃冷補瀝青的質量差百分比≤3%，以保證冷補瀝青長期儲存的穩定性。

圖8 儲存穩定性試驗結果Fig.8 Storage stability test results

圖9 黏附性試驗結果Fig.9 Adhesion test results

(4)黏附性試驗

黏附性試驗結果如圖9所示。由圖9可知，組別8的瀝青質量損失率最小，僅為7.72%，其次為組別2的11.4%；組別7的質量損失率較大，達到了16.19%。原因可能是組別2和組別8含有較多的增黏劑以及合適用量的抗剝落劑，而組別7抗剝落劑含量更高，但是黏附性略有不足，說明抗剝落劑的用量并不是越高越好。同時結合表14和圖10，組別8的瀝青膜裹附得最均勻，顏色更光亮，黏附性等級達到5級，組別2也達到5級；而組別7的瀝青膜均出現一定程度的剝離，黏附性等級為4級。

表14 黏附性等級Table 14 Adhesion test results

圖10 組別2、組別7、組別8、四川、江西冷補瀝青石料試樣Fig.10 Group 2, group 7, group 8, Sichuan and Jiangxi cold patching asphalt stone samples

與組別8相比，四川冷補瀝青與江西冷補瀝青的瀝青質量損失率均較高，達到20.79%和16.24%，并且石料表面的瀝青膜出現明顯脫落，黏附性等級為4級，說明組別8冷補瀝青的黏附性要優于市場在售的冷補瀝青。結合試驗結果可知，采用的計算瀝青質量損失率的方法與規范推薦的黏附性等級方法之間具有較好的相關性，并且可以量化評價瀝青與礦料的黏附性優劣。根據規范要求及試驗結果，推薦水煮法測得的瀝青質量損失率≤12%。

綜上，推薦冷補瀝青的技術指標如表15所示，確定組別8為最優外加劑配比組合，所研發的溶劑型冷補瀝青的最優外加劑配比為m(增黏劑) ∶m(表面活性劑) ∶m(補強劑) ∶m(抗剝落劑)=4 ∶1 ∶5 ∶0.2。

表15 冷補瀝青建議技術要求Table 15 Suggested technical requirements for cold patching asphalt

3.3.2 冷補瀝青混合料性能對比試驗

為驗證冷補瀝青拌制成的冷補料強度、水穩定性、黏聚性和施工和易性，參考規范JTG F40—2011和JTG F40—2004對冷補料進行初始/成型強度試驗(T 0709)、浸水馬歇爾試驗(T 0709)、凍融劈裂試驗(T 0729)、黏聚性試驗和施工和易性試驗，所用集料合成級配如圖1所示。

冷補料對比試驗結果如表16所示。由表16可知，四川冷補料的特點是：初始強度和成型強度高，黏聚性好，但是水穩定性差，低溫施工和易性差。本文所研發的溶劑型冷補瀝青拌制的冷補料各項性能均好于江西冷補料，并且具有更好的低溫施工和易性和水穩定性，同時也平衡了施工和易性和強度之間的關系。

綜上，通過冷補瀝青和冷補料性能對比試驗結果可知三種產品性能排序為：自研溶劑型冷補瀝青>江西冷補瀝青>四川冷補瀝青。

表16 冷補瀝青混合料對比試驗結果Table 16 Comparison test results of cold patching asphalt mixtures

3.4 最佳稀釋劑用量確定

圖11 初始強度Fig.11 Initial strength

在確定最優外加劑配比的基礎上確定最佳稀釋劑用量。稀釋劑對冷補瀝青黏度影響最大，要綜合考慮冷補料的低溫施工和易性和初始強度對稀釋劑的用量加以界定。建議溶劑型冷補料的稀釋劑用量范圍在15%～30%。本文以5%為梯度，選取外加劑最優配比并按照本文3.1節溶劑型冷補瀝青的制備工藝，分別配制稀釋劑含量為15%、20%、25%、30%的溶劑型冷補瀝青及混合料，進行低溫施工和易性和初始強度性能試驗，試驗結果如圖11和表17所示。

由試驗結果可知隨著稀釋劑用量增加，溶劑型冷補料的初始強度逐漸降低。稀釋劑用量為30%時，冷補料的初始強度小于2 kN不符合建議技術要求；稀釋劑用量為20%和25%時初始強度為2.83 kN和2.77 kN，符合建議技術要求，并且具有良好的低溫施工和易性；稀釋劑用量為15%時，冷補料的初始強度最大，但低溫施工和易性最差。因此本文建議稀釋劑用量在20%～25%較為合理。

表17 不同稀釋劑摻量的低溫施工和易性Table 17 Low-temperature workability with different diluent content

4 結 論

針對溶劑型冷補瀝青性能不足及其技術指標評價方法不完善的問題，本文采用正交試驗設計方法研究了冷補瀝青的材料組成和制備工藝，優化了冷補瀝青的試驗方法和評價指標，主要結論如下：

(1)提出了溶劑型冷補瀝青的最佳制備工藝，其中外加劑的加入順序需要根據所選用的外加劑種類和外加劑之間的相互作用決定。

(2)通過正交試驗法確定了自研溶劑型冷補瀝青的最優配比為m(基質瀝青) ∶m(稀釋劑) ∶m(增黏劑) ∶m(表面活性劑) ∶m(補強劑) ∶m(抗剝落劑)=100 ∶(20～25) ∶4 ∶1 ∶5 ∶0.2。由極差分析結果可知，所選用的4種外加劑中補強劑對冷補瀝青黏度影響最大。

(3)冷補料的強度增長值與稀釋劑的揮發量百分比之間有明顯的相關性，稀釋劑揮發越快的組別，強度增長越快，但是儲存性能越差。采用的改進水煮法能夠定量地評價冷補瀝青與礦料的黏附性能。

(4)以5%為梯度，分析了不同稀釋劑摻量下的冷補料初始強度和施工和易性，結果表明稀釋劑用量為20%～25%的冷補料同時具有較好的初始強度和低溫施工和易性。

(5)本文將自研的溶劑型冷補瀝青同市場在售的兩種產品進行對比試驗，結果表明本文研制的溶劑型冷補瀝青性能要好于市場在售冷補瀝青產品，并提出了包括黏滯性、揮發性、低溫流動性、儲存穩定性為主的溶劑型冷補瀝青評價方法和推薦技術指標。