溶剂型冷补沥青混合料强度参数评价及指标研究

盖卫鹏 韩微微

(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710075；2.陕西省公路交通防灾减灾重点实验室，陕西 西安 710075； 3.西安公路研究院,陕西 西安 710065)



溶剂型冷补沥青混合料强度参数评价及指标研究

盖卫鹏1，2韩微微3

(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710075；
2.陕西省公路交通防灾减灾重点实验室，陕西 西安 710075； 3.西安公路研究院,陕西 西安 710065)

基于冷补沥青混合料强度变化规律，从冷补混合料的初始强度、成型强度以及强度成型速度等方面，探讨了冷补沥青混合料强度参数的评价方法及指标要求，通过设置不同试验条件下的改进型马歇尔试验，同时结合冷补沥青混合料性能要求，提出了适合于冷补沥青混合料使用要求的强度指标。

冷补沥青混合料,强度,评价指标，马歇尔试验

冷补沥青混合料是一种新型沥青路面坑槽病害养护修补材料，使用时不受现场环境温度影响，可以随时根据修补需求取用，方便快捷。冷补沥青混合料的使用条件不同于热拌沥青混合料，为保证冷补沥青结合料在常温或低温环境下具有比热拌沥青更优的流动性，冷补结合料中一般均含有一定量的稀释剂。由于冷补结合料技术性能特性，其强度变化也与热拌沥青混合料不同。本文结合改进型马歇尔稳定度试验方法，针对冷补沥青混合料强度指标进行研究评价，提出不同强度指标要求。

1 冷补沥青混合料强度变化规律

1)储存阶段。存储阶段的冷补沥青混合料由于未充分碾压受力，混合料颗粒间尚未紧密接触并嵌挤密实，此时内摩阻角φ较小；存储阶段冷补结合料中稀释剂尚未挥发，冷补结合料粘结强度较低，粘结力c值较小。此阶段由于粘结力c值与内摩阻角φ均未开始增长，混合料颗粒间相互作用较小，不会相互粘结成型形成强度，颗粒间彼此分离，呈疏松状态，能够长期存储而不影响后期使用。

2)摊铺压实阶段。冷补沥青混合料摊铺压实到坑槽内，在碾压外力的充分作用下，混合料颗粒间能够充分接触且嵌挤密实形成骨架，摩阻角φ值变大。由于冷补结合料中稀释剂尚未开始挥发，冷补结合料的粘结力依旧很小，粘结力c仍难以达到强度要求。相比存储阶段，摊铺压实阶段由于冷补沥青混合料颗粒间的骨架效应，已产生了一定使用强度，同时在坑槽壁侧向约束下，混合料具备了初始强度，能够有效抵抗外部车辆的垂直荷载作用。

3)使用阶段。冷补沥青混合料使用到路面坑槽内以后，在车辆荷载以及外界环境作用下，混合料粘结力c值与内摩阻角φ值均逐渐增长。经过一段时间后，基本达到稳定状态，此时冷补沥青混合料强度基本形成，能够有效抵抗车辆荷载作用。

由以上冷补沥青混合料强度变化规律可知，其强度形成与热拌沥青混合料具有显著不同。影响冷补沥青混合料强度的粘结力c值和摩阻角φ值会随着外部环境条件变化而变化，冷补沥青混合料的强度变化也呈现阶段性变化，使得冷补沥青混合料具有初始强度、成型强度及强度成型速度等三个强度参数。

2 冷补沥青混合料的分类及组成选择

2.1 冷补沥青混合料的分类

冷补沥青混合料根据使用环境温度范围，分为5 ℃～30 ℃的常温型冷补沥青混合料以及-30 ℃～5 ℃的低温型冷补沥青混合料。两种冷补沥青混合料由于冷补结合料配方组成不同，技术性能也存在一定区别，本文将分别针对两种冷补沥青混合料进行马歇尔稳定度试验研究。

2.2 冷补沥青混合料的原材料选择

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1)沥青及矿料。沥青材料及矿料的选用应符合JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范中关于基质沥青、矿料的相关技术要求。

2)冷补添加剂。冷补添加剂采用复合式改性材料，由多种有机高分子改性材料以及稀释剂复配组成。主要作用是改善原有沥青结合料技术性能，诸如通过稀释剂组分调节冷补结合料低温流动性，通过增粘改性剂组分调节冷补沥青混合料高温稳定性等。

3 冷补沥青混合料初始强度指标评价

3.1 初始强度试验方法

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中马歇尔试验方法，结合冷补沥青混合料的技术特性，采用改进型试验方法对冷补沥青混合料的初始强度进行评价。

1)常温型(5 ℃～30 ℃)冷补沥青混合料初始强度指标评价方法。

按照要求拌制一定量冷补沥青混合料，待其温度降至室温时，取900 g左右在室温下装入马歇尔试模中，然后双面各击实75次脱模进行马歇尔稳定度试验。试验结果如表1所示。

表1 常温型冷补沥青混合料马歇尔稳定度试验结果

2)低温型(-30 ℃～5 ℃)冷补沥青混合料初始强度指标评价方法。

由于低温型冷补沥青混合料的使用环境温度较低，为符合实际使用环境温度条件，对初始强度评价试验方法进行优化改进。按照要求拌制一定量冷补沥青混合料，首先将其放置于5 ℃的温控箱中6 h左右，然后取一定量成型马歇尔试件，双面各击实75次后脱模进行马歇尔稳定度试验。

试验结果如表2所示。

表2 低温型冷补沥青混合料马歇尔稳定度试验结果

3.2 初始强度试验结果分析

由以上试验结果可以看出，由于低温型冷补沥青混合料与常温型冷补沥青混合料的试验温度不同，低温环境下冷补结合料的粘结强度大于常温环境，使得低温型初始强度高于常温型。常温型冷补沥青混合料的初始强度平均可达到2.6 kN左右，而低温型可达到3.44 kN左右。现结合冷补沥青混合料在存储性、工作性等方面要求，对初始强度提出指标要求，初始强度应保证大于2.5 kN，小于3.5 kN为宜。

4 冷补沥青混合料成型强度指标评价

4.1 成型强度试验方法

成型强度试验方法根据冷补沥青混合料强度形成特点进行改进，即确保稀释剂基本挥发后且混合料得到一定程度压实成型。按照要求配置冷补沥青混合料并制作马歇尔试件，双面先各击实50次后连同试模以侧面竖立方式放置于110 ℃烘箱中48 h，模拟冷补沥青混合料摊铺到路面上后第一阶段成型过程。烘箱取出再双面各击实25次，再连同试模一起置于室温下48 h，脱模在60 ℃恒温水槽中养生30 min，模拟冷补沥青混合料摊铺到路面上后第二阶段成型过程。最后进行马歇尔稳定度试验，试验结果如表3所示。

表3 成型强度试验结果

4.2 成型强度试验结果分析

成型强度指标对于冷补沥青混合料的后期使用耐久性至关重要，现由以上试验结果可以看出，冷补沥青混合料的最终强度可以达到5 kN以上。对于冷补沥青混合料成型强度，国内做出了一定规定要求，《公路沥青路面施工技术规范》中规定冷补沥青混合料应有足够的粘聚性，其马歇尔试验稳定度宜不小于3 kN。本文根据成型强度试验结果，综合考虑冷补沥青混合料使用耐久性，成型强度应大于5 kN，以更好地抵抗车辆及外部环境因素作用。

5 冷补沥青混合料强度形成速度指标评价

5.1 强度形成速度试验方法

由冷补沥青混合料强度变化规律可知，最终使用强度形成具有时间性。低温型与高温型由于结合料中稀释剂用量不同而成型速度也不同，同时外界环境条件对于强度形成速度影响较大。为合理评价冷补沥青混合料强度形成速度指标，需根据冷补沥青混合料强度形成特性进行试验条件设定：

1)常温型冷补沥青混合料。

按照要求配置冷补沥青混合料并制作15个～20个马歇尔试件，脱模后放置于室外常温环境中，保证稀释剂能够在室外自然挥发，每隔一段时间测定试件马歇尔稳定度值。试验结果如表4所示。

表4 常温型冷补沥青混合料强度成型速度试验结果

2)低温型冷补沥青混合料。

按照要求配置冷补沥青混合料并制作15个～20个马歇尔试件，脱模后放置于5 ℃的恒温箱内，保证稀释剂能够在要求温度环境下自然挥发，每隔一段时间测定试件马歇尔稳定度值。试验结果如表5所示。

表5 低温型冷补沥青混合料强度成型速度试验结果

5.2 强度形成速度试验结果分析

由表4可以看出，常温型冷补沥青混合料由于环境温度高，稀释剂组分挥发较快，经过7 d左右时间基本可以达到成型强度要求。经过30 d左右时间混合料强度就可达到稳定值6 kN左右，最终强度能够完全满足冷补沥青混合料使用要求。由表5可以看出，低温型冷补沥青混合料由于环境温度较低，稀释剂组分挥发较慢，经过约15 d时间才能达到成型强度要求。同时最终成型强度也低于常温型冷补沥青混合料，原因是由于低温环境下稀释剂组分无法完全挥发而残留于沥青中造成的。

由以上试验结果可以看出，冷补沥青混合料其成型强度均可以达到要求的5 kN，而且强度能够较快形成，确保混合料不会在车辆荷载或外界环境因素的影响下产生二次病害。

6 结语

对溶剂型冷补沥青混合料的强度评价方法及指标进行试验研究，冷补沥青混合料不同阶段强度指标可采用改进型的马歇尔稳定度试验进行评价。研究结果表明：冷补沥青混合料的初始强度应保证不小于2.5 kN，不大于3.5 kN；成型强度应不小于5 kN，不同类型冷补沥青混合料强度速度不同，常温型在7 d后即可达到要求强度，而低温型则需要15 d左右才能达到要求强度。

[1] 刘华钧，潘先广，冯明硕．浅析热拌冷铺沥青混合料的强度形成机理[J].山西建筑，2006，32(2)：159-160.

[2] Vanessa I. Rosales-Herrera and Jorge A. Prozzi, Mixture Design Manual and Performance-Based Specifications For Cold Patching Mixtures[R].Austin: Texas Department of Transportation Research and Technology Implementation Office,2008.

[3] 延西利，何进财，金晓晴．冷补沥青混合料的技术性能及试验方法探讨[J].交通标准化，2006(9)：72-77.

[4] 胡 丹．沥青路面坑槽冷补材料研究[D].长沙：长沙理工大学硕士论文，2008.

Research on strength parameters evaluation and index of solvent cold patching asphalt mixture

Ge Weipeng1,2Han Weiwei3

(1.CCCCFirstHighwaySurveyandDesignInstituteLimitedCompany,Xi’an710075,China; 2.ShaanxiRoadTrafficDisaterPreventionandMitigationKeyLaboratory,Xi’an710075,China; 3.Xi’anHighwayResearchInstitute,Xi’an710065,China)

Analysis of material strength variation of cold patch asphalt mixture based on the experimental research carried out from the aspects of cold patching mixture initial strength, strength and strength of molding forming speed, discusses the assessment methods and indexes of cold patch material strength parameters of asphalt mixture. By setting up the improved Marshall test method under different test conditions, and combining with the performance requirements of cold patching asphalt mixture, puts forward the strength index suitable for cold patching asphalt mixture.

cold patch asphalt mixture， strength parameter， evaluating indicator, Marshall test

1009-6825(2017)09-0103-02

2017-01-06

盖卫鹏(1984- ),男,硕士,工程师; 韩微微(1984- )，女，工程师

TU535

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