樹脂型瀝青冷補料制備及性能研究

裴 強

（山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032）

在公路建設事業蓬勃發展的今天，交通量的不斷增長、軸載的提升，給瀝青路面帶來明顯的損壞，特別是松散、坑槽、龜裂等早期損壞，這將嚴重影響到路面的使用壽命和交通安全。現階段公路養護中的坑槽病害修補仍多采用熱補法，但熱補法對溫度、設備、人員等條件要求高，導致許多坑槽病害不能得到及時修補而愈發嚴重；而傳統的溶劑型冷補料雖能在低溫下完成修補，但成型后強度低，黏聚性差，極易發生二次損壞，耐久性差，這在一定程度上限制了冷補料的推廣應用[1]。

針對溶劑型冷補料現有問題，課題組開發出一種樹脂型瀝青冷補料，其采用不飽和聚酯樹脂、引發劑、促進劑等多種改性劑與瀝青共混而成，進而提升冷補料的成型強度和耐久性。本文考察了樹脂型瀝青冷補料的各項技術性能，并與普通溶劑型冷補料作對比，為樹脂型瀝青冷補料的推廣應用奠定一定的理論基礎。

1 樹脂型瀝青冷補料制備

1.1 主要原材料

表1 主要原材料

1.2 級配

根據《公路瀝青路面施工技術規范》中關于LB-10冷拌瀝青混合料的級配范圍，對各檔集料進行篩分及合成級配的曲線擬合，最終合成級配符合LB-10的級配范圍，級配曲線如圖1所示。

圖1 級配曲線圖

1.3 樹脂型瀝青冷補料制備方法

樹脂型瀝青冷補料由特制冷補液與集料按一定比例及條件拌合而成。其中特制冷補液的制備方法是將瀝青加熱至90℃～110℃，攪拌過程中加入稀釋劑，再降溫至50℃～60℃，最后加入不飽和聚酯樹脂、引發劑和促進劑。

2 路用性能研究

考察樹脂型瀝青冷補料的工作和易性、強度、穩定性、水穩定性等方面的各項技術性能，并與進口溶劑型冷補料、國產溶劑型冷補料作對比[2]。

2.1 黏附性等級

黏附性等級試驗具體操作方法按照《瀝青路面坑槽冷補成品料》JT/T 972—2015相關要求實施，評定等級方法按JTG E20—2011表T0616-1要求目測[3]。

黏附性試驗結果如表2所示，樹脂型瀝青冷補料黏附性與進口溶劑型冷補料相當，好于國產溶劑型冷補料。樹脂型瀝青冷補料表面的瀝青膜完全保存，浸泡水溶液上無瀝青漂浮，剝離面積基本為0，評定其黏附性等級為5級。這可能是由于樹脂的交聯固化進一步增強了瀝青與集料的黏結，賦予體系一定的熱固屬性，增強了抗水侵蝕的能力。

表2 黏附性等級結果

2.2 貫入強度

貫入強度主要是表征冷補料的低溫工作性，即低溫施工過程中冷補料攤鋪、碾壓的難易程度。其值過大表明不易攤鋪碾壓，太小可能導致初始強度不足[4]。貫入強度試驗采用貫入測試儀，按照《瀝青路面坑槽冷補成品料》JT/T 972—2015中相關要求進行。

為保證冷補料在整個使用過程中的和易性、工作性，其貫入強度需保持在0.5～4 kg/cm2之間為宜。通過測試，3種冷補料的貫入強度均保持在 2.0～3.6 kg/cm2之間，具備優異的低溫和易性。

2.3 黏聚性

黏聚性表征瀝青材料在外力作用下自身產生相對位移時抵抗變形的能力，用于冷補料顆粒之間相互黏結性能、低溫環境下不松散的特性度量。試驗按照《公路瀝青路面施工技術規范》中黏聚性試驗方法進行，試件破損率應小于40%[5]。測試結果如表3所示。

表3 黏聚性試驗結果

測試結果顯示，3種冷補料損失率均遠低于40%，滿足技術要求。其中自制樹脂型瀝青冷補料損失率最小，僅為1.7%，而國產溶劑型冷補料損失率較為明顯，數值達到14.6%，表明樹脂的加入可改善集料之間的黏結性能，保證冷補料低溫環境下不松散。

2.4 成型強度

冷補料經攤鋪碾壓后，形成的初始成型強度一般均偏低，需在開放交通之前達到抵抗車輛碾壓變形的效果，避免道路坑槽修補完成后，因初期成型強度不足而發生二次病害。而隨著稀釋劑的不斷揮發，交通載荷不斷碾壓，瀝青膜與石料的黏結性和密實性越來越好，瀝青混合料的強度逐漸提高，一般在3個月內達到最終成型強度。

初始成型強度測試方法為：稱取一定質量的冷補料室溫下放入馬歇爾試模中，雙面各擊實75次，制作成高度63.5±1.3 mm的標準馬歇爾試件，側立放置1 h后脫模并測定的馬歇爾穩定度即為初始成型強度；最終成型強度測試方法按照《瀝青路面坑槽冷補成品料》中穩定度試驗方法進行測試。測試結果見表4、圖2。

圖2 不同類型冷補料的成型強度

表4 不同類型冷補料的成型強度 kN

由表4、圖2可知，溶劑型冷補料在路面修補施工完成初期，由于大部分稀釋劑未揮發，冷補料內部起黏結作用的瀝青對于集料的黏聚能力非常有限，初始成型強度主要為集料之間的相互嵌擠力與坑槽周邊的側向約束力之和，因而初始強度較低。自主開發的樹脂型冷補料為一種反應型冷補料，樹脂在體系中可發生交聯固化，強度較溶劑型產品有很快的提高，初始強度優勢明顯，可顯著縮短交通封閉時間。

隨著冷補料中稀釋劑的不斷揮發，瀝青與集料的黏聚力、瀝青體系的黏聚力獲得較大提升，冷補料逐步達到最終成型強度，樹脂型瀝青冷補料此階段固化反應完全，其最終成型強度約為溶劑型冷補料的1.5倍，可達到熱拌瀝青混合料的效果，可保證修補路面的耐久性。

2.5 高溫穩定性

采用車轍試驗評價冷補料的高溫穩定性，考察其在交通荷載作用下抵抗車轍、推移、擁包等永久變形的能力，試驗控制溫度為40℃。每種冷補料的車轍試件制備5組，分別在室內通風處靜置養生3 d、10 d、30 d、60 d和90 d后測其動穩定度[6]。試驗結果如表5、圖3所示。

表5 冷補料不同養護時間的動穩定度 次/mm

由表5、圖3可知，3種冷補料的動穩定度均隨養護時間的延長而增大，樹脂型瀝青冷補料動穩定度明顯高于溶劑型冷補料。溶劑型冷補料強度形成依靠單純的溶劑揮發，動穩定度呈緩慢線性增長，達到最大值需60 d左右。樹脂型產品由于存在固化反應，強度增長迅速，養護時間3 d可達到最大值的65%，10 d左右就可達到最大值，有利于開放交通后抵抗車輛荷載的剪切應力，防止產生二次坑槽。

圖3 冷補料不同養護時間的動穩定度

2.6 水穩定性

冷補料在路面水和交通荷載的作用下，易產生膠結料與集料黏附性降低，進而引起路面集料剝落、二次損壞，因而對冷補料的水穩定性進行評價是非常必要的。

根據規范的要求，該項目選用混合料的殘留穩定度作為冷補料水穩定性的評價指標。具體方法按照《瀝青路面坑槽冷補成品料》中殘留穩定度試驗相關要求實施。試驗結果見表6。

表6 冷補料的殘留穩定度測試結果

由表6可見，3種冷補料殘留穩定度都高于85%，滿足規范的要求。相同試驗條件下，自主研發的樹脂型瀝青冷補料的殘留穩定度最高，數值達到93.7%，與前述試驗結果一致，該冷補料受水浸潤影響較小，說明樹脂材料發生固化交聯，并與瀝青在集料表面形成高效膜結構，從而更加有效地阻止水損害[7]。

3 結語

自制的樹脂型瀝青冷補料各項性能優異，指標滿足《瀝青路面坑槽冷補成品料》JT/T 972—2015的技術要求，與國內外溶劑型冷補料相比，具有初始成型強度高、強度增長快、耐水損能力強等優勢，可有效減少二次坑槽病害發生的幾率，經濟社會效益顯著。