湿热地区沥青路面坑槽冷补料性能测试与分析

范 倩，李善强，许新权，张国民

(1.广东华路交通科技有限公司，广州 510420；2.广东交科技术研发有限公司，广州 510550)

0 引言

随着出行需求的逐渐增长，沥青路面经受行车荷载和雨水的双重作用，路面骨料易发生局部脱落并形成坑槽，缩短了道路使用寿命，影响了行车的安全性和舒适性[1-2]。为了减小对交通的干扰，及时、快速、经济地进行坑槽修补作业成为大势所趋。由于具有施工快速、节能、环保等优点，且施工过程不受环境限制，坑槽冷补料在道路工程领域得到了广泛应用[3-5]。《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)、《沥青路面坑槽冷补成品料》(JT/T 972-2015)等相关标准、规范先后对其测试指标、试验方法和技术要求进行了规定[6-7]，但两者对相关指标的要求不尽相同，这就给冷补料性能评价方法的选取造成了一定的不便。此外，为保证低温施工和易性，坑槽冷补料中掺配有稀释剂(汽油、柴油或其他易挥发性材料),坑槽修补作业完成后，冷补料的强度随着稀释剂的逐渐挥发而逐渐增强,但目前关于冷补料的稳定度随龄期增长变化情况的试验研究较少，对其变化特点的描述不明确。

坑槽冷补料主要由集料、乳化沥青、稀释剂、添加剂等在一定条件下充分拌和均匀后形成[9-10]，坑槽冷补料成品一般采用袋装或桶装密封保存，主要应用于坑槽的常温修补。不同于一般的热拌沥青混合料，坑槽冷补料不仅需具有优良的水稳定性、高温稳定性、黏附性等，还需具有良好的粘聚性和低温操作和易性[11]。基于此，本文对LB-10型坑槽冷补料进行试验研究，并对不同龄期的冷补料试件进行稳定度测试与分析。

1 冷补料的路用性能测试

1.1 水稳定性

采用冷补料修补的沥青路面在雨季或其他潮湿环境下，需要承受车辆荷载和水环境的双重作用。为防止冷补料出现剥落、掉粒或松散病害的发生，冷补料本身需要具备良好的抗水损害能力。《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)主要采用浸水残留稳定度和劈裂抗拉强度比进行沥青混合料抗水损害能力的评价，但对冷补料未作要求；《沥青路面坑槽冷补成品料》(JT/T 972-2015)要求冷补料在25℃的残留稳定度≥85%，与《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中热拌沥青混合料试验温度60℃的要求不一致。

由于《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)和《沥青路面坑槽冷补成品料》(JT/T 972-2015)对试件的成型方式要求不一致，综合考虑，本研究采用马歇尔击实法成型三组试件。具体成型方式为：常温下双面击实m次，连同试模置于110℃烘箱中养生24h，取出后在高温下立即双面击实n次。其中，第一组试件常温击实次数m=25，高温击实次数n=25；第二组试件常温击实次数m=50，高温击实次数n=25；第三组试件常温击实次数m=50，高温击实次数n=50。

本研究采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行LB-10型坑槽冷补料的抗水损害能力测试，并根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)关于热拌改性沥青混合料的标准进行冷补料水稳定性的评价。LB-10型坑槽冷补料浸水马歇尔试验温度设定为60℃，恒温养生时间为1h和48h；冻融劈裂试验温度为25℃，加载速度为50mm/min。试验结果见表1。

表1 LB-10型坑槽冷补料水稳定性试验结果

由表1可见：

(1)采用常温击实50次、高温击实50次方式成型的LB-10型坑槽冷补料，残留稳定度和劈裂抗拉强度指标能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)关于热拌改性沥青混合料的规定：残留稳定度≥85%、劈裂抗拉强度比≥80%。

(2)随着击实次数的增加，冷补料水稳定性有所提高，且高温击实效果比常温击实效果显著。在高温击实次数为25次时，常温击实次数由25次增加到50次，冷补料残留稳定度提高了2.4%、劈裂强度提高了2.1%；在常温击实次数为50次时，高温击实次数由25次增加到50次，冷补料残留稳定度提高了16.1%、劈裂强度提高了12.4%。

1.2 冷补料高温稳定性

沥青路面长期暴露于阳光照射下，南方高温地区的路表温度常可高达60℃～80℃。而坑槽冷补料属于黏弹性材料，作为沥青路面的表层修补材料时，便需要承受高温和重载交通的双重作用。为防止推移、拥包、车辙类病害的发生，冷补料本身需要具备良好的高温稳定性，但现行规范并未对冷补料的抗高温性能作出规定。

本试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规定的车辙试验方法，将冷补料装入车辙板成型试模并在常温下碾压20次，放入110℃烘箱中养生24h后继续碾压5次，成型车辙试件并进行60℃车辙试验。测试结果见表2。

表2 LB-10型坑槽冷补料高温稳定性试验结果

由表2可见：

采用常温碾压20次、高温碾压5次的方式成型的LB-10型坑槽冷补料的动稳定度能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)关于热拌改性沥青混合料的规定：动稳定度≥2 800次/mm。

2 冷补料的黏聚性与黏附性测试

2.1 黏聚性

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定，冷补料粘聚性试验是将800g冷补材料装入马歇尔试模中，放入4℃恒温室中2～3h，取出后双面各击实5次，制作试件，脱模后放在标准筛上，将其直立并使试件沿筛框来回滚动20次，破损率不得大于40%。然而，实际操作过程中存在一些问题:一方面，4℃恒温条件下，冷补料中稀释剂的挥发会导致测试结果存在较大的差异；另一方面，试件放标准筛上，将其直立并使试件沿筛框来回滚动20次，标准筛尺寸并未给出详细的说明，且试验过程受人为影响较大。经分析，将800g冷补材料装入马歇尔试模中，用塑料袋密封，放入4℃恒温室中2～3h，取出后双面各击实5次，制作试件，随后采用两种方法进行黏聚性试验。测试结果见表3。

表3 LB-10型坑槽冷补料黏聚性试验结果

方法一：试件脱模并称重后，放在标准筛上(筛孔：26.5mm)，盖上筛盖，将其直立并使试件沿筛框来回滚动20次，清除表面松散掉落的颗粒，立即测试破损率。

方法二：试件脱模并称重后，采用改进的肯塔堡飞散试验机中间格，根据《公路工程沥青与沥青混合料试验规范》(JTG E20-2011)中T0733-2011沥青混合料肯塔堡飞散试验方法，立即进行试验。

由表3可见：

两种方法测得的冷补料损失率均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定的破损率≤40%的要求。其中，方法二的试验条件更苛刻，测得的损失率更大。综合考虑试验的可操作性，减少人为误差，建议采用改进的肯塔堡飞散试验机进行冷补料黏聚性测试。

2.2 黏附性

沥青与集料的黏附性主要表现为在水环境条件下的冷补料的抗水剥落性能，直接影响到冷补料的应用效果。目前，主要采用两种方法进行冷补料抗水剥落性能的测试，即《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定的水浸法和《沥青路面坑槽冷补成品料》(JT/T 972-2015)规定的水煮搅拌法。其中，水煮搅拌法是将冷补料放在沸水中，持续加热搅拌3min；水浸法是将包裹沥青的集料在80℃恒温水槽中静置30min，通过目测评定沥青与集料的黏附等级。相比水浸法，水煮搅拌法的试验条件更严苛、试验所需时间更短。本文采取水煮搅拌法进行冷补料的沥青与集料黏附性测试，测试结果如图1所示。

图1 LB-10型冷补料黏附性试验结果

由图1可见，LB-10型冷补料表面的沥青结合料几乎没有发生剥离，符合《沥青路面坑槽冷补成品料》(JT/T 972-2015)关于沥青与集料的黏附性等级不小于5级的技术要求。

3 冷补料的低温操作和易性测试

冷补料主要用于沥青路面坑槽的常温修补，因此其在施工温度下应具有良好的操作和易性。本文采用两种方法对LB-10型冷补料进行操作和易性测试，即《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定的低温拌和和易性试验和《沥青路面坑槽冷补成品料》(JT/T 972-2015)规定的贯入强度试验。

3.1 低温拌和和易性

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定，冷补料应在松散状态下经-10℃的冰箱保持24h无明显的凝聚结块现象，且能用铁铲方便地拌和操作。但是，冰箱中水汽的存在以及冷补料中稀释剂的挥发，均会对测试结果产生影响；同时，-10℃冰箱中保持24h过程，混合料质量、盛放容器未详细说明；是否需要将试样连同测试盒一同装入塑料袋密封，以防止分散剂挥发导致试样凝固。

本试验取1 000g冷补料以松散状态放置于金属容器中，用塑料袋密封后，松散状态下分别经-10℃、10℃、20℃的环境保持24h，判断其结团及拌合难易的情况。试验结果见表4。

3.2 贯入强度

《沥青路面坑槽冷补成品料》(JT/T 972-2015)规定，冷补料贯入强度测试时，将冷补料放入测试盒中装满，注意松散放入，勿压实；置于4℃的冰箱中保温3h以上；将贯入头匀速插入测试盒侧壁的小孔中，贯入过程持续时间为3～5s，记录贯入仪上的读数；取3个试件的平均值记为该冷补料的贯入强度。但是，怎样算是松散装入?建议采用漏斗装料，并使之自由下落装满测试盒；4℃恒温3h以上的过程，是否需要将试样连同测试盒一同装入塑料袋密封，以防分散剂挥发导致试样凝固。

基于上述分析，本试验过程为：将冷补料充分打散后放入测试盒中装满，注意松散放入，勿压实；装入塑料袋密封，置于4℃(或者10℃、20℃)环境中保温3h以上；将贯入头匀速插入测试盒侧壁的小孔中，贯入过程持续时间为3～5s，记录贯入仪上的读数。试验结果见表5。

表5 LB-10型坑槽冷补料贯入强度试验结果

由表4和表5可见：

在密封条件较好的情况下，温度越高，LB-10型冷补料的低温操作和易性越好。低温拌和和易性试验结果表明，冷补料在10℃及以上环境下能保持较好的拌和和易性；贯入强度试验结果表明，冷补料在4℃～20℃环境下的操作和易性相当。

4 冷补料稳定度随龄期的变化特点

为明确冷补料的稳定度随龄期的变化特点，采用室温下成型沥青混合料马歇尔试件，脱模后立即编号并称取各试件的质量，在室温下放置0.5h、2h、4h、8h、24h、48h、576h后分批进行稳定度测试，同时测试各时刻的试件质量损失。其中，质量损失即为稀释剂的散失质量。

由于冷补料的修补是发生在已通车道路上，外界环境较为复杂，不可能对冷补料反复进行加温处理，只能常温击实。本试验为更好地模拟冷补料修补坑槽的过程，冷补料采用常温双面各击实75次的方式成型马歇尔试件，试验温度为60℃。

经分析，冷补料稳定度、质量损失随时间的变化情况符合指数函数模型，采用指数函数拟合得到的变化曲线如图2～图3所示。冷补料稳定度与质量损失之间呈现正相关关系，如图4所示。

图2 冷补料稳定度随时间变化曲线

图3 冷补料质量损失随时间变化曲线

图4 冷补料稳定度与质量损失的关系

由图2～图4可见：

(1)冷补料稳定度、质量损失与时间的关系符合指数函数模型，拟合度达0.92以上。即随着龄期的增长，冷补料试件的稳定度、质量损失值均逐渐增大，且增大速率逐渐变缓。

(2)冷补料稳定度与质量损失之间呈现显著的正相关关系，线性相关系数可达0.96以上。即随着冷补料质量损失值的增加，试件的稳定度逐渐增大，说明随着稀释剂的散失，冷补料的强度呈线性提高。其中，每散失1g稀释剂，冷补料的强度提高约1.92kN。

(3)室内试验结果表明，冷补料试件成型初期的稳定度增长较迅速，随着龄期的不断增长，稳定度仍不断提高，提高速度逐渐变缓。但是，实际路面受风速、行车等外界因素的影响，稀释剂散失速度更快，稳定度增大速率也会相应增大。

5 结论

(1)采用常温击实50次、高温击实50次方式成型的LB-10型坑槽冷补料的水稳定性满足热拌改性沥青混合料的技术要求，增加高温击实次数的冷补料水稳定性提高效果比常温击实显著；采用常温碾压20次、高温碾压5次方式成型的LB-10型坑槽冷补料的高温性能满足热拌改性沥青混合料的技术要求。

(2)综合考虑试验的可操作性，减少人为误差，建议采用改进的肯塔堡飞散试验机进行冷补料黏聚性测试；LB-10型坑槽冷补料在10℃及以上环境下能保持较好的拌和和易性，且4℃～20℃环境下的操作和易性相当。

(3)冷补料稳定度、质量损失与时间的关系符合指数函数模型，即随着成型时间的增长，冷补料试件的稳定度、质量损失值均逐渐增大，且增大速率逐渐变缓。

(4)冷补料稳定度与质量损失之间呈现显著的正相关关系，即随着稀释剂的散失，冷补料的稳定度呈线性提高。