張爭(zhēng)奇，許鋮，成高立,宋亮亮

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064；2.陜西高速機(jī)械化工程有限公司，陜西 西安 710038；3. 山東高速科技發(fā)展集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

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溶劑型冷補(bǔ)瀝青液研制及其瀝青混合料路用性能研究

張爭(zhēng)奇1，許鋮1，成高立2,宋亮亮3

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064；2.陜西高速機(jī)械化工程有限公司，陜西 西安 710038；3. 山東高速科技發(fā)展集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

為研究冷補(bǔ)瀝青混合料的路用性能和評(píng)價(jià)方法，彌補(bǔ)現(xiàn)行冷補(bǔ)料評(píng)價(jià)方法的不足，先采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法確定自行研制的溶劑型冷補(bǔ)瀝青液的組成比例；然后分析提出冷補(bǔ)料的性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法，并采用該法對(duì)新型冷補(bǔ)料和同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行性能比較，最后進(jìn)行工程驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：研制的新型溶劑型冷補(bǔ)瀝青混合料具有初始及成型強(qiáng)度高，黏聚性、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性好，低溫及常溫易拌合等優(yōu)點(diǎn)；且提出的性能評(píng)價(jià)方法和技術(shù)要求能較好地反映冷補(bǔ)料的路用性能，同時(shí)滿足建議技術(shù)要求的冷補(bǔ)料能對(duì)路面坑槽進(jìn)行較好的修補(bǔ)。

冷補(bǔ)瀝青液；冷補(bǔ)瀝青混合料；路用性能；評(píng)價(jià)方法；技術(shù)要求

冷補(bǔ)瀝青混合料是路面坑槽養(yǎng)護(hù)工作中的常用材料，它能夠及時(shí)修補(bǔ)坑槽，有效預(yù)防其進(jìn)一步擴(kuò)展，提高公路的服務(wù)水平和使用壽命[1-2]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于冷補(bǔ)瀝青混合料的路用性能，尚無(wú)成熟的評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)[3-4]，而各廠商的冷補(bǔ)料標(biāo)準(zhǔn)只是為滿足其生產(chǎn)要求，并不能完整的評(píng)價(jià)冷補(bǔ)料的路用性能[5]；此外，為獲得性能優(yōu)良的冷補(bǔ)料，就必須采用系統(tǒng)的方法和指標(biāo)來(lái)控制影響冷補(bǔ)料路用性能的各個(gè)因素。因此，有必要對(duì)冷補(bǔ)料的評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)進(jìn)行研究。本文首先采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法研制一種新型的溶劑型冷補(bǔ)瀝青液，然后基于坑槽修補(bǔ)技術(shù)要求，提出了冷補(bǔ)料性能評(píng)價(jià)方法，并采用此方法對(duì)其混合料的強(qiáng)度、黏聚性、施工和易性、水穩(wěn)性及高溫穩(wěn)定性進(jìn)行了試驗(yàn)，然后與其他2種冷補(bǔ)瀝青混合料進(jìn)行路用性能比較，最后提出了冷補(bǔ)瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。

1　冷補(bǔ)瀝青液研發(fā)

1.1冷補(bǔ)液材料組成

溶劑型冷補(bǔ)瀝青液一般由基質(zhì)瀝青、稀釋劑和添加劑等組成[6]。瀝青中摻入適量稀釋劑，可使冷補(bǔ)料具有優(yōu)良的施工和易性[7],目前稀釋劑通常選用柴油、煤油等。冷補(bǔ)料中摻加添加劑可以彌補(bǔ)瀝青因稀釋而降低的路用性能，同時(shí)提高冷補(bǔ)料的高、低溫及水穩(wěn)性等路用性能[7],冷補(bǔ)料中通?？梢蕴砑右环N或多種添加劑。

試驗(yàn)中稀釋劑選擇0號(hào)柴油，其閃點(diǎn)高，安全性好；增黏劑Z為透明片狀、黃色至淺棕色固體，可以有效增強(qiáng)瀝青的黏結(jié)力，提高冷補(bǔ)料的水穩(wěn)性和強(qiáng)度，與瀝青的相溶性好；表面活性劑能改善冷補(bǔ)料的低溫工作度；抗剝落劑K能夠改善瀝青與礦料間的黏附性，從而提高冷補(bǔ)料水穩(wěn)定性。

1.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

為得到性能優(yōu)異的溶劑型冷補(bǔ)瀝青液，需確定其組成材料的摻加比例，同時(shí)為減少大量重復(fù)性試驗(yàn)，故采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

以稀釋劑、增黏劑、表面活性劑、抗剝落劑為4因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。初定基質(zhì)瀝青∶稀釋劑∶增黏劑∶表面活性劑∶抗剝落劑=100∶25∶5∶0.5∶0.4，在此基礎(chǔ)上調(diào)整各添加劑用量，按L9(34)正交表安排試驗(yàn)，如表1所示：

表1　正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.3組合評(píng)價(jià)試驗(yàn)

對(duì)正交試驗(yàn)方法中各組合進(jìn)行粘滯性、揮發(fā)性、低溫性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性等檢測(cè)試驗(yàn)。

1)黏滯性試驗(yàn)：采用布氏旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)量冷補(bǔ)液60 ℃時(shí)的黏度。

2)揮發(fā)性試驗(yàn)：在室溫條件下，以冷補(bǔ)液1 d及3 d質(zhì)量損失率評(píng)價(jià)冷補(bǔ)液的揮發(fā)性。

3)低溫性能試驗(yàn)：利用彎曲蠕變勁度試驗(yàn)(BBR)評(píng)價(jià)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期老化后的冷補(bǔ)液的低溫性能，以蠕變勁度s和蠕變速率m共同確定的臨界溫度TLC作為其評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中TLC越低，冷補(bǔ)液低溫性能越好。其中長(zhǎng)期老化試驗(yàn)采用長(zhǎng)安大學(xué)提出的延時(shí)RTFOT試驗(yàn)代替PAV試驗(yàn)。

4)儲(chǔ)存穩(wěn)定性：借鑒乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性試驗(yàn)方法，將定量冷補(bǔ)液注入試管，在室溫下存放3 d，再將試管置于-20±2 ℃冰箱中保溫3 h，然后測(cè)量瀝青上、下部分黏度差，以上、下部黏度差作為冷補(bǔ)瀝青液儲(chǔ)存穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中黏度差越小則冷補(bǔ)液儲(chǔ)存穩(wěn)定性就越好。

1.4試驗(yàn)結(jié)果及分析

各組合試驗(yàn)結(jié)果如下：

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果

附注:TLS代表S = 300 MPa時(shí)的低溫臨界溫度，通過(guò)S= a+ bT線性回歸確定；TLM為m= 0. 3時(shí)的低溫臨界溫度, 由m= a+ bT確定；TLC為同時(shí)滿足S≤300 MPa，m≥0.3時(shí)的臨界溫度，由TLC= max{TLS，TLM}確定。

表3　正交試驗(yàn)直觀分析結(jié)果

附注:A代表稀釋劑；B代表增黏劑；C代表表面活性劑；D代表抗剝落劑

1)通過(guò)表3可知，各因素對(duì)各指標(biāo)影響的主次關(guān)系見(jiàn)表4：

從表4可知，稀釋劑、增黏劑是影響冷補(bǔ)液性能的主要因素，其次是表面活性劑，最后是抗剝落劑。

2)單因素分析

冷補(bǔ)液黏滯性:為保證冷補(bǔ)料的施工和易性，故其黏度不應(yīng)太高。從表2可知，1，4，7和8號(hào)冷補(bǔ)液黏度較大，不宜作為優(yōu)選方案。

冷補(bǔ)液揮發(fā)性:根據(jù)表2和圖1，對(duì)比冷補(bǔ)液1 d及3 d的揮發(fā)量可以看出，冷補(bǔ)液的揮發(fā)量隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，揮發(fā)速度則逐漸降低。同時(shí)揮發(fā)量越少表明冷補(bǔ)液儲(chǔ)存穩(wěn)定性越好，而1，4和5號(hào)冷補(bǔ)液揮發(fā)量較大，不宜作為優(yōu)選方案。

冷補(bǔ)液低溫性能:從表2可知冷補(bǔ)液的TLC指標(biāo)存在差別，所以可采用該指標(biāo)評(píng)價(jià)冷補(bǔ)液的低溫性能差異。從試驗(yàn)結(jié)果可知2和3號(hào)冷補(bǔ)液的低溫等級(jí)溫度要明顯低于其他冷補(bǔ)液，說(shuō)明2和3號(hào)冷補(bǔ)液低溫性能比其他2種更優(yōu)，同時(shí)2號(hào)冷補(bǔ)液低溫性能要略優(yōu)于3號(hào)冷補(bǔ)液。

冷補(bǔ)液儲(chǔ)存穩(wěn)定性:從表2可知，1，4，7和8號(hào)冷補(bǔ)液的儲(chǔ)存穩(wěn)定性明顯優(yōu)于其他冷補(bǔ)液，但這幾種冷補(bǔ)液的低溫性能不佳。

圖1　冷補(bǔ)液揮發(fā)量百分比Fig.1 Volatilize quantity percentage of cold patch asphalt liquid

指標(biāo)主次順序(主→次)60℃黏度ABCD1d質(zhì)量損失率BDCA3d質(zhì)量損失率BD=ACTLCBADC黏度差A(yù)BCD

附注:A代表稀釋劑；B代表增黏劑；C代表表面活性劑；D代表抗剝落劑

綜合分析可知，2，3，5，6和9號(hào)冷補(bǔ)液黏度適中，但5號(hào)冷補(bǔ)液揮發(fā)性不佳，6和9號(hào)冷補(bǔ)液低溫性能不足，且2號(hào)冷補(bǔ)液儲(chǔ)存穩(wěn)定性優(yōu)于3號(hào)冷補(bǔ)液，故優(yōu)選組合為2號(hào)冷補(bǔ)液，即新型溶劑型冷補(bǔ)瀝青液最佳配比為，瀝青∶稀釋劑∶增黏劑∶表面活性劑∶抗剝落劑=100∶25∶2∶0.5∶0.6。并得出該冷補(bǔ)液性能指標(biāo)如下：

表5　新型溶劑型冷補(bǔ)瀝青液性能指標(biāo)

2　冷補(bǔ)瀝青混合料性能評(píng)價(jià)方法

早期的冷補(bǔ)瀝青混合料主要用于低等級(jí)公路應(yīng)急性搶修，其主要有施工和易性與黏附性的技術(shù)要求。但隨著冷補(bǔ)料被廣泛的應(yīng)用于高等級(jí)路面坑槽修補(bǔ)中，早期的要求已不能滿足現(xiàn)狀。為此，分析坑槽修補(bǔ)及冷補(bǔ)料的技術(shù)要求，提出了以強(qiáng)度、黏聚性、施工和易性、水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性為主的冷補(bǔ)料性能評(píng)價(jià)方法。

2.1強(qiáng)度評(píng)價(jià)

冷補(bǔ)瀝青混合料最主要的成型特點(diǎn)就是常溫下具有一定的疏松性和黏結(jié)性，因此其強(qiáng)度形成過(guò)程緩慢，并且強(qiáng)度隨稀釋劑的揮發(fā)而逐漸增大[8],當(dāng)冷補(bǔ)液中稀釋劑大部分或完全揮發(fā)后，冷補(bǔ)料強(qiáng)度達(dá)到最大并趨于穩(wěn)定[9-10]。

因此，冷補(bǔ)料經(jīng)過(guò)早期攤鋪成型到最后完全成型，要符合初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度這兩個(gè)要求。為滿足開(kāi)放交通的需要，在使用初期冷補(bǔ)料應(yīng)具備一定的初始強(qiáng)度以抵抗車(chē)輛荷載作用；另外，為保證冷補(bǔ)料在夏季高溫等季節(jié)不出現(xiàn)黏輪、擁抱等病害，在后期使用過(guò)程中能夠抵抗車(chē)輛荷載和雨水等的作用而不形成二次病害，冷補(bǔ)料也應(yīng)具備足夠的成型強(qiáng)度[11]。

1)初始強(qiáng)度評(píng)價(jià)

初始強(qiáng)度是指經(jīng)過(guò)攤鋪碾壓完后的冷補(bǔ)路面強(qiáng)度，其中的稀釋劑揮發(fā)量較少[5]。而在高溫試驗(yàn)條件下試件中稀釋劑揮發(fā)速度加快，不能模擬實(shí)際狀態(tài)。故在試驗(yàn)時(shí)必須減少稀釋劑揮發(fā)。

借鑒馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，并在其基礎(chǔ)上采用低溫保溫方式延緩稀釋劑揮發(fā)，具體方法如下：

①將均勻拌合的冷補(bǔ)料在20 ℃低溫箱中保溫3 h；

②快速稱(chēng)取一定量冷補(bǔ)料裝入試模，雙面各擊實(shí)50次，使試件高度滿足63.5±1.3 mm；

③試件脫模后立即進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)定馬歇爾穩(wěn)定度。

2)成型強(qiáng)度評(píng)價(jià)

隨著稀釋劑的揮發(fā)，冷補(bǔ)料的強(qiáng)度大約經(jīng)過(guò)3個(gè)月左右的時(shí)間才會(huì)達(dá)到穩(wěn)定[12]，故其成型強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)對(duì)稀釋劑的揮發(fā)過(guò)程進(jìn)行模擬。借鑒馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，冷補(bǔ)料成型強(qiáng)度試驗(yàn)方法如下：

①取一定量的冷補(bǔ)料于常溫下裝入試模中，雙面各擊實(shí)50次，使試件高度滿足63.5±1.3 mm；

②在110 ℃烘箱中側(cè)面豎立放置試件24 h，取出雙面各擊實(shí)25次，再置室溫豎立放置6 h以上；

③脫模后在60 ℃恒溫水槽中養(yǎng)生30～40 min，之后測(cè)量馬歇爾穩(wěn)定度。

2.2黏聚性、施工和易性評(píng)價(jià)

1)黏聚性評(píng)價(jià)

冷補(bǔ)料攤鋪到坑槽后，在車(chē)輛荷載作用下，冷補(bǔ)料與坑槽界面之間的接縫承受著拉壓交變應(yīng)力作用，為保證冷補(bǔ)料能與原路面形成整體，冷補(bǔ)料本身應(yīng)該具有足夠的穩(wěn)定性[13]。因此，冷補(bǔ)料應(yīng)具備一定的黏聚性，保證混合料顆粒間能夠充分粘結(jié)成型，具有足夠的強(qiáng)度抵抗車(chē)輛荷載的作用。

目前規(guī)范中的黏聚性試驗(yàn)方法未明確提出標(biāo)準(zhǔn)篩的規(guī)格，對(duì)此采用直徑305 mm、孔徑26.5 mm篩；其次也未對(duì)試件高度做出規(guī)定[14]，而文獻(xiàn)[14]提出：為使試件能夠放入標(biāo)準(zhǔn)篩，且能沿篩框來(lái)回滾動(dòng),應(yīng)使試件高度和標(biāo)準(zhǔn)篩高度一致，故建議試件高度為56.0±1.0 mm。綜上并結(jié)合規(guī)范方法，提出黏聚性試驗(yàn)方法如下：

①將一定量冷補(bǔ)料裝入馬歇爾試模，在4 ℃恒溫環(huán)境下放置2～3 h；

②雙面各擊實(shí)5次，使試件高度滿足56.0±1.0 mm；

③脫模后放在方孔標(biāo)準(zhǔn)篩內(nèi)，蓋上篩蓋，將篩直立并使試件沿篩框來(lái)回滾動(dòng)20次，大約1次/s，計(jì)算質(zhì)量破損率。

2)施工和易性評(píng)價(jià)

冷補(bǔ)料最大的優(yōu)勢(shì)在于其能夠在冬季低溫、春秋季常溫條件下實(shí)現(xiàn)冷拌冷鋪，故其低溫、常溫工作和易性不能忽視。

①低溫施工和易性

采用《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中規(guī)定的方法。

②常溫施工和易性

規(guī)范未對(duì)冷補(bǔ)料的常溫施工和易性進(jìn)行要求，故參照低溫施工和易性的試驗(yàn)方法，同時(shí)結(jié)合實(shí)際，采取10 ℃的試驗(yàn)溫度進(jìn)行試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方法為：將松散狀態(tài)下的冷補(bǔ)料置于10 ℃低溫箱中保溫24 h，取出后觀察冷補(bǔ)料是否存在明顯地結(jié)塊，能否方便的對(duì)其進(jìn)行拌合操作。

2.3水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

耐水性差是冷補(bǔ)料的薄弱之處，水分會(huì)使修補(bǔ)坑槽的冷補(bǔ)料產(chǎn)生各種形式的破壞。一般冷補(bǔ)料水穩(wěn)定性采用水煮法試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。但水煮法受人為因素影響較大，因此還利用浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性。

2.4高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

冷補(bǔ)料修補(bǔ)坑槽初期，由于稀釋劑的存在，其初始強(qiáng)度較小、粘附性較低，這使得冷補(bǔ)料在外界溫度較高時(shí)極易產(chǎn)生車(chē)轍等病害。目前混合料高溫穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法主要為《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E-20-2011)中的車(chē)轍試驗(yàn)，但冷補(bǔ)料的強(qiáng)度隨稀釋劑的揮發(fā)而逐漸增大，故應(yīng)對(duì)稀釋劑的揮發(fā)進(jìn)行模擬。

對(duì)車(chē)轍試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，首先按照熱拌料車(chē)轍試件成型方法成型試件，然后將試件連同試模一起在110 ℃保溫箱中保溫24 h，以促進(jìn)稀釋劑的揮發(fā)；取出后在輪轍機(jī)上對(duì)試件進(jìn)行二次碾壓，然后將試件在常溫下放置24 h后進(jìn)行40 ℃和60 ℃車(chē)轍試驗(yàn)。

3　試驗(yàn)與結(jié)果分析

將新型冷補(bǔ)液、四川公路科技實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LB成品冷補(bǔ)液、石家莊路邦科技有限公司研制的LBR冷補(bǔ)添加劑配制成冷補(bǔ)料并進(jìn)行性能對(duì)比；將新型冷補(bǔ)液、LB成品冷補(bǔ)液和LBR冷補(bǔ)添加劑拌合成的冷補(bǔ)料分別命名為ZY冷補(bǔ)液型、成品瀝青液型、改性瀝青型冷補(bǔ)料。

冷補(bǔ)料采用細(xì)粒式LB-13級(jí)配，合成級(jí)配以及級(jí)配曲線見(jiàn)表6和圖2。

圖2　LB-13級(jí)配曲線Fig.2 The LB-13 grading curve

篩孔尺寸通過(guò)以下篩孔的質(zhì)量百分比/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075級(jí)配上限10010095604020151285級(jí)配中值1009577.5452512.57.5642.5級(jí)配下限1009060301050000合成級(jí)配1009476412617127.565

3.1冷補(bǔ)料初始及成型馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

國(guó)內(nèi)外對(duì)冷補(bǔ)料的初始馬歇爾穩(wěn)定度要求差別不大，均值2 kN左右[15]，這主要由于冷補(bǔ)料中的稀釋劑降低了瀝青的黏度，使其初始穩(wěn)定度偏低。但為了使冷補(bǔ)料有足夠的抵抗行車(chē)荷載的能力，必須規(guī)定一個(gè)最小初始穩(wěn)定度值。

冷補(bǔ)料初始及成型馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如表7所示:

表73種冷補(bǔ)料的初始及成型穩(wěn)定度

Table 7 Initial stability and forming stability of three kinds of cold patch asphalt mixture

冷補(bǔ)料類(lèi)型初始穩(wěn)定度/kN成型穩(wěn)定度/kNZY冷補(bǔ)液型2.177.42成品瀝青液型2.047.70改性瀝青型2.346.11

據(jù)表7可知，3種冷補(bǔ)料的初始穩(wěn)定度均大于2 kN，滿足坑槽修補(bǔ)要求，文獻(xiàn)[15]提出冷補(bǔ)料初始穩(wěn)定度應(yīng)不小于2.0 kN。故推薦冷補(bǔ)料的初始馬歇爾穩(wěn)定度大于等于2 kN。

施工規(guī)范要求冷補(bǔ)料的成型穩(wěn)定度不小于3 kN，這與試驗(yàn)結(jié)果相比偏小，推薦冷補(bǔ)料的成型馬歇爾穩(wěn)定度大于等于6 kN。

3.2冷補(bǔ)料黏聚性、施工和易性試驗(yàn)

粘聚性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表83種冷補(bǔ)料黏聚性及揮發(fā)性試驗(yàn)

Table 8 Adhesiveness and volatile test results of three kinds of cold patch asphalt mixture

冷補(bǔ)料類(lèi)型ZY冷補(bǔ)液型成品瀝青液型改性瀝青型質(zhì)量破損率/%13.39.422.8

從表8可知，3種冷補(bǔ)料的質(zhì)量破損率均小于40%，滿足規(guī)范要求，但規(guī)范規(guī)定的40%破損率明顯大于試驗(yàn)結(jié)果，推薦冷補(bǔ)料的質(zhì)量破損率不大于30%；此外，為使冷補(bǔ)料具有一定的疏松性，故其破損率也不宜太小，具體參考冷補(bǔ)料施工和易性試驗(yàn)結(jié)果。

施工和易性試驗(yàn)結(jié)果表明3種冷補(bǔ)料的低溫和常溫施工和易性都較好，均較容易拌和。但試驗(yàn)表明冷補(bǔ)料質(zhì)量破損率較大時(shí)會(huì)影響施工和易性。文獻(xiàn)[14]曾提出質(zhì)量破損率應(yīng)滿足5%～20%，根據(jù)本文試驗(yàn)結(jié)果，推薦質(zhì)量破損率應(yīng)滿足10%～30%。

3.3冷補(bǔ)料水穩(wěn)定性試驗(yàn)

3種冷補(bǔ)料粘附性結(jié)果見(jiàn)表9。

表93種冷補(bǔ)料黏附性試驗(yàn)結(jié)果

Table 9 Adhesion test results of three kinds of cold patch asphalt mixture

混合料類(lèi)型ZY冷補(bǔ)液型成品瀝青液型改性瀝青型黏附性等級(jí)554

由試驗(yàn)結(jié)果可知，3種冷補(bǔ)料的黏附性都較好，故冷補(bǔ)料的黏附性試驗(yàn)可選用水煮法或水浸法，但規(guī)范以裹覆面積作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，要求裹覆面積不小于95%，不盡合理，建議以黏附性等級(jí)為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，要求黏附性等級(jí)不小于4級(jí)。浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10：

表103種冷補(bǔ)料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

Table 10 Marshall immersion test results of three kinds of cold patch asphalt mixture

試件MSMS1試件MSMS1試件MSMS1A-18.406.50B-17.747.21C-16.275.92A-28.126.53B-27.837.04C-26.186.49A-36.636.16B-37.467.50C-36.127.00A-46.526.65B-47.787.36C-45.876.27均值7.426.46均值7.707.28均值6.116.42MS00.87MS00.95MS01.05

附注：A，B和C分別表示ZY冷補(bǔ)液型，成品瀝青液型和改性瀝青型冷補(bǔ)料

從表10可知，3種冷補(bǔ)料殘留穩(wěn)定度均滿足熱拌料施工規(guī)范中大于75%的要求，在此仍沿用施工規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。但改性瀝青冷補(bǔ)料出現(xiàn)超百現(xiàn)象，這可能是因?yàn)橄♂寗┰谒袚]發(fā)并析出而造成的。為此再通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

表113種冷補(bǔ)料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

Table 11 Freeze-thaw splitting test results of three kinds of cold patch asphalt mixture

冷補(bǔ)料類(lèi)型ZY冷補(bǔ)液型成品瀝青液型改性瀝青型TSR/%72.779.584.4

從表11可看出3種冷補(bǔ)料的TSR均大于70%的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在此仍沿用施工規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

綜合黏附性、浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果，推薦冷補(bǔ)瀝青混合料的水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)為黏附性等級(jí)不小于4級(jí)，馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于75%，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比大于70%。

3.4冷補(bǔ)料高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

3種冷補(bǔ)料高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表123種冷補(bǔ)料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

Table 12 Rutting test results of three kinds of cold patch asphalt mixture

冷補(bǔ)料類(lèi)型ZY冷補(bǔ)液型成品瀝青液型改性瀝青型試驗(yàn)溫度/℃406040604060動(dòng)穩(wěn)定度/次·mm-1718.6386.5839.8400.2549.5364.8

從試驗(yàn)結(jié)果可知，3種冷補(bǔ)料在40 ℃和60 ℃試驗(yàn)溫度下的動(dòng)穩(wěn)定度都偏低，但并不能說(shuō)明3種冷補(bǔ)料的高溫穩(wěn)定性不滿足要求:首先，成品瀝青液型和改性瀝青型冷補(bǔ)料都已在工程中成功應(yīng)用，車(chē)轍現(xiàn)象并不常見(jiàn)；其次，冷補(bǔ)料進(jìn)行坑槽修補(bǔ)時(shí)的路面溫度并不能達(dá)到試驗(yàn)所設(shè)定溫度；最后，冷補(bǔ)料由于存在稀釋劑故其抗高溫變形能力差。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及實(shí)際情況，推薦冷補(bǔ)料的高溫穩(wěn)定性采用提出的試驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)指標(biāo)為動(dòng)穩(wěn)定度大于300次/mm。

參照冷補(bǔ)瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出其建議技術(shù)要求，如下表13。

4　工程實(shí)例檢驗(yàn)

依托陜西省高速公路建設(shè)集團(tuán)養(yǎng)護(hù)工程，對(duì)提出的冷補(bǔ)瀝青混合料技術(shù)要求進(jìn)行驗(yàn)證:在工程所在的高速公路中，隨機(jī)選擇5處坑槽采用研制的冷補(bǔ)料進(jìn)行修補(bǔ)，然后鉆心取樣并按照提出的冷補(bǔ)料評(píng)價(jià)方法進(jìn)行試驗(yàn)。所使用的冷補(bǔ)料在常溫和低溫下的施工和易性較好，能較容易拌合。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表14：

表13　冷補(bǔ)瀝青混合料建議技術(shù)要求

表14　工程實(shí)例試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表14可知，實(shí)例中冷補(bǔ)料的性能指標(biāo)均滿足建議的技術(shù)要求，雖然實(shí)例2和5的成型強(qiáng)度等指標(biāo)值比較接近建議技術(shù)要求下限，但仍滿足此要求，且通過(guò)數(shù)月的觀察發(fā)現(xiàn)，實(shí)例修補(bǔ)處未出現(xiàn)明顯車(chē)轍及破壞，修補(bǔ)效果較好。而產(chǎn)生這一效果的原因是由于冷補(bǔ)液中添加的增粘劑等有效地提高了冷補(bǔ)料的水穩(wěn)性和強(qiáng)度等性能，從而使得新研制的冷補(bǔ)料具有初始及成型強(qiáng)度高，黏聚性、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性好，低溫及常溫易拌合等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)實(shí)例可知，所提出的冷補(bǔ)瀝青混合料評(píng)價(jià)方法和技術(shù)要求能較好的反應(yīng)冷補(bǔ)料的路用性能，同時(shí)滿足建議技術(shù)要求的冷補(bǔ)料能對(duì)路面坑槽進(jìn)行較好的修補(bǔ)。

5　結(jié)論

1)通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定了新型冷補(bǔ)液中基質(zhì)瀝青、稀釋劑、增黏劑、表面活性劑、抗剝落劑的最佳組成比例，進(jìn)而研制了一種新型溶劑型冷補(bǔ)瀝青液；其拌制的冷補(bǔ)料初始及成型強(qiáng)度高，黏聚性、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性好，低溫及常溫易拌合。

2)基于新研制的冷補(bǔ)料，提出以強(qiáng)度、黏聚性、施工和易性、水穩(wěn)性、高溫穩(wěn)定性為主的冷補(bǔ)料性能評(píng)價(jià)方法；通過(guò)新型冷補(bǔ)料與同類(lèi)產(chǎn)品的性能對(duì)比試驗(yàn)，確定了具體的技術(shù)要求。

3)通過(guò)工程實(shí)例檢驗(yàn)，建議的評(píng)價(jià)方法及技術(shù)要求能較好地反應(yīng)冷補(bǔ)瀝青混合料的路用性能，同時(shí)滿足建議技術(shù)要求的冷補(bǔ)料能對(duì)路面坑槽進(jìn)行較好的修補(bǔ)。

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Development of solvent-based cold patch asphalt liquid and study on pavement performance of its mixture

ZHANG Zhengqi1, XU Cheng1,CHENG Gaoli2，SONG Liangliang3

(1.Key Laboratory of Highway Engineering in Special Region of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064，China;2. Shaanxi Expressway Mechanical Engineering Co. , Ltd, Xi'an 710038, China;3. Shandong High Speed Development of Science and Technology Group Co., Ltd, Jinan 250000, China)

In order to study the pavement performance and evaluation methods of the cold patch asphalt mixture and make up the deficiency of existing evaluation methods of it, firstly this paper adopted the method of orthogonal experiment to determine component proportion of home-made solvent-based cold patch asphalt fluid；then this paper came up with performance evaluation methods of its mixture after analysis, and made the performance comparison between new type of mixture and similar products based on the methods, finally this paper accomplished engineering validation of new type of mixture. The results show that the new type of solvent-based cold patch asphalt mixture has advantages of high initial and molding intensity, high adhesiveness, good water stability, good temperature stability, meanwhile the mixture is easy to mix at low and normal temperature; the performance evaluation methods and technical requirements of this paper can well reflect the performance of cold patch asphalt mixture; likewise, the cold patch asphalt mixture which satisfies the suggested technical requirements can repair pavement pit preferably.

cold patch asphalt liquid; cold patch asphalt mixture; pavement performance; evaluation methods; technical requirements

2015-12-02

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51008031)

張爭(zhēng)奇(1967-)，男，陜西西安人，教授，博士，從事瀝青混合料結(jié)構(gòu)和性能研究；E-mail：z-zhengqi@126.com

U416

A

1672-7029(2016)09-1728-09