沥青路面冷补技术研究进展

禤炜安 熊剑平 陈杰

摘要：为促进沥青路面绿色养护技术的发展，文章以沥青路面冷补技术为研究重点，依托大数据库，对国内外冷补技术的研究状况进行了调研分析，阐述了冷补技术的研究趋势及方向，总结了冷补料的种类及其应用状况，研究了冷补料目前的试验与评价方法及其关键性能指标的技术水平，为沥青冷补技术的进一步深化研究提供技术支撑。

关键词：冷补技术;初始强度;路用性能;沥青路面;道路工程

0 引言

冷补料是沥青路面养护工程中的重要技术之一，由于冷补沥青混合料克服了热拌混合料在生产和施工过程中对温度的限制，在常温环境下能够完成混合料的拌和、摊铺、碾压成型等各个环节的操作，对生产设备要求较低，具有绿色节能、施工便捷、改善施工条件、适于各种气候等突出的优点，而且修补质量较好，可快速开放交通，及时缓解城市交通压力，是一种可持续发展的路面建筑技术。国外道路工作者对其的研究已有100余年的历史，而国内的研究相对较晚，仅有30年左右。近几年来，通过借鉴国外的研究成果以及成功案例，国内相关部门先后研制出多种常温沥青混合料，在工程实践中得到了成功应用，取得了显著的经济与社会效益，并积累了大量的实际经验。但是由于一些关键性技术问题未能取得突破，特别是添加剂和有机稀释剂的研制没有取得更大的进展，混合料的性能得不到良好的保障，冷补沥青混合料在我国的推广仍不尽人意。

本文以SCI-HUB、Sciencedirect、中国知网、谷粉学术等大数据库为基础，统计分析国内外沥青路面冷补技术的研究方向及相关技术成果，旨在总结归纳沥青路面冷补技术的研究成果以及当前存在的主要问题，为冷补技术的进一步深入研究提供依据。

1 检索数据统计分析

1.1 冷补技术不同年份的成果统计

在各大数据库中，以“冷补”“沥青”为关键词进行篇名检索，可以发现沥青路面冷补技术的相关论文共200余篇，不同年份分布如下页图1所示。

由图1可以看出，2000年之后，冷补技术相关研究成果快速增长，2013年达到巅峰。近几年仍处于相对高的水平。这表明近10年来国内众多道路工作者开展了冷补技术方向的研究工作，与时下大力倡导绿色低碳的国家发展战略也是相符的。

1.2 冷补技术不同方向的成果统计

以这200篇学术论文为基础，以冷补技术的不同研究方向进行分类统计，结果如图2所示。

由图2可以看出，对冷补沥青混合料的初始强度方面的研究最多，和易性、施工工艺、水稳性能等也是冷补技术重要的研究热点。从众多实践经验以及笔者的研究来看，由于目前普遍使用的乳化类和溶剂类冷补料均需经历冷补液蒸发后方可形成强度的过程，而此过程正是冷补技术亟须攻克的技术难题。

2 冷补料的种类及产品

当前工程上应用的冷补料种类主要有溶剂类、乳化类和反应类三大类。溶剂类是冷补料应用最为广泛的类别，依赖有机溶剂将沥青稀释，降低沥青粘稠度，使其处于液体状态，但强度形成过程中也需溶剂蒸发后方可形成强度。乳化類依赖于乳化沥青材料性能，普通乳化沥青较为容易制备，但路用性能不佳;改性乳化沥青在制备上仍有一些技术难题需要解决，成品改性沥青难以乳化，乳化后再改性则存在储存稳定性不足的问题。但总的来说，乳化类在冷补料应用中仍占有一定份额。反应类冷补料需要两个或两个以上组分在现场拌制形成具有一定流动度的冷补料，之后不同组分发生交联固化反应，形成半固体的沥青胶结料，但由于配制这种类型冷补混合料成本较高，至今尚未得到大规模应用。而在市场上，一些公司已制备出可投入使用的冷补料，根据调研结果，如表1所示。

3 冷补料试验及评价方法研究状况

目前冷补技术方面尚未有统一完整的规范，针对冷补沥青混合料的试验方法，在《沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中，有提及冷补料马歇尔稳定度和粘聚性的试验方法，给出了马歇尔稳定度≥3 kN的技术要求，以及耐水性和施工和易性的要求，而针对初始马歇尔稳定度、车辙动稳定度、残留稳定度等重要技术指标，其试验方法未有提及。

针对这一情况，诸多道路研究工作者都结合沥青冷补料的材料特性和研究成果，提出了冷补料性能检测的试验方法。相较于热拌沥青混合料，冷补料性能检测基本思路主要是在试验过程中增加一个养生的时间间隔，用于模拟实际水分或溶剂蒸发的时间。如高温车辙动稳定度试验，主要是试件成型方法与热拌沥青混合料的存在差异，目前研究者们的试验方法为：将混合料装入车辙试模中，启动碾压仪，在25 ℃条件下将试件先在1个方向碾压a个往返，之后将试件在b ℃的恒温箱中（顶部带通气孔）连续养生c h，之后将试件在与第一次不同的方向碾压d个往返，将碾压完毕后的车辙试件在25 ℃的条件下连续养生e d。不同研究者的差异主要表现在a、b、c、d、e五个参数的推荐值不一样，部分统计如表2所示。

由表2可以看出，不同研究者对冷补料性能测试采用了大体类似但具体参数不一样的试验方法。为得到统一的试验方法，还需针对不同的冷补料样品开展大量试验研究，根据试验结果推荐具有规范性和可操作性的试验方法，并给出合理的控制指标。

4 冷补料性能参数研究状况

以参考文献中列出的20篇学术论文为研究对象，统计分析不同学术论文中冷补料的力学强度、高温性能、水稳性能的研究数据和成果（有的论文可能仅研究了其中的部分性能参数，因此统计的数据少于20个），用以评价现有沥青冷补技术的状况，为凝练沥青冷补技术性能参数的未来研究方向提供依据。

4.1 冷补料力学强度研究

力学强度是冷补料关键的技术指标，在试验研究中，通常以马歇尔稳定度表征沥青混合料的力学强度性能。初始强度的大小直接影响了开放交通的时间，成型强度则反映其承载交通荷载的能力，与高温车辙动稳定度呈正比的相关关系。由上述检索资料可以看出，初始强度性能是冷补料的主要的研究方向，大多数的文献均对冷补料初始强度开展了研究。根据统计，现有文献不同冷补料的初始强度分布如图3所示。

可以看出，现有研究中，冷补料初始强度大部分均<3 kN，部分材料通过改性提高了冷补料的初始强度，最高值达6.29 kN。总的来说，冷补料初始强度仍然未形成较为成熟的技术，需要进一步深入研究与开发，普遍提高不同类型、不同级配的初始强度，以达到有效控制路面开放交通时间。

冷补料成型强度主要反映材料的结构强度，也是路面材料的重要指标，现有研究冷补料的成型强度统计如图4所示。

可以看出，现有研究的冷补料成型强度均已满足≥3 kN的要求，但不同研究中冷补料的成型强度变异性很大，马歇尔稳定度值变化范围为3.31～17.22 kN。

4.2 冷补料高温性能研究

高温性能是沥青路面材料的重要性能，随着当前重载交通以及夏季极端高温的情况不断出现，也对冷补料的高温性能提出了极大的挑战。现有研究中，冷补料的高温性能统计如图5所示。

由图5可以看出，不同研究中，冷補料的高温动稳定度同样差异性很大，动稳定度变化范围为191～6 688次/mm，相差35倍。反映不同冷补料的高温性能差异性极大，也反映了目前对冷补料的技术掌握不成熟，核心技术仅被部分道路工作者掌握。因此，有必要加强对冷补料的研究与开发，形成可推广的成熟技术，为冷补技术的工程应用提供技术支撑。

4.3 冷补料水稳性能研究

水稳定性也是冷补料研究的主要方向之一，由于冷补料材料性能的特殊性，在制备冷补沥青时一般加入了水或有机溶剂，使沥青处于可流动的状态。而在冷补料强度形成过程中，水分或溶剂需蒸发掉，使沥青恢复半流体状态。根据相似相容原理，在水条件下，若冷补料中的水分或溶剂未能及时蒸发，将极大影响冷补料的水稳性能。根据目前的研究成果，现有冷补料的水稳性能统计如图6所示。

现行规范《沥青路面坑槽冷补成品料》（JTT972-2015）对冷补料的残留稳定度要求≥85%。由统计数据可以看出，76.9%的现有研究成果均不满足此要求，表明冷补料的水稳性能仍需进一步提高。

5 结语

随着绿色发展战略的深化实施，沥青路面冷补技术无疑将是未来重要的发展方向。尽管已有了部分研究成果与应用实践，但仍有以下问题需要进一步解决：

（1）沥青冷补料产品类型多，质量差异大，如何实现材料的高性能化是冷补技术进一步推广应用的基础。

（2）冷补沥青混合料系统性研究不足，针对不同使用区域、不同交通量、不同结构层等细化研究尚需进一步深入，对于评价冷补沥青混合料路用性能的方法及指标并没有提出相应的规范。

（3）目前冷补料的关键性能技术参数参差不齐，缺乏质量稳定与技术可靠的冷补料，力学强度、高温性能、水稳性能等关键路用性能是冷补料未来重点提升与突破的性能指标。

参考文献：

[1]Zhang，Zhengqi，Wang，et al.Properties of new cold patch asphalt liquid and mixture modified with waterborne epoxy resin[J].International Journal of Pavement Engineering，Published online：02 Jan 2019.

[2]Jiawei Yuan，Qiao Dong，Tianjie Zhang，et al.Design and Performance Evaluation of Cement Enhanced Cold Patch Asphalt Mixture[J].Transportation Geotechnics and Pavement Engineering，04 May 2018：463-470.

[3]Banerjeel A.，ASCE A.M.Characterizing Stability of Asphalt Emulsions Using Electrokinetic Techniques[J].Journal of Materials in Civil Engineering，2013，25（1）：78-85.

[4]Khadivar A.，Rheological characteristics of SBR and NR polymer modified bitumen emulsions at average pavement temperratures [J].Construction &Building Materials，2013，47（5）：1 099-1 105.

[5]高 仲，田 小，罗志宝.一种新型冷补沥青混合料的路用性能研究[J].内蒙古公路与运输，2019（3）：44-47，58.

[6]徐 文，汪美慧，罗 蓉，等.冷补沥青的材料设计及其混合料性能研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2018，42（6）：1 049-1 054.

[7]邓吉升.冷补沥青混合料路用性能评价及其影响因素分析[D].重庆：重庆交通大学，2018.

[8]王火明.沥青路面坑槽冷补料的研究现状与最新进展[J].筑路机械与施工机械化，2018，35（5）：28-32.

[9]陈伟盛，秦靖闰，刘 刚，等.沥青冷补液的高低温性能研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2018，42（1）：93-96.

[10]李 青.冷补沥青混合料配合比设计方法研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2017.

[11]裴飞鹏，田春玲，董元帅.溶剂型冷补料路用性能研究[J].公路交通科技（应用技术版），2017，13（5）：72-73.

[12]顾 成.冷补沥青混合料的结构特性及试验评价[D].南京：东南大学，2017.

[13]冯小含.冷补沥青的制备及其路面性能研究[D].南京：东南大学，2017.

[14]孙好好.干线公路快速耐久型沥青路面坑槽冷修补材料研究[D].西安：西安建筑科技大学，2017.

[15]张争奇，许 铖，成高立，等.溶剂型冷补沥青液研制及其沥青混合料路用性能研究[J].铁道科学与工程学报，2016，13（9）：1 728-1 736.

[16]张耀东.沥青路面坑槽快速冷补液修补法研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2016.

[17]王佳旭.冷补沥青混合料设计及其耐久性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.

[18]邢雪婷.冷补沥青混合料的制备及其性能研究[D].南京：东南大学，2016.

[19]唐樊龙.集料的物理特性对乳化沥青破乳速度影响研究[D].重庆：重庆交通大学，2016.

[20]崔 雷.冷补沥青混合料研究[D].西安：长安大学，2006.