濕熱地區瀝青路面坑槽冷補料性能測試與分析

范 倩，李善強，許新權，張國民

(1.廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420；2.廣東交科技術研發有限公司，廣州 510550)

0 引言

隨著出行需求的逐漸增長，瀝青路面經受行車荷載和雨水的雙重作用，路面骨料易發生局部脫落并形成坑槽，縮短了道路使用壽命，影響了行車的安全性和舒適性[1-2]。為了減小對交通的干擾，及時、快速、經濟地進行坑槽修補作業成為大勢所趨。由于具有施工快速、節能、環保等優點，且施工過程不受環境限制，坑槽冷補料在道路工程領域得到了廣泛應用[3-5]?！豆窞r青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)、《瀝青路面坑槽冷補成品料》(JT/T 972-2015)等相關標準、規范先后對其測試指標、試驗方法和技術要求進行了規定[6-7]，但兩者對相關指標的要求不盡相同，這就給冷補料性能評價方法的選取造成了一定的不便。此外，為保證低溫施工和易性，坑槽冷補料中摻配有稀釋劑(汽油、柴油或其他易揮發性材料),坑槽修補作業完成后，冷補料的強度隨著稀釋劑的逐漸揮發而逐漸增強,但目前關于冷補料的穩定度隨齡期增長變化情況的試驗研究較少，對其變化特點的描述不明確。

坑槽冷補料主要由集料、乳化瀝青、稀釋劑、添加劑等在一定條件下充分拌和均勻后形成[9-10]，坑槽冷補料成品一般采用袋裝或桶裝密封保存，主要應用于坑槽的常溫修補。不同于一般的熱拌瀝青混合料，坑槽冷補料不僅需具有優良的水穩定性、高溫穩定性、黏附性等，還需具有良好的粘聚性和低溫操作和易性[11]?；诖?，本文對LB-10型坑槽冷補料進行試驗研究，并對不同齡期的冷補料試件進行穩定度測試與分析。

1 冷補料的路用性能測試

1.1 水穩定性

采用冷補料修補的瀝青路面在雨季或其他潮濕環境下，需要承受車輛荷載和水環境的雙重作用。為防止冷補料出現剝落、掉?；蛩缮⒉『Φ陌l生，冷補料本身需要具備良好的抗水損害能力?！豆窞r青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)主要采用浸水殘留穩定度和劈裂抗拉強度比進行瀝青混合料抗水損害能力的評價，但對冷補料未作要求；《瀝青路面坑槽冷補成品料》(JT/T 972-2015)要求冷補料在25℃的殘留穩定度≥85%，與《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中熱拌瀝青混合料試驗溫度60℃的要求不一致。

由于《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)和《瀝青路面坑槽冷補成品料》(JT/T 972-2015)對試件的成型方式要求不一致，綜合考慮，本研究采用馬歇爾擊實法成型三組試件。具體成型方式為：常溫下雙面擊實m次，連同試模置于110℃烘箱中養生24h，取出后在高溫下立即雙面擊實n次。其中，第一組試件常溫擊實次數m=25，高溫擊實次數n=25；第二組試件常溫擊實次數m=50，高溫擊實次數n=25；第三組試件常溫擊實次數m=50，高溫擊實次數n=50。

本研究采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗進行LB-10型坑槽冷補料的抗水損害能力測試，并根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)關于熱拌改性瀝青混合料的標準進行冷補料水穩定性的評價。LB-10型坑槽冷補料浸水馬歇爾試驗溫度設定為60℃，恒溫養生時間為1h和48h；凍融劈裂試驗溫度為25℃，加載速度為50mm/min。試驗結果見表1。

表1 LB-10型坑槽冷補料水穩定性試驗結果

由表1可見：

(1)采用常溫擊實50次、高溫擊實50次方式成型的LB-10型坑槽冷補料，殘留穩定度和劈裂抗拉強度指標能滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)關于熱拌改性瀝青混合料的規定：殘留穩定度≥85%、劈裂抗拉強度比≥80%。

(2)隨著擊實次數的增加，冷補料水穩定性有所提高，且高溫擊實效果比常溫擊實效果顯著。在高溫擊實次數為25次時，常溫擊實次數由25次增加到50次，冷補料殘留穩定度提高了2.4%、劈裂強度提高了2.1%；在常溫擊實次數為50次時，高溫擊實次數由25次增加到50次，冷補料殘留穩定度提高了16.1%、劈裂強度提高了12.4%。

1.2 冷補料高溫穩定性

瀝青路面長期暴露于陽光照射下，南方高溫地區的路表溫度?？筛哌_60℃～80℃。而坑槽冷補料屬于黏彈性材料，作為瀝青路面的表層修補材料時，便需要承受高溫和重載交通的雙重作用。為防止推移、擁包、車轍類病害的發生，冷補料本身需要具備良好的高溫穩定性，但現行規范并未對冷補料的抗高溫性能作出規定。

本試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)規定的車轍試驗方法，將冷補料裝入車轍板成型試模并在常溫下碾壓20次，放入110℃烘箱中養生24h后繼續碾壓5次，成型車轍試件并進行60℃車轍試驗。測試結果見表2。

表2 LB-10型坑槽冷補料高溫穩定性試驗結果

由表2可見：

采用常溫碾壓20次、高溫碾壓5次的方式成型的LB-10型坑槽冷補料的動穩定度能滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)關于熱拌改性瀝青混合料的規定：動穩定度≥2 800次/mm。

2 冷補料的黏聚性與黏附性測試

2.1 黏聚性

《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)規定，冷補料粘聚性試驗是將800g冷補材料裝入馬歇爾試模中，放入4℃恒溫室中2～3h，取出后雙面各擊實5次，制作試件，脫模后放在標準篩上，將其直立并使試件沿篩框來回滾動20次，破損率不得大于40%。然而，實際操作過程中存在一些問題:一方面，4℃恒溫條件下，冷補料中稀釋劑的揮發會導致測試結果存在較大的差異；另一方面，試件放標準篩上，將其直立并使試件沿篩框來回滾動20次，標準篩尺寸并未給出詳細的說明，且試驗過程受人為影響較大。經分析，將800g冷補材料裝入馬歇爾試模中，用塑料袋密封，放入4℃恒溫室中2～3h，取出后雙面各擊實5次，制作試件，隨后采用兩種方法進行黏聚性試驗。測試結果見表3。

表3 LB-10型坑槽冷補料黏聚性試驗結果

方法一：試件脫模并稱重后，放在標準篩上(篩孔：26.5mm)，蓋上篩蓋，將其直立并使試件沿篩框來回滾動20次，清除表面松散掉落的顆粒，立即測試破損率。

方法二：試件脫模并稱重后，采用改進的肯塔堡飛散試驗機中間格，根據《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規范》(JTG E20-2011)中T0733-2011瀝青混合料肯塔堡飛散試驗方法，立即進行試驗。

由表3可見：

兩種方法測得的冷補料損失率均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)規定的破損率≤40%的要求。其中，方法二的試驗條件更苛刻，測得的損失率更大。綜合考慮試驗的可操作性，減少人為誤差，建議采用改進的肯塔堡飛散試驗機進行冷補料黏聚性測試。

2.2 黏附性

瀝青與集料的黏附性主要表現為在水環境條件下的冷補料的抗水剝落性能，直接影響到冷補料的應用效果。目前，主要采用兩種方法進行冷補料抗水剝落性能的測試，即《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)規定的水浸法和《瀝青路面坑槽冷補成品料》(JT/T 972-2015)規定的水煮攪拌法。其中，水煮攪拌法是將冷補料放在沸水中，持續加熱攪拌3min；水浸法是將包裹瀝青的集料在80℃恒溫水槽中靜置30min，通過目測評定瀝青與集料的黏附等級。相比水浸法，水煮攪拌法的試驗條件更嚴苛、試驗所需時間更短。本文采取水煮攪拌法進行冷補料的瀝青與集料黏附性測試，測試結果如圖1所示。

圖1 LB-10型冷補料黏附性試驗結果

由圖1可見，LB-10型冷補料表面的瀝青結合料幾乎沒有發生剝離，符合《瀝青路面坑槽冷補成品料》(JT/T 972-2015)關于瀝青與集料的黏附性等級不小于5級的技術要求。

3 冷補料的低溫操作和易性測試

冷補料主要用于瀝青路面坑槽的常溫修補，因此其在施工溫度下應具有良好的操作和易性。本文采用兩種方法對LB-10型冷補料進行操作和易性測試，即《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)規定的低溫拌和和易性試驗和《瀝青路面坑槽冷補成品料》(JT/T 972-2015)規定的貫入強度試驗。

3.1 低溫拌和和易性

《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)規定，冷補料應在松散狀態下經-10℃的冰箱保持24h無明顯的凝聚結塊現象，且能用鐵鏟方便地拌和操作。但是，冰箱中水汽的存在以及冷補料中稀釋劑的揮發，均會對測試結果產生影響；同時，-10℃冰箱中保持24h過程，混合料質量、盛放容器未詳細說明；是否需要將試樣連同測試盒一同裝入塑料袋密封，以防止分散劑揮發導致試樣凝固。

本試驗取1 000g冷補料以松散狀態放置于金屬容器中，用塑料袋密封后，松散狀態下分別經-10℃、10℃、20℃的環境保持24h，判斷其結團及拌合難易的情況。試驗結果見表4。

3.2 貫入強度

《瀝青路面坑槽冷補成品料》(JT/T 972-2015)規定，冷補料貫入強度測試時，將冷補料放入測試盒中裝滿，注意松散放入，勿壓實；置于4℃的冰箱中保溫3h以上；將貫入頭勻速插入測試盒側壁的小孔中，貫入過程持續時間為3～5s，記錄貫入儀上的讀數；取3個試件的平均值記為該冷補料的貫入強度。但是，怎樣算是松散裝入?建議采用漏斗裝料，并使之自由下落裝滿測試盒；4℃恒溫3h以上的過程，是否需要將試樣連同測試盒一同裝入塑料袋密封，以防分散劑揮發導致試樣凝固。

基于上述分析，本試驗過程為：將冷補料充分打散后放入測試盒中裝滿，注意松散放入，勿壓實；裝入塑料袋密封，置于4℃(或者10℃、20℃)環境中保溫3h以上；將貫入頭勻速插入測試盒側壁的小孔中，貫入過程持續時間為3～5s，記錄貫入儀上的讀數。試驗結果見表5。

表5 LB-10型坑槽冷補料貫入強度試驗結果

由表4和表5可見：

在密封條件較好的情況下，溫度越高，LB-10型冷補料的低溫操作和易性越好。低溫拌和和易性試驗結果表明，冷補料在10℃及以上環境下能保持較好的拌和和易性；貫入強度試驗結果表明，冷補料在4℃～20℃環境下的操作和易性相當。

4 冷補料穩定度隨齡期的變化特點

為明確冷補料的穩定度隨齡期的變化特點，采用室溫下成型瀝青混合料馬歇爾試件，脫模后立即編號并稱取各試件的質量，在室溫下放置0.5h、2h、4h、8h、24h、48h、576h后分批進行穩定度測試，同時測試各時刻的試件質量損失。其中，質量損失即為稀釋劑的散失質量。

由于冷補料的修補是發生在已通車道路上，外界環境較為復雜，不可能對冷補料反復進行加溫處理，只能常溫擊實。本試驗為更好地模擬冷補料修補坑槽的過程，冷補料采用常溫雙面各擊實75次的方式成型馬歇爾試件，試驗溫度為60℃。

經分析，冷補料穩定度、質量損失隨時間的變化情況符合指數函數模型，采用指數函數擬合得到的變化曲線如圖2～圖3所示。冷補料穩定度與質量損失之間呈現正相關關系，如圖4所示。

圖2 冷補料穩定度隨時間變化曲線

圖3 冷補料質量損失隨時間變化曲線

圖4 冷補料穩定度與質量損失的關系

由圖2～圖4可見：

(1)冷補料穩定度、質量損失與時間的關系符合指數函數模型，擬合度達0.92以上。即隨著齡期的增長，冷補料試件的穩定度、質量損失值均逐漸增大，且增大速率逐漸變緩。

(2)冷補料穩定度與質量損失之間呈現顯著的正相關關系，線性相關系數可達0.96以上。即隨著冷補料質量損失值的增加，試件的穩定度逐漸增大，說明隨著稀釋劑的散失，冷補料的強度呈線性提高。其中，每散失1g稀釋劑，冷補料的強度提高約1.92kN。

(3)室內試驗結果表明，冷補料試件成型初期的穩定度增長較迅速，隨著齡期的不斷增長，穩定度仍不斷提高，提高速度逐漸變緩。但是，實際路面受風速、行車等外界因素的影響，稀釋劑散失速度更快，穩定度增大速率也會相應增大。

5 結論

(1)采用常溫擊實50次、高溫擊實50次方式成型的LB-10型坑槽冷補料的水穩定性滿足熱拌改性瀝青混合料的技術要求，增加高溫擊實次數的冷補料水穩定性提高效果比常溫擊實顯著；采用常溫碾壓20次、高溫碾壓5次方式成型的LB-10型坑槽冷補料的高溫性能滿足熱拌改性瀝青混合料的技術要求。

(2)綜合考慮試驗的可操作性，減少人為誤差，建議采用改進的肯塔堡飛散試驗機進行冷補料黏聚性測試；LB-10型坑槽冷補料在10℃及以上環境下能保持較好的拌和和易性，且4℃～20℃環境下的操作和易性相當。

(3)冷補料穩定度、質量損失與時間的關系符合指數函數模型，即隨著成型時間的增長，冷補料試件的穩定度、質量損失值均逐漸增大，且增大速率逐漸變緩。

(4)冷補料穩定度與質量損失之間呈現顯著的正相關關系，即隨著稀釋劑的散失，冷補料的穩定度呈線性提高。