孔令紳， 李雪萍， 馮志強(qiáng)

（1.河南中州路橋建設(shè)有限公司，河南周口 466000； 2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司，鄭州 450052；3.河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450046）

伴隨經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，為滿足物質(zhì)快速流轉(zhuǎn)，我國(guó)交通行業(yè)得到快速發(fā)展，高等級(jí)公路網(wǎng)逐漸完善. 早期修建的高等級(jí)瀝青路面，隨著使用年限的增加以及交通量尤其是重軸載交通的增長(zhǎng)，出現(xiàn)了裂縫、車(chē)轍、擁包以及坑槽等路面常見(jiàn)病害. 這些病害如果不及時(shí)處治，將導(dǎo)致路面病害進(jìn)一步惡化，從而影響路面使用性能，同時(shí)也會(huì)增加后期養(yǎng)護(hù)成本［1-4］. 2014 年長(zhǎng)沙理工大學(xué)鄭健龍?jiān)菏刻岢隽恕盎诮Y(jié)構(gòu)層壽命遞增的耐久性瀝青路面設(shè)計(jì)新思想”，指出上面層破壞是瀝青路面破壞的根源［5］. 這一理論的提出，更加體現(xiàn)瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的重要性. 瀝青路面抗水損害能力差是坑槽產(chǎn)生的主要原因，坑槽的出現(xiàn)會(huì)嚴(yán)重影響行車(chē)安全［6-8］. 現(xiàn)階段修補(bǔ)局部坑槽常用的方法是挖掉重新攤鋪熱瀝青混合料，由于修補(bǔ)局部坑槽所需混合料的量較少，且運(yùn)距跨度較長(zhǎng)，作業(yè)面分散，大型機(jī)械設(shè)備利用率低下，選用熱料換填法不僅會(huì)增加養(yǎng)護(hù)成本，同時(shí)熱瀝青混合料的生產(chǎn)也會(huì)造成環(huán)境污染［9-12］. 本文選用LB-16、LB-13（粗型）、LB-13（細(xì)型）三種冷補(bǔ)料展開(kāi)研究，通過(guò)對(duì)三種冷補(bǔ)料進(jìn)行高溫抗車(chē)轍、低溫抗開(kāi)裂及抗水損害等性能研究，評(píng)價(jià)三種冷補(bǔ)料的路用性能；通過(guò)改變溫度、濕度、黏結(jié)劑種類、黏結(jié)劑撒布量及界面刻槽間隔來(lái)研究冷補(bǔ)料與AC-13C混合料之間黏結(jié)能力，為冷補(bǔ)料在路面坑槽修補(bǔ)中的應(yīng)用提高理論基礎(chǔ).

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 黏結(jié)劑

黏結(jié)劑應(yīng)具備較好的黏結(jié)性能，能夠保證修補(bǔ)后的界面在車(chē)輛軸載、溫縮應(yīng)力及動(dòng)水圧的作用下界面不被破壞. 本文選用3種瀝青作為黏結(jié)劑，分別為70#A級(jí)道路石油瀝青、SBS I-D改性瀝青及PC-3型乳化瀝青，3種瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表1、表2、表3.

1.2 冷補(bǔ)料配合比設(shè)計(jì)

本文選用中粒式LB-16、細(xì)粒式LB-13（粗型）和細(xì)粒式LB-13（細(xì)型）三種冷補(bǔ)料展開(kāi)研究. 粗集料為3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm（細(xì)型）、10～15 mm（粗型）石灰?guī)r碎石，細(xì)集料為0～3 mm石灰?guī)r機(jī)制砂，填料為石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，三種冷補(bǔ)料最佳油石比及礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4.

表1 70#A級(jí)道路石油瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test results of main technical indexes of 70#A road asphalt

表2 SBS I-D 改性瀝青及普通橡膠瀝青相關(guān)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results of related indexes of SBS I-D modified asphalt and ordinary rubber asphalt

表3 PC-3型乳化瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results of main technical indexes of PC-3 emulsified asphalt

表4 三種冷補(bǔ)料混合料礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果Tab.4 Aggregate gradation design results of three kinds of cold supplement mixture

1.3 熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

本文熱拌瀝青混合料選用的級(jí)配類型AC-13C，瀝青選用上文SBS I-D改性瀝青，其礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5，最佳油石比及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6.

表5 AC-13C混合料礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果Tab.5 Gradation design results of AC-13C mineral mixture

表6 最佳油石比及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Optimum oil stone ratio and Marshall test results

2 冷補(bǔ)料路用性能

2.1 高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)瀝青路面在高溫環(huán)境下抵抗車(chē)輛軸載塑性變形的能力，泛油、車(chē)轍、擁包等病害是高溫穩(wěn)定性差的主要表現(xiàn)形式. 瀝青路面是一種柔性結(jié)構(gòu)層，高溫環(huán)境下，瀝青黏韌性降低，在車(chē)輛軸載尤其是重軸載作用下會(huì)產(chǎn)生塑性變形而形成車(chē)轍［13-14］. 本文選用馬歇爾穩(wěn)定度及動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)三種類型冷補(bǔ)料高溫穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖1、圖2. 由圖1可以得出：三種冷補(bǔ)料穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范不低于8 kN的要求，其中LB-13（粗型）穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果最大，LB-16試驗(yàn)結(jié)果最小. 由圖2可以得出：三種冷補(bǔ)料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范普通瀝青混合料1～3區(qū)不低于1000 次/mm的要求，其中LB-13（粗型）動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果最大，表明LB-13（粗型）高溫穩(wěn)定性能最優(yōu).

圖1 穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Stability test results

圖2 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Dynamic stability test results

2.2 水穩(wěn)定性

松散、坑槽等病害是瀝青路面水穩(wěn)定性差的主要表現(xiàn)形式. 夏季雨季、冬季雨雪天氣會(huì)使瀝青路面長(zhǎng)期受到雨水與車(chē)輛軸載的共同作用，尤其受到長(zhǎng)期凍融循環(huán)作用，降低瀝青與礦料之間的黏附性，最終導(dǎo)致瀝青膠漿從礦料間脫落形成輕微裂縫，這些輕微裂縫如果不能夠及時(shí)處治就會(huì)惡化成塊裂、龜裂以及坑槽等嚴(yán)重病害［15-16］. 本文選用浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)三種類型冷補(bǔ)料抗水損害能力，試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖3、圖4. 可以看出：三種冷補(bǔ)料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范普通瀝青混合料不低于80%、75%的要求，其中LB-13（粗型）試驗(yàn)結(jié)果均最大，表明LB-13（粗型）抗水損害性能最優(yōu).

圖3 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results of Marshall residual stability in water immersion

圖4 凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test results of freeze-thaw splitting residual strength ratio

2.3 低溫抗裂性

北方季節(jié)性冰凍區(qū)，當(dāng)瀝青路面內(nèi)部產(chǎn)生的溫縮應(yīng)力大于混合料間的極限容許拉應(yīng)力時(shí)，會(huì)形成裂縫病害［17-18］. 本文選用低溫抗彎拉強(qiáng)度及低溫彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)來(lái)評(píng)價(jià)三種冷補(bǔ)料低溫抗開(kāi)裂能力，試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖5、圖6. 由圖5可以得出：LB-13（粗型）抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果最大，LB-16試驗(yàn)結(jié)果最小. 由圖6可以得出：三種冷補(bǔ)料彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范普通瀝青混合料1-3區(qū)不小于2000 με的要求，其中LB-13（細(xì)型）試驗(yàn)結(jié)果最大，綜合考慮，LB-13（細(xì)型）低溫抗開(kāi)裂能力最優(yōu).

圖5 抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Test results of flexural tensile strength

圖6 彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果Fig.6 Test results of bending failure strain

3 冷補(bǔ)料與舊路面間黏結(jié)性能

冷補(bǔ)料與舊路面之間的黏結(jié)特性關(guān)系到冷補(bǔ)料的使用壽命，二者之間黏結(jié)特性受到材料性能、外界環(huán)境和施工工藝等多種因素影響［19-20］. 選用斜剪試驗(yàn)來(lái)研究不同濕度、溫度、界面粗糙程度、黏結(jié)劑種類及撒布量對(duì)冷補(bǔ)料與AC-13C混合料之間黏結(jié)性能的影響. 本次試驗(yàn)以試驗(yàn)未浸水、溫度為25 ℃、不刻槽、PC-3型乳化瀝青黏結(jié)劑及撒布量為0.3 kg/m2為基準(zhǔn)試驗(yàn)條件，當(dāng)分析其中一種因素時(shí)其他因素為基準(zhǔn)試驗(yàn)條件.

不同溫度、濕度條件時(shí)冷補(bǔ)料與AC-13混合料之間抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖7、圖8. 由圖7可以得出：隨著溫度的升高，三種冷補(bǔ)料與AC-13C混合料之間的抗剪強(qiáng)度均逐漸降低，相同溫度時(shí)LB-13（細(xì)型）抗剪強(qiáng)度最大，LB-16抗剪強(qiáng)度最小. 由圖8可以得出：隨著試件浸水時(shí)間的增加，三種冷補(bǔ)料與AC-13C混合料之間的抗剪強(qiáng)度均逐漸降低，相同浸水時(shí)間時(shí)LB-13（細(xì)型）抗剪強(qiáng)度最大，LB-16抗剪強(qiáng)度最小.

圖7 溫度與抗剪強(qiáng)度關(guān)系Fig.7 Relationship between temperature and shear strength

圖8 濕度與抗剪強(qiáng)度關(guān)系Fig.8 Relationship between humidity and shear strength

不同黏結(jié)劑種類、黏結(jié)劑撒布量條件時(shí)冷補(bǔ)料與AC-13 混合料之間抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖9、圖10.由圖9可以得出：黏結(jié)劑為PC-3型乳化瀝青時(shí)，三種冷補(bǔ)料與AC-13C混合料之間的抗剪強(qiáng)度均最大，黏結(jié)劑為70#A 級(jí)道路石油瀝青時(shí)，三種冷補(bǔ)料與AC-13C 混合料之間的抗剪強(qiáng)度均最小. 由圖10 可以得出：隨著PC-3 型乳化瀝青黏結(jié)劑撒布量的增加，三種冷補(bǔ)料與AC-13C混合料之間的抗剪強(qiáng)度均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其中當(dāng)撒布量為0.3 kg/m2時(shí)，LB-13（細(xì)型）、LB-13（粗型）、LB-16 三種冷補(bǔ)料與AC-13C 混合料之間的抗剪強(qiáng)度均達(dá)到峰值，分別為0.671、0.611、0.586 MPa.

圖9 黏結(jié)劑種類與抗剪強(qiáng)度關(guān)系Fig.9 Relationship between adhesive types and shear strength

不同刻槽間隔條件時(shí)冷補(bǔ)料與AC-13 混合料之間抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖11. 可以看出，隨著刻槽間隔的增加，三種冷補(bǔ)料與AC-13C混合料之間的抗剪強(qiáng)度均逐漸降低，刻槽間隔相同時(shí)LB-13（細(xì)型）抗剪強(qiáng)度最大，LB-16抗剪強(qiáng)度最小.

圖10 黏結(jié)劑撒布量與抗剪強(qiáng)度關(guān)系Fig.10 Relationship between binder distribution amount and shear strength

圖11 刻槽間隔與抗剪強(qiáng)度關(guān)系Fig.11 The relationship between groove interval and shear strength

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)三種冷補(bǔ)料進(jìn)行高溫抗車(chē)轍、低溫抗開(kāi)裂、抗水損害及與AC-13C混合料之間黏結(jié)性能研究得出以下結(jié)論：

1）LB-13（粗型）高溫穩(wěn)定性及抗水損害能力最優(yōu)，LB-13（細(xì)型）低溫抗開(kāi)裂能力最優(yōu).

2）相同溫度、相同浸水時(shí)間及相同刻槽間隔時(shí)LB-13（細(xì)型）與AC-13C混合料之間的抗剪強(qiáng)度最大；黏結(jié)劑為PC-3型乳化瀝青時(shí)，三種冷補(bǔ)料與AC-13C混合料之間的抗剪強(qiáng)度均最大；PC-3型乳化瀝青撒布量為0.3 kg/m2時(shí)，三種冷補(bǔ)料與AC-13C混合料之間的抗剪強(qiáng)度均最大.