树脂型沥青冷补料制备及性能研究

裴 强

（山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032）

在公路建设事业蓬勃发展的今天，交通量的不断增长、轴载的提升，给沥青路面带来明显的损坏，特别是松散、坑槽、龟裂等早期损坏，这将严重影响到路面的使用寿命和交通安全。现阶段公路养护中的坑槽病害修补仍多采用热补法，但热补法对温度、设备、人员等条件要求高，导致许多坑槽病害不能得到及时修补而愈发严重；而传统的溶剂型冷补料虽能在低温下完成修补，但成型后强度低，黏聚性差，极易发生二次损坏，耐久性差，这在一定程度上限制了冷补料的推广应用[1]。

针对溶剂型冷补料现有问题，课题组开发出一种树脂型沥青冷补料，其采用不饱和聚酯树脂、引发剂、促进剂等多种改性剂与沥青共混而成，进而提升冷补料的成型强度和耐久性。本文考察了树脂型沥青冷补料的各项技术性能，并与普通溶剂型冷补料作对比，为树脂型沥青冷补料的推广应用奠定一定的理论基础。

1 树脂型沥青冷补料制备

1.1 主要原材料

表1 主要原材料

1.2 级配

根据《公路沥青路面施工技术规范》中关于LB-10冷拌沥青混合料的级配范围，对各档集料进行筛分及合成级配的曲线拟合，最终合成级配符合LB-10的级配范围，级配曲线如图1所示。

图1 级配曲线图

1.3 树脂型沥青冷补料制备方法

树脂型沥青冷补料由特制冷补液与集料按一定比例及条件拌合而成。其中特制冷补液的制备方法是将沥青加热至90℃～110℃，搅拌过程中加入稀释剂，再降温至50℃～60℃，最后加入不饱和聚酯树脂、引发剂和促进剂。

2 路用性能研究

考察树脂型沥青冷补料的工作和易性、强度、稳定性、水稳定性等方面的各项技术性能，并与进口溶剂型冷补料、国产溶剂型冷补料作对比[2]。

2.1 黏附性等级

黏附性等级试验具体操作方法按照《沥青路面坑槽冷补成品料》JT/T 972—2015相关要求实施，评定等级方法按JTG E20—2011表T0616-1要求目测[3]。

黏附性试验结果如表2所示，树脂型沥青冷补料黏附性与进口溶剂型冷补料相当，好于国产溶剂型冷补料。树脂型沥青冷补料表面的沥青膜完全保存，浸泡水溶液上无沥青漂浮，剥离面积基本为0，评定其黏附性等级为5级。这可能是由于树脂的交联固化进一步增强了沥青与集料的黏结，赋予体系一定的热固属性，增强了抗水侵蚀的能力。

表2 黏附性等级结果

2.2 贯入强度

贯入强度主要是表征冷补料的低温工作性，即低温施工过程中冷补料摊铺、碾压的难易程度。其值过大表明不易摊铺碾压，太小可能导致初始强度不足[4]。贯入强度试验采用贯入测试仪，按照《沥青路面坑槽冷补成品料》JT/T 972—2015中相关要求进行。

为保证冷补料在整个使用过程中的和易性、工作性，其贯入强度需保持在0.5～4 kg/cm2之间为宜。通过测试，3种冷补料的贯入强度均保持在 2.0～3.6 kg/cm2之间，具备优异的低温和易性。

2.3 黏聚性

黏聚性表征沥青材料在外力作用下自身产生相对位移时抵抗变形的能力，用于冷补料颗粒之间相互黏结性能、低温环境下不松散的特性度量。试验按照《公路沥青路面施工技术规范》中黏聚性试验方法进行，试件破损率应小于40%[5]。测试结果如表3所示。

表3 黏聚性试验结果

测试结果显示，3种冷补料损失率均远低于40%，满足技术要求。其中自制树脂型沥青冷补料损失率最小，仅为1.7%，而国产溶剂型冷补料损失率较为明显，数值达到14.6%，表明树脂的加入可改善集料之间的黏结性能，保证冷补料低温环境下不松散。

2.4 成型强度

冷补料经摊铺碾压后，形成的初始成型强度一般均偏低，需在开放交通之前达到抵抗车辆碾压变形的效果，避免道路坑槽修补完成后，因初期成型强度不足而发生二次病害。而随着稀释剂的不断挥发，交通载荷不断碾压，沥青膜与石料的黏结性和密实性越来越好，沥青混合料的强度逐渐提高，一般在3个月内达到最终成型强度。

初始成型强度测试方法为：称取一定质量的冷补料室温下放入马歇尔试模中，双面各击实75次，制作成高度63.5±1.3 mm的标准马歇尔试件，侧立放置1 h后脱模并测定的马歇尔稳定度即为初始成型强度；最终成型强度测试方法按照《沥青路面坑槽冷补成品料》中稳定度试验方法进行测试。测试结果见表4、图2。

图2 不同类型冷补料的成型强度

表4 不同类型冷补料的成型强度 kN

由表4、图2可知，溶剂型冷补料在路面修补施工完成初期，由于大部分稀释剂未挥发，冷补料内部起黏结作用的沥青对于集料的黏聚能力非常有限，初始成型强度主要为集料之间的相互嵌挤力与坑槽周边的侧向约束力之和，因而初始强度较低。自主开发的树脂型冷补料为一种反应型冷补料，树脂在体系中可发生交联固化，强度较溶剂型产品有很快的提高，初始强度优势明显，可显著缩短交通封闭时间。

随着冷补料中稀释剂的不断挥发，沥青与集料的黏聚力、沥青体系的黏聚力获得较大提升，冷补料逐步达到最终成型强度，树脂型沥青冷补料此阶段固化反应完全，其最终成型强度约为溶剂型冷补料的1.5倍，可达到热拌沥青混合料的效果，可保证修补路面的耐久性。

2.5 高温稳定性

采用车辙试验评价冷补料的高温稳定性，考察其在交通荷载作用下抵抗车辙、推移、拥包等永久变形的能力，试验控制温度为40℃。每种冷补料的车辙试件制备5组，分别在室内通风处静置养生3 d、10 d、30 d、60 d和90 d后测其动稳定度[6]。试验结果如表5、图3所示。

表5 冷补料不同养护时间的动稳定度 次/mm

由表5、图3可知，3种冷补料的动稳定度均随养护时间的延长而增大，树脂型沥青冷补料动稳定度明显高于溶剂型冷补料。溶剂型冷补料强度形成依靠单纯的溶剂挥发，动稳定度呈缓慢线性增长，达到最大值需60 d左右。树脂型产品由于存在固化反应，强度增长迅速，养护时间3 d可达到最大值的65%，10 d左右就可达到最大值，有利于开放交通后抵抗车辆荷载的剪切应力，防止产生二次坑槽。

图3 冷补料不同养护时间的动稳定度

2.6 水稳定性

冷补料在路面水和交通荷载的作用下，易产生胶结料与集料黏附性降低，进而引起路面集料剥落、二次损坏，因而对冷补料的水稳定性进行评价是非常必要的。

根据规范的要求，该项目选用混合料的残留稳定度作为冷补料水稳定性的评价指标。具体方法按照《沥青路面坑槽冷补成品料》中残留稳定度试验相关要求实施。试验结果见表6。

表6 冷补料的残留稳定度测试结果

由表6可见，3种冷补料残留稳定度都高于85%，满足规范的要求。相同试验条件下，自主研发的树脂型沥青冷补料的残留稳定度最高，数值达到93.7%，与前述试验结果一致，该冷补料受水浸润影响较小，说明树脂材料发生固化交联，并与沥青在集料表面形成高效膜结构，从而更加有效地阻止水损害[7]。

3 结语

自制的树脂型沥青冷补料各项性能优异，指标满足《沥青路面坑槽冷补成品料》JT/T 972—2015的技术要求，与国内外溶剂型冷补料相比，具有初始成型强度高、强度增长快、耐水损能力强等优势，可有效减少二次坑槽病害发生的几率，经济社会效益显著。