反应型沥青冷补料制备与性能研究

盛兴跃，李　睿，李　璐，吴雪柳

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司， 重庆　401336)



反应型沥青冷补料制备与性能研究

盛兴跃，李睿，李璐，吴雪柳

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司， 重庆401336)

摘要：针对现有沥青冷补料仅用作坑槽的应急性修补、耐久性差的缺点，开发了一种反应型聚氨酯沥青冷补料。对该沥青冷补料进行粘聚性试验、高低温性能试验、耐水性试验及耐久性试验，并将其应用于实际工程中。试验结果表明，反应型沥青冷补料具有优异的路用性能和使用耐久性。

关键词：坑槽修补；聚氨酯预聚体；反应型沥青冷补料；耐久性；施工工艺

沥青路面由于噪音低、行车舒适以及养护方便等优点，在国内外公路建设中得到十分广泛的应用。沥青路面在使用过程中，由于气候、交通等多种原因，易出现车辙、松散、裂缝、坑槽等病害。路面病害不仅会影响道路正常使用、降低道路服务寿命，甚至会导致交通事故发生[1-3]。因此，对于路面出现的坑槽、破损需要及时加以修补。

目前，采用传统热态法修补坑槽技术较为成熟，但其在低温或雨天都不能正常用于施工，且也难以适应工程量小、地点分散的坑槽修补。沥青冷补料较好地弥补了热态法的不足，其可满足全天候的施工需求，减少能源消耗及对环境的污染，故在道路养护方面的应用逐年增加[4-6]。常用沥青冷补料以稀释沥青或乳化沥青为胶结料[2,7]，而为了满足沥青冷补料的储存性能及施工和易性，冷补料往往不能快速形成强度，在开放交通后，容易再次出现松散、脱落等病害，使用耐久性较差。因此，沥青冷补料多用于路面坑槽的应急性修复材料[8]。

为解决沥青冷补料耐久性差的问题，笔者对冷补料进行了系统、深入的研究。本文介绍将自主研发的聚氨酯预聚体沥青冷补液与矿料拌和制备沥青冷补料，并通过相关试验来测试其路用性能。

1试验部分

1.1试验原料

1.1.1反应型沥青冷补液研制

反应型沥青冷补液由基质沥青、稀释剂及反应型聚氨酯预聚体按一定比例配制而成。

1.1.2集料

集料采用玄武岩或石灰岩矿料，其级配范围符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中LB-10和LB-13的要求，见表1。

表1　冷补沥青混合料矿料级配

1.2试验方法

1.2.1样品制备

将基质沥青加热至120～140 ℃，按比例加入稀释剂并搅拌均匀，得到稀释沥青；在稀释沥青中加入一定比例的预聚体并搅拌均匀，即制得冷补液。将冷补液与集料进行拌和制备沥青冷补料，冷拌沥青混合料的相关体积参数见表2。

表2　冷拌沥青混合料的体积参数

1.2.2性能测试

反应型沥青冷补料的测试项目包括高温性能、低温性能、粘聚性、耐水性及疲劳性能，其中，高低温性能、耐水性及疲劳性能按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》相关试验方法检测；粘聚性按照JTG F40—2004 8.4条中对冷补沥青混合料的粘聚性试验方法检测。

2结果与讨论

2.1粘聚性

沥青冷补料在施工完成后，在交通荷载作用下，坑槽接缝处会产生一定拉压应力。因此，为保证沥青冷补料自身的稳定性及接缝处有效的粘结性，沥青冷补料应具有较好的粘聚性。

粘聚性试验过程如下：将按一定量配制好的沥青冷补料装入马歇尔试模中，在4 ℃恒温室中保温3 h以上；将试模中的沥青冷补料取出后双面各击实5次，制成马歇尔试件，试件高度应满足(51±1.3)mm；脱模并称重后将试样迅速置于标准筛上(筛孔底部直径为305 mm，筛孔为26.5 mm)，盖上盖；将标准筛直立，以1次/s的速率使试件沿筛框来回滚动20次；打开筛盖，称取最大一块试样的质量，计算残留率。沥青冷补料粘聚性试验如图1所示。

图1　沥青冷补料粘聚性试验

冷补沥青混合料粘聚性试验结果见表3。从表3数据可以看出，反应型冷补沥青混合料粘聚性试验残留率远大于60%的规范要求值。表明反应型冷补沥青混合料粘聚性能优异，与坑槽界面能够形成较强的粘结作用，从而可防止冷补沥青混合料在填补坑槽后过早出现松散或坑槽界面接缝处破损。

表3　冷补沥青混合料粘聚性试验结果

2.2高温性能试验

夏季，沥青路面在重载交通作用下，易产生较大的剪切变形，导致路面出现车辙。本文采用车辙试验来测定冷补沥青混合料的高温性能。按T 0719-2011《沥青混合料车辙试验》规定的方法进行反应型沥青冷补料车辙试验，试验结果见表4。

由表4数据可知，2种级配的反应型沥青冷补料车辙动稳定度均超过10 000次/mm，具有十分优良的高温抗车辙性能。因为聚氨酯预聚体固化后形成空间网状结构，高温下也不会变粘发软，故能够满足高温气候条件下的使用要求。

表4　沥青冷补料车辙试验结果

2.3低温性能试验

低温抗裂性能是沥青混合料最重要的使用性能之一，对于冷补沥青混合料来说同样如此。本文采用低温小梁弯曲试验来评价其低温抗裂性能，主要测量指标为抗弯拉强度、弯拉应变和弯曲劲度模量。按照JTG E20—2011中T0715—2011沥青混合料低温弯曲试验规定的方法进行试验，将矿料级配为LB-10的冷补沥青混合料成型试件，在-10 ℃低温条件下保温5 h以上，再以50 mm/min的加载速率进行试验，试验结果见表5。

表5　低温(小梁)弯曲试验结果

从表5数据可以看出，反应型沥青冷补料低温弯拉应变大于2 000 με，低温性能指标超过JTG F40—2004对冬温区或冬冷区普通沥青混合料的要求，具有较好的低温性能。

2.4耐水性试验

当沥青路面有积水时，大量交通荷载会对沥青混合料产生较强的水力冲刷作用，易造成沥青从矿料表面剥落、沥青混合料松散等病害。若积水渗入沥青路面以下，则遇到冰冻天气时，沥青混合料受水分膨胀力的影响，其颗粒间的沥青会断裂，更容易导致沥青混合料颗粒脱落。为防止产生此类破损现象，沥青混合料应具备足够的抗水损害能力和防渗水能力，即具有良好的耐水性。

本文参照JTG E20—2011中T0709-2011和T 0729-2000所规定的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来检验冷补沥青混合料的水稳定性，试验结果见表6、表7。

表6　浸水马歇尔稳定度试验结果

表7　冻融劈裂试验结果

从表6、表7数据可知，2种级配反应型沥青冷补料的浸水马歇尔残留稳定度均大于90%，冻融劈裂强度比均大于80%，都超过了JTG F40—2004的要求，表明该反应型聚氨酯沥青冷补料具有较好的耐水损害性能。

2.5疲劳性能试验

本文通过沥青混合料四点弯曲疲劳寿命试验来评价沥青冷补料循环周期内的使用寿命。采用澳大利亚IPC公司生产的BFA液压独立式四点弯曲疲劳试验设备，如图2所示。

按照1.2.1方法制备LB-10反应型冷补混合料，养生后切割为385 mm×65 mm×50 mm的小梁试件，试验温度为15 ℃，加载频率为10 Hz，加载波形选用偏正弦波。测试沥青冷补料在100×10-6和200×10-6应变水平下的疲劳寿命。试验过程中，劲度模量降低到初始劲度模量50%所达到的荷载循环次数为疲劳寿命，试验结果见表8。

图2　IPC疲劳试验机

表8　疲劳性能试验结果

从表8数据可以看出，在100×10-6和200×10-6应变水平下，本文介绍的反应型聚氨酯沥青冷补料疲劳寿命均大于40万次，具有较优异的疲劳性能。

3反应型沥青冷补料施工工艺

3.1反应型沥青冷补液生产

将基质沥青加热到120～140 ℃，依次加入一定比例的稀释剂和反应型聚氨酯预聚体，搅拌均匀，制得反应型沥青冷补液。待冷补液温度下降到常温后，用容器密闭储存，使用时再取出。

3.2反应型沥青冷补料生产

将相应级配的集料和矿粉用自动混合料拌和机干拌约1 min，并按4.5%～5.5%的油石比加入沥青冷补液拌和3 min，保证矿料表面完全被冷补液所裹覆。冷补料生产后需在2～3 h内使用，以免反应型树脂预聚体固化后造成施工困难及路用性能下降。

3.3坑槽开挖

按照“圆洞方补，斜洞正补”的原则，在坑槽周围划出大小适中的方形轮廓线。开槽时，用切割机沿轮廓线顺线切槽，并用动力镐或铣刨机开挖。且最好分层开凿，上层开槽深度不超过1.5 cm，开槽的四壁与路面保持垂直。

3.4坑槽清理

用铁刷或吹风机将坑槽底部及四周清理干净，使槽内无杂物。

3.5刷粘层油

摊铺沥青冷补料前，须将坑槽底部及四周均匀刷涂粘层油，浸润坑槽内表面裸露出的石料，以保证沥青冷补料与坑槽紧密粘结。

3.6坑槽填补

向坑槽内倒入沥青冷补料，冷补料加入量以超过路面1～2 cm为宜。填入冷补料后，坑槽中央略高于四周。

3.7冷补料压实

压实时，先压实四周，再向中央压实。压实一般不少于3遍，由边缘向内重叠1/3轮依次碾压，碾压至无明显轮迹为止，也可人工用平板夯实机夯实。如果坑槽深度超过7 cm，则应将沥青混合料分2次或3次摊铺压实。压实后，应使中央稍高于四周呈弧形。

3.8开放交通

反应型沥青冷补料经压实后，为保证形成足够的强度，需养生1～2 h后方可开放交通。

4施工实例

4.1施工过程

本文介绍的反应型沥青冷补料已成功应用于重庆市渝涪高速公路重庆至长寿段复盛服务区沥青路面坑槽修补工程，施工过程如图3所示。

图3　反应型沥青冷补料施工过程

4.2使用效果观察

坑槽修补完成后，观察反应型沥青冷补料使用1个月及1年以后的使用情况，如图4所示。

图4　反应型沥青冷补料使用效果观察

从图4可以看出，本文介绍的反应型沥青冷补料用于坑槽修补后，使用1个月乃至1年后，未出现再次破损的现象，具有良好的使用性能。

5结论

1) 反应型聚氨酯沥青冷补料路用性能试验结果表明，反应型聚氨酯沥青冷补液具有优异的粘聚性、高低温性能、耐水性及抗疲劳性能。

2) 反应型聚氨酯沥青冷补料在重庆渝涪高速公路重庆至长寿段复盛服务区的坑槽修补工程的成功应用表明，该冷补料使用效果良好，坑槽修补完成较长时间后，未出现再次破损的现象。

参 考 文 献

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Preparation of Reactive Cold Filling Asphalt Materials and Research on Performance

SHENG Xingyue, LI Rui, LI Lu, WU Xueliu

Abstract:In allusion to the defects of the existing cold filling asphalt materials that are only used for emergency repair of pit slots and exhibit bad endurance, this paper develops a reactive polyurethane cold filling asphalt material. The paper carries out adhesiveness test, high and low-temperature performance test, water resistance test and endurance test for this cold filling asphalt material and applies it in actual project. The results of test show that the reactive cold filling asphalt materials exhibit excellent road performance and endurance.

Keywords:pit slot repair; polyurethane prepolymer; reactive cold filling asphalt material; endurance; construction technology

文章编号：1009-6477(2016)01-0048-05

中图分类号：U416.217

文献标识码：A

作者简介：盛兴跃(1974-)，男，重庆市人，本科，高工。

收稿日期：2015-06-08

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51202214)；重庆市杰出青年基金资助项目(cstc2014jcyjjq30002)；重庆市科学技术委员会基础与前沿研究计划项目(cstc2013jcyjA1442)

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.011