反應(yīng)型冷補(bǔ)料與溶劑型冷補(bǔ)料路用性能對比研究

吳恙，王彬

(湖南高速養(yǎng)護(hù)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(jìn)行快速修補(bǔ)。現(xiàn)有坑槽修補(bǔ)材料根據(jù)混合料拌合溫度不同主要分為熱拌瀝青混合料和冷補(bǔ)瀝青混合料，雖然熱拌瀝青混合料的性能較好，但成品冷補(bǔ)瀝青混合料具備無需加熱、施工簡便、可隨取隨用、施工環(huán)境要求較低等特點(diǎn)，已成為常用坑槽修補(bǔ)材料。其中溶劑型冷補(bǔ)料使用最多，從反饋使用效果來看，溶劑型冷補(bǔ)料的質(zhì)量參差不齊，且普遍在水穩(wěn)定性及耐久性等方面存在較大問題，極易產(chǎn)生二次破壞，無法保障坑槽修補(bǔ)后的長期使用性能，因而溶劑型冷補(bǔ)料在坑槽修補(bǔ)中只能作為簡單應(yīng)急使用。為解決常規(guī)溶劑型冷補(bǔ)料水穩(wěn)定性及耐久性較差的問題，該文研究反應(yīng)型瀝青路面坑槽冷補(bǔ)料，并通過性能試驗(yàn)及實(shí)體工程應(yīng)用評價(jià)其路用性能。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原材料

(1)反應(yīng)型冷拌瀝青。采用以70#基質(zhì)瀝青為基礎(chǔ)按一定比例復(fù)配自研的反應(yīng)型溶劑制得在常溫條件下流動(dòng)性強(qiáng)的反應(yīng)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(jī)活性粉末經(jīng)復(fù)配制得。

(3)集料。反應(yīng)型冷補(bǔ)料的集料采用石灰?guī)r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(bǔ)料。采用某品牌袋裝成品25 kg裝LB-10型溶劑型冷補(bǔ)料，為已拌合好的成品混合料，可直接隨取隨用修補(bǔ)坑槽。

1.2 試驗(yàn)方法

將反應(yīng)型冷拌瀝青、固化劑、級配集料按照質(zhì)量比6∶2∶100進(jìn)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(yīng)型瀝青冷補(bǔ)瀝青攪拌，制備成品反應(yīng)型冷補(bǔ)料。分別對反應(yīng)型冷補(bǔ)料、溶劑型冷補(bǔ)料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，檢測其初始性能，結(jié)果見表2。

表2 冷補(bǔ)料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

對反應(yīng)型冷補(bǔ)料、溶劑型冷補(bǔ)料進(jìn)行性能測試，黏聚性、初始穩(wěn)定度及成型穩(wěn)定度等試驗(yàn)方法參照J(rèn)TG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，浸水馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)等試驗(yàn)方法參照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 初始穩(wěn)定度和成型穩(wěn)定度

由于坑槽修補(bǔ)完成后通常需快速恢復(fù)交通，要求冷補(bǔ)料在使用初期具備良好的初始強(qiáng)度承受行車荷載，在使用后期具備較高的成型強(qiáng)度能不斷承受行車荷載的反復(fù)作用。以馬歇爾穩(wěn)定度作為強(qiáng)度評價(jià)指標(biāo)，分別對反應(yīng)型冷補(bǔ)料和溶劑型冷補(bǔ)料的初始強(qiáng)度及成型強(qiáng)度進(jìn)行評價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

從表3可看出：溶劑型冷補(bǔ)料的初始穩(wěn)定度平均值僅為2 kN左右，而反應(yīng)型冷補(bǔ)料的初始穩(wěn)定度達(dá)5 kN，表明反應(yīng)型冷補(bǔ)料更能滿足盡早開放交通的要求；反應(yīng)型冷補(bǔ)料的成型穩(wěn)定度平均值達(dá)10 kN左右，是溶劑型冷補(bǔ)料的近2倍，已達(dá)到熱拌瀝青混合料修補(bǔ)坑槽的性能標(biāo)準(zhǔn)，可保證其不同交通量下的正常使用。這主要是因?yàn)槿軇┬屠溲a(bǔ)料的強(qiáng)度增長與稀釋劑揮發(fā)程度相關(guān)，而稀釋劑揮發(fā)較慢，導(dǎo)致其初始強(qiáng)度較低，后期發(fā)展速度較慢；反應(yīng)型冷補(bǔ)料中添加的反應(yīng)類助劑及固化劑等可促進(jìn)冷補(bǔ)料在短期內(nèi)形成較大的強(qiáng)度，且能顯著提升其后期成型強(qiáng)度。從初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度來看，反應(yīng)型冷補(bǔ)料優(yōu)于溶劑型冷補(bǔ)料。

2.2 黏聚性

坑槽采用冷補(bǔ)料修補(bǔ)后需確保不會(huì)因行車荷載或自然條件作用產(chǎn)生松散、脫粒等病害，這就要求冷補(bǔ)料具備良好的黏聚性。通過滾動(dòng)篩試驗(yàn)分別測定2種冷補(bǔ)料的破損率，評價(jià)其黏聚性，結(jié)果見表4。

從表4可看出：反應(yīng)型冷補(bǔ)料與溶劑型冷補(bǔ)料的平均破損率均達(dá)到規(guī)范中小于40%的要求，但反應(yīng)型冷補(bǔ)料的平均破損率僅為溶劑型冷補(bǔ)料的1/4，黏聚性更好。這主要是因?yàn)榉磻?yīng)型冷補(bǔ)料中摻入的固化劑成分在與瀝青接觸時(shí)能產(chǎn)生一定水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物與瀝青膜之間的交互作用可進(jìn)一步增強(qiáng)集料顆粒間的裹覆力。

表4 冷補(bǔ)料的黏聚性試驗(yàn)結(jié)果

2.3 高溫性能

坑槽采用冷補(bǔ)料修補(bǔ)后需確保不會(huì)在高溫條件及行車荷載作用下出現(xiàn)車轍、推移等病害。由于目前對冷補(bǔ)料的高溫性能缺乏相關(guān)評價(jià)方法，借鑒規(guī)范中熱拌瀝青混合料車轍試驗(yàn)對冷補(bǔ)料高溫性能進(jìn)行評價(jià)。將冷補(bǔ)料制成的車轍板在60 ℃、0.7 MPa輪壓荷載條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，測試其動(dòng)穩(wěn)定度，結(jié)果見表5。

表5 冷補(bǔ)料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

從表5可看出：反應(yīng)型冷補(bǔ)料的動(dòng)穩(wěn)定度是溶劑型冷補(bǔ)料的近3倍，說明反應(yīng)型冷補(bǔ)料的高溫性能遠(yuǎn)勝于溶劑型冷補(bǔ)料，能在高溫條件下更好地防止車轍病害的發(fā)生。這是因?yàn)槿軇┬屠溲a(bǔ)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(dǎo)致其強(qiáng)度增加較慢，更易出現(xiàn)車轍；反應(yīng)型冷補(bǔ)料因?yàn)樘砑恿斯袒瘎┘胺磻?yīng)型溶劑，可快速促進(jìn)強(qiáng)度增長，從整體上提升抵抗車轍病害的能力，其動(dòng)穩(wěn)定度已超過規(guī)范中熱拌瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度大于3 000 次/mm的要求，其高溫性能已達(dá)到熱拌瀝青混合料的使用要求，可充分保障坑槽修補(bǔ)后在高溫條件下的長期使用性能。

2.4 低溫性能

冷補(bǔ)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(bǔ)料應(yīng)用于坑槽修補(bǔ)的前提。對冷補(bǔ)料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，通過試件破壞時(shí)對應(yīng)的最大彎拉應(yīng)變進(jìn)行低溫抗裂性能評價(jià)，結(jié)果見表6。

表6 冷補(bǔ)料的小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

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

2.5 水穩(wěn)定性

瀝青路面積水在行車荷載不斷作用下會(huì)產(chǎn)生較大的沖刷力，極易造成冷補(bǔ)料出現(xiàn)脫粒、松散等病害，導(dǎo)致積水進(jìn)入混合料內(nèi)部造成整體結(jié)構(gòu)性破壞。從現(xiàn)有坑槽修補(bǔ)實(shí)際應(yīng)用來看，確保冷補(bǔ)料具有良好的水穩(wěn)定性是需重點(diǎn)解決的問題。通過浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價(jià)，由于現(xiàn)有規(guī)范缺乏對冷補(bǔ)料浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)的有效評價(jià)指標(biāo)，參考JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)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(guān)指標(biāo)要求進(jìn)行評價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果見表7、表8。

表7 冷補(bǔ)料的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

從表7、表8可看出：反應(yīng)型冷補(bǔ)料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比分別滿足大于85%和80%的規(guī)范要求，而溶劑型冷補(bǔ)料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比均不符合要求，說明反應(yīng)型冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性優(yōu)于溶劑型冷補(bǔ)料。溶劑型冷補(bǔ)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(jìn)而對其水穩(wěn)定性造成不良影響。而反應(yīng)型冷補(bǔ)料有效避免了這一缺陷，其水穩(wěn)定性已達(dá)到熱拌瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的水穩(wěn)定性。

表8 冷補(bǔ)料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

3 實(shí)體工程應(yīng)用

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

圖1 反應(yīng)型冷補(bǔ)料主要修補(bǔ)步驟

從實(shí)際應(yīng)用效果來看，溶劑型冷補(bǔ)料修補(bǔ)后的坑槽在13周后開始出現(xiàn)二次病害，22周后已全部失效(見圖2)；反應(yīng)型冷補(bǔ)料修補(bǔ)后的坑槽已完工1年多，未出現(xiàn)任何二次病害，使用效果良好(見圖3)。實(shí)體工程應(yīng)用效果顯示，反應(yīng)型冷補(bǔ)料的路用性能與試驗(yàn)結(jié)果相符，其性能表現(xiàn)遠(yuǎn)超溶劑型冷補(bǔ)料。

圖2 溶劑型冷補(bǔ)料使用22周后效果

圖3 反應(yīng)型冷補(bǔ)料使用1年后效果

4 結(jié)論

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

(2)通過高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性等路用性能對比，反應(yīng)型冷補(bǔ)料比溶劑型冷補(bǔ)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(shí)體工程應(yīng)用顯示反應(yīng)型冷補(bǔ)料的坑槽修補(bǔ)效果優(yōu)于溶劑型冷補(bǔ)料，能保證良好的長期路用性能。