摘要：反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料是一種新型的坑槽修補(bǔ)料，為探究其強(qiáng)度增長(zhǎng)特性，文章在室內(nèi)制備自研反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料的基礎(chǔ)上，選取常用溶劑型坑槽冷補(bǔ)料作為比對(duì)組，對(duì)兩種坑槽冷補(bǔ)料分別進(jìn)行不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車(chē)轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)，通過(guò)相應(yīng)試驗(yàn)指標(biāo)分析其強(qiáng)度增長(zhǎng)特性。結(jié)果表明：反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料較溶劑型坑槽冷補(bǔ)料具備更短的強(qiáng)度形成速率以及更高的強(qiáng)度，不僅可以滿(mǎn)足高速公路養(yǎng)護(hù)施工快速開(kāi)放交通的需求，其良好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性還能有效保證坑槽修補(bǔ)后的正常使用。

關(guān)鍵詞：高速公路；養(yǎng)護(hù)施工；坑槽修補(bǔ)；反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料；強(qiáng)度增長(zhǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.03A130422

0 引言

坑槽作為一種隨機(jī)出現(xiàn)且初期規(guī)模較小的瀝青路面典型早期病害，其一旦出現(xiàn)將對(duì)行車(chē)安全、駕駛舒適性以及道路長(zhǎng)期路用性能產(chǎn)生較大的不利影響，因此在高速公路日常養(yǎng)護(hù)中對(duì)坑槽病害修補(bǔ)有著很高的時(shí)效性要求［1］。目前坑槽修補(bǔ)主要分為“熱補(bǔ)”和“冷補(bǔ)”兩種方式，“熱補(bǔ)”是采用熱拌瀝青混合料進(jìn)行坑槽修補(bǔ)，其坑槽修補(bǔ)效果很好，但是需要較大的施工規(guī)模以及良好的施工環(huán)境；“冷補(bǔ)”是采用坑槽冷補(bǔ)料進(jìn)行修補(bǔ)，其隨取隨用、施工簡(jiǎn)便以及對(duì)施工環(huán)境要求低等特點(diǎn)更為契合坑槽病害修補(bǔ)的特點(diǎn)，因此“冷補(bǔ)”是當(dāng)前高速公路日常養(yǎng)護(hù)施工中應(yīng)用最為廣泛的方式［2］。

坑槽冷補(bǔ)料有溶劑型和反應(yīng)型兩種，溶劑型坑槽冷補(bǔ)料的強(qiáng)度增長(zhǎng)較為緩慢，在快速開(kāi)放交通背景下容易再次出現(xiàn)病害問(wèn)題，導(dǎo)致耐久性較差［3-4］，而反應(yīng)型坑槽修冷補(bǔ)料作為一種新型高性能冷補(bǔ)料受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前針對(duì)反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料的研究重點(diǎn)主要聚焦在材料配方優(yōu)化及路用性能表現(xiàn)，對(duì)其強(qiáng)度增長(zhǎng)特性的研究較為缺乏，這不利于該材料在坑槽修補(bǔ)中的推廣應(yīng)用。本文在室內(nèi)制備反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料基礎(chǔ)上，通過(guò)不同的性能試驗(yàn)，對(duì)其強(qiáng)度增長(zhǎng)特性進(jìn)行研究，以期為廣大高速公路養(yǎng)護(hù)施工從業(yè)者在應(yīng)用反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料時(shí)提供參考。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

（1）反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料。將反應(yīng)型常溫瀝青、固化劑及集料按照一定質(zhì)量配合比進(jìn)行復(fù)配拌和，制得反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料，其中反應(yīng)型常溫瀝青是在70#基質(zhì)瀝青基礎(chǔ)上添加反應(yīng)型乳液制備而成，固化劑則是由硅酸鹽水泥及偏高嶺土復(fù)配而成，集料采用石灰?guī)r礦料。

反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料配合比如表1所示，其礦料級(jí)配設(shè)計(jì)如圖1所示。

（2）溶劑型坑槽冷補(bǔ)料。采用市面上所售某品牌LB-10規(guī)格的25 kg/包的成品冷補(bǔ)料，該產(chǎn)品可直接隨取隨用進(jìn)行坑槽修補(bǔ)。

1.2 試驗(yàn)方法

按照?qǐng)D2所示工藝流程制備成品反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料。對(duì)反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料及溶劑型坑槽冷補(bǔ)料進(jìn)行不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車(chē)轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)，通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)變化分析材料的強(qiáng)度增長(zhǎng)特性及性能變化。相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)方法參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）和《瀝青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》（JT/T 972-2015）中規(guī)定進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

馬歇爾穩(wěn)定度是用于表征瀝青混合料所承受最大荷載的強(qiáng)度指標(biāo)。將不同坑槽冷補(bǔ)料按規(guī)范要求制備成馬歇爾試件，試件放在25 ℃的恒溫環(huán)境養(yǎng)護(hù)不同時(shí)間后進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從圖3數(shù)據(jù)可以看出，在養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加的條件下，不同類(lèi)型坑槽冷補(bǔ)料的馬歇爾穩(wěn)定度會(huì)逐漸增加并趨于穩(wěn)定。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間從5 h增加至24 h和72 h，反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料的馬歇爾穩(wěn)定度分別增長(zhǎng)了89%和31%，而溶劑型坑槽冷補(bǔ)料分別增長(zhǎng)了92%和23%。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間從72 h增加至168 h，反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料和溶劑型坑槽冷補(bǔ)料的馬歇爾穩(wěn)定度增幅分別僅為3.7%和4%，說(shuō)明兩種坑槽冷補(bǔ)料已趨于最終強(qiáng)度。雖然兩種坑槽冷補(bǔ)料均表現(xiàn)出相似的強(qiáng)度變化趨勢(shì)，但是兩者強(qiáng)度形成機(jī)理并不相同。溶劑型坑槽冷補(bǔ)料中的瀝青是加入了柴油溶劑作為稀釋劑進(jìn)行常溫液化，稀釋劑會(huì)在修補(bǔ)應(yīng)用過(guò)程中不斷揮發(fā)，瀝青因此會(huì)變得粘稠進(jìn)而填滿(mǎn)瀝青混合料內(nèi)空隙，最終冷補(bǔ)料因集料之間密實(shí)度不斷增加而提升了強(qiáng)度。反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料則是通過(guò)反應(yīng)型稀釋劑與固化劑的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)后的產(chǎn)物能夠在瀝青體系中形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)而有效強(qiáng)化早期強(qiáng)度。就具體數(shù)值而言，在相同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料較溶劑型坑槽冷補(bǔ)料具備更高的馬歇爾穩(wěn)定度?！稙r青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》（JT/T 972-2015）中規(guī)定坑槽冷補(bǔ)料穩(wěn)定度需≥3 kN，而反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料在養(yǎng)護(hù)5 h后的馬歇爾穩(wěn)定度已經(jīng)達(dá)到6.5 kN，同期的溶劑型坑槽冷補(bǔ)料馬歇爾穩(wěn)定度僅為2.18 kN。在養(yǎng)護(hù)72 h后，兩種坑槽冷補(bǔ)料已接近形成最終強(qiáng)度，反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料的馬歇爾穩(wěn)定度已增加至16.2 kN，是同期溶劑型坑槽冷補(bǔ)料的近3倍。這說(shuō)明反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料能夠在短時(shí)間內(nèi)快速形成滿(mǎn)足快速通車(chē)要求的強(qiáng)度，后期強(qiáng)度顯著增長(zhǎng)可以有效保證坑槽修補(bǔ)后的正常使用。

2.2 車(chē)轍試驗(yàn)

車(chē)轍試驗(yàn)可以有效評(píng)價(jià)熱拌瀝青混合料在高溫環(huán)境下承受外界荷載變形的穩(wěn)定性，因此該試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)可以看作一種強(qiáng)度指標(biāo)。雖然坑槽冷補(bǔ)料相關(guān)規(guī)范并沒(méi)有涉及車(chē)轍試驗(yàn)，但考慮該試驗(yàn)更接近實(shí)際路況的模擬再現(xiàn)，因此將坑槽冷補(bǔ)料分別制成車(chē)轍試件并養(yǎng)護(hù)不同時(shí)間后進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)以研究強(qiáng)度增長(zhǎng)特性，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可看出，不同坑槽冷補(bǔ)料的動(dòng)穩(wěn)定度會(huì)隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加而增大并逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間從5 h增加至24 h和72 h，反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料的動(dòng)穩(wěn)定度分別增加了14%和4%，而溶劑型坑槽冷補(bǔ)料的動(dòng)穩(wěn)定度分別增加了61%和76%。反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料在養(yǎng)護(hù)72 h時(shí)已形成最終強(qiáng)度，此后養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度基本無(wú)影響，而溶劑型坑槽冷補(bǔ)料從養(yǎng)護(hù)72 h增加到養(yǎng)護(hù)168 h，其動(dòng)穩(wěn)定度仍增加了15%。雖然溶劑型坑槽冷補(bǔ)料的動(dòng)穩(wěn)定增幅較大，但其動(dòng)穩(wěn)定度整體較低，養(yǎng)護(hù)5 h后的動(dòng)穩(wěn)定度僅為310次/mm，即便在養(yǎng)護(hù)168 h后的動(dòng)穩(wěn)定度也僅為1 020次/mm。這是因?yàn)槿軇┬涂硬劾溲a(bǔ)料中稀釋劑的揮發(fā)速率較慢導(dǎo)致無(wú)法快速形成強(qiáng)度抵抗外界荷載，隨著稀釋劑的不斷揮發(fā)，瀝青的膠結(jié)作用會(huì)不斷增強(qiáng)，同時(shí)碾壓作用使得冷補(bǔ)料礦料間的嵌擠不斷增加，整體強(qiáng)度得到進(jìn)一步增加。而反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料在短時(shí)間內(nèi)就完成了絕大部分的固化反應(yīng)并形成了較高的強(qiáng)度，不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的動(dòng)穩(wěn)定度均超過(guò)3 000次/mm，其強(qiáng)度值已達(dá)到熱拌瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度要求值。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，其固化反應(yīng)效率也趨于平緩，動(dòng)穩(wěn)定度的增長(zhǎng)幅度也逐漸減小，最終強(qiáng)度也達(dá)到一個(gè)較為平穩(wěn)的水平。

2.3 浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)

坑槽冷補(bǔ)料在修補(bǔ)坑槽病害后極易在有水環(huán)境下受到侵蝕進(jìn)而導(dǎo)致工作性能不佳，因此對(duì)坑槽冷補(bǔ)料在水環(huán)境下的強(qiáng)度特性進(jìn)行評(píng)價(jià)是很有必要的。本文對(duì)不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的坑槽冷補(bǔ)料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，通過(guò)相關(guān)水穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行強(qiáng)度的間接性評(píng)價(jià)。由于相關(guān)規(guī)范對(duì)坑槽冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性指標(biāo)并未涉及，本文參考熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性指標(biāo)作為評(píng)價(jià)依據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

規(guī)范規(guī)定熱拌瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比的下限值分別為85%和80%。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，在養(yǎng)護(hù)5 h和24 h條件下的溶劑型坑槽冷補(bǔ)料在溫度和水的耦合作用下呈松散狀態(tài)，這說(shuō)明溶劑型坑槽冷補(bǔ)料出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的水損害導(dǎo)致無(wú)法形成整體強(qiáng)度。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加到72 h和168 h，溶劑型坑槽冷補(bǔ)料具備了一定的浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比，但整體數(shù)值較低，無(wú)法達(dá)到熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性性能。這主要是因?yàn)槿軇┬涂硬劾溲a(bǔ)料中瀝青加入了稀釋劑，其與集料粘附性能較差，而稀釋劑揮發(fā)速率較慢，導(dǎo)致溶劑型坑槽冷補(bǔ)料在養(yǎng)護(hù)時(shí)間較短條件下無(wú)法形成有效強(qiáng)度，瀝青的粘附性能在溫度和水的作用下變得更差，這也是溶劑型坑槽冷補(bǔ)料在有水環(huán)境下早期極易出現(xiàn)松散、脫粒的原因。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間足夠的情況下，溶劑型坑槽冷補(bǔ)料在稀釋劑較大程度揮發(fā)后形成了強(qiáng)度并具備一定的水穩(wěn)定性，但仍與熱拌瀝青混合料存在一定的差距。

與溶劑型坑槽冷補(bǔ)料不同，反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料在養(yǎng)護(hù)5 h條件下，其浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比分別達(dá)到87%和80%，此時(shí)已經(jīng)滿(mǎn)足熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性指標(biāo)要求。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間不斷增加，兩項(xiàng)指標(biāo)值雖然仍有小幅度的增加，但整體較為穩(wěn)定，浸水馬歇爾穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比在養(yǎng)護(hù)5 h已經(jīng)達(dá)到養(yǎng)護(hù)168 h的97.2%和96.3%。這充分說(shuō)明反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料可以在短時(shí)間內(nèi)形成較高強(qiáng)度并具備了良好的水穩(wěn)定性，其性能已達(dá)到了熱拌瀝青混合料性能水平，可實(shí)現(xiàn)在有水環(huán)境下的穩(wěn)定使用。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）溶劑型坑槽冷補(bǔ)料的強(qiáng)度增長(zhǎng)主要是依靠稀釋劑的揮發(fā)，其強(qiáng)度增長(zhǎng)速率較慢且形成的最終強(qiáng)度較低。而反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料可通過(guò)水化及固化等反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)形成較高的強(qiáng)度，其強(qiáng)度與最終強(qiáng)度較為接近。

（2）馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料強(qiáng)度形成速率及強(qiáng)度值顯著優(yōu)于溶劑型坑槽冷補(bǔ)料，該特性可以滿(mǎn)足高速公路養(yǎng)護(hù)施工快速開(kāi)放交通的需求，其良好的高溫穩(wěn)定性還能夠有效保證坑槽修補(bǔ)后的正常使用。

（3）浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)型坑槽冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性?xún)?yōu)于溶劑型坑槽冷補(bǔ)料，其水穩(wěn)定性指標(biāo)已達(dá)到熱拌瀝青混合料的性能水平，可有效解決溶劑型坑槽冷補(bǔ)料在應(yīng)用中遇水失效的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-03-21

作者簡(jiǎn)介：廖梓鈞（1984—），工程師，主要從事公路橋梁工程設(shè)計(jì)、監(jiān)理、咨詢(xún)等工作。