冷補瀝青混合料配合比設計與性能試驗

馬永柱，李欽勇，杜志剛，陳宗武

（1.通遼市交通工程局，通遼 028000；2.錫林郭勒盟寶昌養路工區，寶昌 027000；3.錫林郭勒盟公路管理處，錫林浩特 026000；4.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070）

冷補瀝青混合料是一種路面坑槽病害修補養護高性能材料，這種材料不受施工季節條件影響，可隨時按量取用，及時進行路面病害修補，具有節能、高效、快速等優點。該文結合內蒙古中東部地區特有的氣候和交通量特點，對溶劑型冷補瀝青混合料材料組成、配合比設計、混合料性能等進行了深入研究。結果表明，自制冷補瀝青混合料具有優良的使用性能，能夠滿足路面坑槽病害修補養護要求。

1 原材料性能

1.1 基質瀝青

冷補瀝青混合料用基質瀝青性能要求與熱拌瀝青混合料相同，本試驗中采用中油遼河石化公司生產的90號A級重交通道路石油瀝青，其基本性能指標滿足JTGF40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》要求，軟化點45.6℃、延度（15℃）大于120cm、針入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）94、視密度1.022g/cm3。

1.2 稀釋劑

稀釋劑是確保冷補瀝青在常溫或低溫下具有比熱拌瀝青更低的粘度，使瀝青保持一定的流變性，從而使冷補瀝青混合料具有良好的工作性和存儲性。冷補瀝青稀釋劑以有機溶劑為主。該文選用質量符合要求的車用0號柴油為稀釋劑。其主要性能為：視密度（20℃）0.863g/cm3、閃點（閉口杯法）63℃、運動粘度（20℃）8mm2/s、冷濾點－1℃、凝點－4℃、無機械雜質。

1.3 添加劑

冷補添加劑是一種復合改性劑，由混合溶劑、改性樹脂及多種表面活性劑組成，具有增粘、增塑、防水和補強作用，文章選取主要成分為胺類和妥爾油的添加劑。

將基質瀝青、稀釋劑和添加劑進行摻配制備出試驗用的冷補瀝青，其摻配比例見表1。

表1 試驗用冷補瀝青配方

1.4 礦質集料

礦料選用當地優質的玄武巖集料，其主要性能為：表觀密度2.926g/cm3、吸水率0.5%、壓碎值9.1%、洛杉磯磨耗值8.0%、堅固性0.3%、與瀝青的粘附性等級4級；細集料砂當量80%，棱角性（間隙率法）45%。

1.5 填料

填料選用優質石灰巖磨制而成的石粉，其主要性能為：表觀密度2.703g/cm3、親水系數0.86、0.075mm篩通過率87.2%。

2 冷補瀝青混合料結構類型

JTGF40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》表8.4.2給出了冷補瀝青混合料的級配范圍，試驗用冷補瀝青混合料合成級配通過率與合成曲線分別見表2和圖1所示：

表2 LB－13型冷補瀝青混合料級配范圍

3 最佳瀝青用量的確定與混合料性能檢驗

冷補瀝青混合料最佳瀝青用量的確定采用同濟大學推薦的經驗公式進行計算，同濟大學經驗公式見式（1）所示

式中，P為冷補瀝青液用量，%；a為大于2.36mm顆粒質量百分率，%；b為0.3～2.36mm顆粒質量百分率，%；c為0.075～0.3mm顆粒質量百分率，%；d為小于0.075mm顆粒質量百分率，%。

式（1）是在保證最佳瀝青膜厚度的基礎上推導出的冷補瀝青最佳用量計算公式，通過礦料合成級配通過率，根據公式可估算出冷補瀝青最佳用量。文章根據公式（1）估算出試驗用LB－13型冷補瀝青混合料最佳瀝青用量為4.719%（取值4.7%），同時，為驗證其結果準確性和可靠性，根據計算值，以±0.3%的冷補瀝青用量拌制混合料，進行相關性能的室內試驗。

3.1 工作性檢驗

現階段對于冷補瀝青混合料工作性能主要采取經驗法進行判定，該試驗采用以下方法對其低溫工作性進行評價。

試驗方法：按照4.4%、4.7%、5.0%3個瀝青含量進行冷補瀝青混合料的拌制，為保證混合料拌和質量，拌制前將礦料在105℃烘箱中加溫4h，冷補瀝青在85℃恒溫水浴中預熱2h，拌和機攪拌缸預熱溫度120℃，拌制步驟與熱拌瀝青混合料一致。將拌制完成的冷補瀝青混合料用方盤盛出，采用四分法均勻分成兩組進行，準確稱取1 000g混合料以松散狀態放置于5℃的恒溫箱中，放置72h后取出兩組冷補瀝青混合料，對混合料的分散狀態進行判定，以1～5五個級別對其進行劃分，其參考標準依據表3進行，3組瀝青用量下的混合料工作性能觀測結果見表4。

表3 冷補瀝青混合料工作性能評價

表4 不同瀝青用量下的混合料工作性能觀測結果

從工作性能觀察實驗結果可以看出，采用計算瀝青含量在試驗室拌制的冷補瀝青混合料工作性能能滿足施工和易性需要，但從大批量拌和生產質量控制上考慮，其瀝青含量可以提高0.1%，即采用4.8%的瀝青含量進行生產。

3.2 強度試驗

采用馬歇爾試驗方法，取冷補料1 180g左右（以試件高度符合63.5±1.3mm為標準），常溫下（20～25℃之間）正反面各擊50次，連同試模一起以側面豎立方式置110℃烘箱中養生24h，取出后再雙面各擊實25次，再連同試模在室溫中豎立放置24h，脫模后在60℃恒溫水槽中養生30min，進行馬歇爾試驗，要求馬歇爾穩定度不小于3.0kN。3種瀝青用量下冷補瀝青混合料的馬歇爾穩定度試驗結果如表5所示。

表5 不同冷補瀝青用量下的馬歇爾試驗結果

由表5試驗結果可以看出：在4.4%、4.7%和5.0%三種瀝青用量條件下，冷補瀝青混合料的馬歇爾穩定度均大于3.0kN的技術要求，且在最佳瀝青用量條件下的穩定度最大，說明室內試驗時采用經驗公式計算出的最佳瀝青用量是可行的。

3.3 粘聚性試驗

粘聚性試驗用于評價成品冷補料的顆粒之間互相粘結，在低溫環境下不松散的特性。

試驗方法：將冷補瀝青混合料800g裝入馬歇爾試模中，放入4℃恒溫室中3h，取出后雙面各擊實5次，制作試件，脫模后測量每個試件的質量G，然后逐個將試件放在標準篩上，將其直立并使試件沿篩框來回滾動20次，大約每秒一次，打開篩蓋，稱取最大的一塊的質量（G1），計算質量損失C。要求損失率：C＝（G－G1）/G×100%＜40%。

由于試驗規程未規定標準篩的篩孔尺寸，該試驗采用26.5mm的標準方孔篩進行粘聚性試驗，每種瀝青含量下制作5塊試件，試驗結果取5塊試件的算術平均值，三種瀝青含量下的試件粘聚性試驗結果見表6。

表6 不同冷補瀝青用量下的粘聚性試驗結果

粘聚性試驗結果表明，三種瀝青含量下混合料試件的粘聚性試驗結果均滿足要求。

3.4 粘附性

冷補瀝青混合料的粘附性試驗采用水煮法（或水浸法）檢驗，要求水煮（或水浸）過后骨料表面瀝青膠漿裹覆面積不得小于95%。

試驗方法：在1 000mL燒杯中注入800mL左右的蒸餾水，加熱至沸騰，取250g的冷補瀝青混合料（瀝青含量4.7%）放入沸水中，以1周/秒的速率用玻璃棒攪拌，持續3min，停止加熱并將水面上漂浮的瀝青用脫脂棉吸附干凈，以免形成二次裹覆，將水冷卻至室溫，倒掉水分并將濕混合料放到白紙上，參照普通瀝青與集料粘附性試驗觀察方法，觀察、評定冷補瀝青與集料的粘附性等級。要求冷補瀝青與集料的粘附性等級達到5級。經水煮法檢驗，該試驗所配制的冷補瀝青與試驗用玄武巖集料拌制的冷補瀝青混合料水煮過后集料表面瀝青膠漿裹覆面積基本沒有變化，只是少數骨料局部棱角部位瀝青膜變薄。

3.5 存儲性與施工和易性

將拌制好的冷補瀝青混合料用特定的包裝袋進行密封包裝，在陰涼干燥處存放一個月后從包裝袋倒出，根據表3所述，觀察混合料的工作性能，并在不加熱的情況下根據3.2節方法進行馬歇爾擊實試驗，測定混合料馬歇爾穩定度，以此方法來檢驗冷補瀝青混合料的存儲性能和施工壓實性能，保證冷補瀝青混合料既具有優良的松散性，又有良好的可壓實性。在4.7%瀝青用量條件下，冷補瀝青混合料的存儲性與施工和易性試驗結果如表7所示。

表7 最佳瀝青用量下混合料的存儲性與施工和易性試驗結果

冷補瀝青混合料的存儲性與施工和易性試驗結果表明，采用試驗配比和4.7%瀝青用量拌制的冷補瀝青混合料在密封袋中放置一個月以后，在靠近包裝袋內側的混合料有少量結團，但結團經輕拍后能輕易散開，包裝袋中間部位的混合料流動性良好，用鐵鏟翻拌容易，混合料馬歇爾擊實試驗成型容易，馬歇爾穩定度均值5.6kN，仍然滿足技術要求。說明試驗設計的材料和級配具有良好的存儲性與施工和易性。

4 結 論

a.試驗以90號A級道路石油瀝青為基質瀝青、0號車用柴油為稀釋劑，采用混合型高分子聚合物添加劑，配制出溶劑型常溫用（5～15℃）冷補瀝青，經測試，其性能滿足常溫型冷補瀝青的性能要求。

b.室內試驗結果表明，采用施工技術規范提供的級配范圍，以經驗公式計算出的最佳瀝青用量為基礎，調試出的LB－13型冷補瀝青混合料各項性能均滿足要求，可用于路面養護施工。

c.冷補瀝青混合料施工工序簡單、環保，施工質量可控，還可以根據不同季節需要進行摻配調整，進行全天候的快速養護，適合在北方寒冷地區大力推廣和應用。

［1］ JTG F40—2004.公路瀝青路面施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ JTG E20—2011.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］ 蓋衛鵬.冷補瀝青混合料養護技術研究［D］.長安大學，2010.