林森林

(遼寧大通公路工程有限公司 沈陽(yáng)市 110000)

0 引言

在道路養(yǎng)護(hù)中，路面坑槽修補(bǔ)可分為熱補(bǔ)法和冷補(bǔ)法，冷補(bǔ)法有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在常溫或低溫下進(jìn)行修補(bǔ)的冷補(bǔ)料具有施工方便快捷、不封閉交通、環(huán)境污染小、受氣候條件限制小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣泛。前蘇聯(lián)、美國(guó)在20世紀(jì)30～40年代便開(kāi)始冷補(bǔ)瀝青混合料的研究與應(yīng)用，隨后日本、歐洲也相繼對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料進(jìn)行了研究。國(guó)外使用的瀝青結(jié)合料主要是乳化瀝青，為了滿(mǎn)足快速開(kāi)放道路交通的要求，如何控制破乳時(shí)間成為關(guān)鍵技術(shù)難題之一。目前，該技術(shù)多為國(guó)外生產(chǎn)廠(chǎng)商的專(zhuān)利技術(shù)，價(jià)格非常昂貴。我國(guó)對(duì)冷補(bǔ)瀝青的研究起步較晚，大量關(guān)于冷補(bǔ)瀝青的研究和應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代，但近十多年來(lái)相關(guān)材料的研究受到越來(lái)越多科研機(jī)構(gòu)及學(xué)者的重視。已有研究多使用稀釋瀝青制備高性能冷補(bǔ)料，同時(shí)針對(duì)冷補(bǔ)料的制備技術(shù)、性能評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用注意事項(xiàng)進(jìn)行了探究與總結(jié)。

工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)目前常用的冷補(bǔ)瀝青材料在常溫下施工時(shí)性能尚可達(dá)到要求，但在冬季寒冷氣候條件下使用則存在材料結(jié)塊、和易性差、不易攤鋪碾壓、材料松散、不易形成整體強(qiáng)度以及使用壽命較短等諸多問(wèn)題。因此，針對(duì)寒區(qū)瀝青路面，研究開(kāi)發(fā)具有優(yōu)越性能的冷補(bǔ)瀝青混合料具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

從原材料選擇、添加劑調(diào)配、配合比設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝等方面著手制備高性能冷補(bǔ)瀝青混合料，研究冷補(bǔ)瀝青混合料的施工工藝，以提出適合寒區(qū)瀝青路面使用的冷補(bǔ)瀝青混合料。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 瀝青

采用90號(hào)A級(jí)石油瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 90號(hào)A級(jí)石油瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 稀釋劑

基于冷補(bǔ)瀝青混合料特殊的路用性能要求，需要加入一定量的稀釋劑，使瀝青粘度降低，保證拌和后冷補(bǔ)瀝青混合料在低溫下不凝結(jié)。稀釋劑可采用極性與瀝青相似的汽油、煤油或柴油。由于冷補(bǔ)瀝青混合料一般需儲(chǔ)存很長(zhǎng)時(shí)間，一般選用揮發(fā)慢的柴油。

柴油一般分為10號(hào)、5號(hào)、0號(hào)、-10號(hào)、-20號(hào)、-35號(hào)、-50號(hào)等型號(hào)，不同型號(hào)柴油的凝固點(diǎn)不同，適用溫度見(jiàn)表2。依托工程所在地的最低溫度為-29℃，且-35號(hào)柴油作為稀釋劑，適合于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在-29°C以上的地區(qū)使用，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，選擇-35號(hào)柴油作為稀釋劑。

表2 各標(biāo)號(hào)柴油適用溫度

1.3 添加劑

冷補(bǔ)瀝青添加劑主要由脂肪酸及脂肪族多胺組成，它不僅能夠提高骨料界面的潤(rùn)濕程度，還有效增加骨料和瀝青之間的粘附力，提高瀝青低溫流動(dòng)性能。瀝青在使用冷補(bǔ)添加劑之后，會(huì)在石料表面形成一種膠體結(jié)構(gòu)，增加粘結(jié)層的厚度，減少混合物中的溶劑流失，提高混合物的抗壓能力。本文選用美國(guó)“科寧”牌冷補(bǔ)瀝青添加劑。

1.4 骨料及級(jí)配

由于堿性骨料較酸性骨料與瀝青粘附性更好，且石灰?guī)r在東北地區(qū)分布較廣泛，故采用石灰?guī)r作為骨料。冷補(bǔ)瀝青混合料分為細(xì)粒式(LB-10、LB-13)、中粒式(LB-16)和粗粒式(LB-19)。

粗集料采用碎石，抗滑表層的石灰石石料滿(mǎn)足表3的技術(shù)要求。粗集料應(yīng)潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)有害雜質(zhì)，且具有一定硬度和強(qiáng)度，具有良好的顆粒形狀。

表3 抗滑表層的石灰石堿性石料技術(shù)指標(biāo)

細(xì)集料采用人工砂，應(yīng)潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)有害雜質(zhì)，有適當(dāng)?shù)念w粒組成，并與改性瀝青具有良好的粘附性，視密度不小于2.5t/m3。

礦粉應(yīng)由石灰?guī)r中的強(qiáng)基性巖石磨制而成，要求視密度不小于2.5t/m3，含水量不大于1%。

考慮到瀝青冷補(bǔ)材料主要用于瀝青面層的修補(bǔ)，骨料不宜太粗，本文以L(fǎng)B-13型瀝青混合料為研究對(duì)象。

1.5 冷補(bǔ)液配合比

冷補(bǔ)液配合比見(jiàn)表4。

表4 冷補(bǔ)液配合比

1.6 最佳油石比

冷補(bǔ)瀝青混合料的制備參照規(guī)范中馬歇爾試驗(yàn)，確定其油石比為4.8%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

2 冷補(bǔ)瀝青混合料性能研究

2.1 粘附性試驗(yàn)

通過(guò)大量的室內(nèi)外對(duì)比試驗(yàn)，參照現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)熱拌瀝青混合料的要求，建議冷補(bǔ)瀝青混合料的粘附性等級(jí)指標(biāo)應(yīng)不小于4級(jí)。

通過(guò)水煮法試驗(yàn)，試塊瀝青膜保存完好，破損率小于40%，剝離面積趨于0，黏附性性能等級(jí)均為5級(jí)，說(shuō)明冷補(bǔ)料的粘附性較好。

2.2 冷補(bǔ)瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)

用冷補(bǔ)瀝青混合料成型馬歇爾試件，將其置于60℃恒溫水箱中，進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 冷補(bǔ)瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，A、B兩種冷補(bǔ)液的冷補(bǔ)瀝青混合料均具有較高的穩(wěn)定度，且兩種混合料的殘留穩(wěn)定度都達(dá)到了95%左右，滿(mǎn)足殘留穩(wěn)定度大于75%的要求，B型混合料殘留穩(wěn)定度略高于A(yíng)型。

2.3 冷補(bǔ)瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)

冷補(bǔ)瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 冷補(bǔ)瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，A、B兩種冷補(bǔ)液的冷補(bǔ)瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比均大于90%，滿(mǎn)足凍融劈裂強(qiáng)度比大于70%的要求，在實(shí)際工程中，可較好地抵抗雨雪凍融。

對(duì)比A、B兩種冷補(bǔ)液的冷補(bǔ)瀝青混合料，A型冷補(bǔ)液效果較好。因?yàn)殡m然從穩(wěn)定度上B型冷補(bǔ)瀝青混合料的強(qiáng)度更高，但是其劈裂強(qiáng)度比相對(duì)較低。考慮到北方地區(qū)長(zhǎng)期低溫凍融的環(huán)境條件，A型冷補(bǔ)瀝青混合料能更好抵抗雨雪凍融，更適合于工程應(yīng)用。

3 冷補(bǔ)瀝青混合料生產(chǎn)及施工工藝

3.1 冷補(bǔ)液制備

(1)將瀝青加熱到120～140℃。

(2)按比例將柴油加入到基質(zhì)瀝青中。

(3)按比例加入添加劑。

(4)攪拌均勻即可。

3.2 冷補(bǔ)瀝青混合料制備

宜采用拌和場(chǎng)機(jī)械拌和，拌和時(shí)間不宜超過(guò)30s，拌和溫度不超過(guò)40℃。

(1)將集料在拌和樓內(nèi)完成烘干、除塵和篩分，并按設(shè)計(jì)配比輸入拌缸干拌，冷卻至40℃左右。

(2)加入冷補(bǔ)瀝青進(jìn)行二次攪拌。

3.3 冷補(bǔ)瀝青混合料的包裝及儲(chǔ)存

為防止冷補(bǔ)瀝青混合料中輕質(zhì)油分揮發(fā)，應(yīng)采用具有防揮發(fā)功能的雙層密封包裝袋包裝，每袋重量控制在20～50kg為宜。

為保障冷補(bǔ)材料具有較好的和易性和使用效果，該材料應(yīng)采用庫(kù)房?jī)?chǔ)存，庫(kù)房的環(huán)境溫度應(yīng)在-15～25℃范圍內(nèi)為宜，堆放高度不得超過(guò)10袋。

3.4 試驗(yàn)路鋪筑

為了驗(yàn)證冷補(bǔ)瀝青混合料的路用性能，對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)路鋪筑。坑槽修補(bǔ)工藝如下：

(1)用切割機(jī)具將坑槽切割成幾何圖形，保證坑壁直立，清除坑內(nèi)雜物。

(2)根據(jù)實(shí)際用量將冷補(bǔ)材料倒入坑內(nèi)，整平，整平后虛鋪厚度應(yīng)高于原路面2cm。

(3)用平板夯夯實(shí)，夯實(shí)后保證路面平整。

(4)施工結(jié)束后即開(kāi)放交通。

修補(bǔ)后效果如圖1所示。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的使用后，通過(guò)行車(chē)荷載的碾壓，密實(shí)度、強(qiáng)度逐漸提高，沒(méi)有出現(xiàn)松散、破損等病害，實(shí)際使用效果良好，能夠滿(mǎn)足沈陽(yáng)地區(qū)冬季路面維修的需要。

3.5 經(jīng)濟(jì)性分析

(1)社會(huì)效益

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量逐漸增加，交通擁堵時(shí)有發(fā)生，以往道路維修的那種封閉道路方式已經(jīng)不適合，要滿(mǎn)足城市道路維修“快進(jìn)、快出”的要求，使用冷補(bǔ)料可將維修施工對(duì)交通影響降到最小。特別是北方城市冬季無(wú)法生產(chǎn)熱料時(shí)，冷補(bǔ)料就更能顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。一般情況下使用冷補(bǔ)料修補(bǔ)道路比傳統(tǒng)熱料修補(bǔ)可節(jié)省時(shí)間30min以上。冷補(bǔ)料在道路維修的小面積應(yīng)急搶修和冬季道路維修方面創(chuàng)造了很高的社會(huì)價(jià)值，這是無(wú)法用經(jīng)濟(jì)來(lái)衡量的價(jià)值。

(2)經(jīng)濟(jì)效益

冷補(bǔ)料市場(chǎng)上應(yīng)用較多，價(jià)格差距較大，質(zhì)量也參差不齊。本文探索研究適合東北氣候特點(diǎn)的冷補(bǔ)料，價(jià)格上與進(jìn)口冷補(bǔ)料或其他產(chǎn)品比較，存在較大優(yōu)勢(shì)。且投入的人工、機(jī)械等均能節(jié)省大量資金。因此，使用冷補(bǔ)料進(jìn)行城市道路養(yǎng)護(hù)較快捷、便利，對(duì)交通影響小，具有可觀(guān)的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 結(jié)論

(1)寒冷地區(qū)，由74%基質(zhì)瀝青、24%柴油、2%添加劑組成的冷補(bǔ)液所制備的冷補(bǔ)瀝青混合料更適用于北方寒冷氣候。

(2)按照本文研究的冷補(bǔ)瀝青混合料配合比及生產(chǎn)工藝對(duì)瀝青路面的坑槽進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)試驗(yàn)，效果良好。

(3)研究的適合寒冷地區(qū)特點(diǎn)的冷補(bǔ)料在材料成本與施工價(jià)格上與進(jìn)口冷補(bǔ)料或其他產(chǎn)品相比均存在較大優(yōu)勢(shì)，可快速修復(fù)道路，對(duì)交通影響小，具有可觀(guān)的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。