溶劑型冷補瀝青混合料材料組成設計研究

郭忠寶

(遼寧省交通建設投資集團有限責任公司 沈陽市 110000)

瀝青路面在服役過程中，在光、氧、水以及車輛荷載的作用下，加之施工因素的影響，不可避免地會產生坑槽病害[1]。而溶劑型冷補瀝青混合料作為坑槽病害修補的常用材料，一直是研究人員和工程技術人員關注的重點[2]。但由于稀釋劑的加入，與傳統熱拌瀝青混合料不同，在其材料組成設計中，不僅重點關注其體積指標和相關性能指標，其各種添加劑的組成同樣重要，對于冷補瀝青混合料的長期使用性能起到至關重要的作用[3]，要結合混合料的路用性能采用綜合設計方法。因此主要針對溶劑型冷補瀝青混合料的材料組成設計進行研究。

1 材料的選擇

冷補瀝青混合料與傳統改性瀝青熱拌混合料材料組成相同外，為提高其早期強度及路用性能，本研究在溶劑型冷補瀝青混合料中加入改性劑、增粘劑、抗剝落劑、稀釋劑等。其中，改性劑為線性SBS，增粘劑為樹脂類材料，稀釋劑為柴油，抗剝落劑為含有聚酰胺成分的液體添加劑。

2 冷補瀝青混合料材料組成設計

為對冷補瀝青混合料設計參數及所用材料比例進行確定，設計正交試驗確定設計空隙率、稀釋劑用量以及各種外摻劑用量。首先選擇設計空隙率、增粘劑摻量、稀釋劑摻量、抗剝落劑四項設計指標進行冷補料性能的敏感性分析，試驗因素與水平如表1所示。然后分別對各冷補瀝青混合料進行粘附性試驗、粘聚性試驗、初期強度試驗、后期強度試驗并計算黏附等級、粘聚性殘留率、穩定度殘留率等指標。分別對冷補料的各項性能指標進行敏感性因素分析，選出各單項性能指標最優時的設計指標組合方案，并對設計指標敏感性進行排序。

表1 試驗因素與水平

3 冷補瀝青混合料性能測試

3.1 粘聚性試驗

為保證填補材料的穩定性以及與原有瀝青路面形成一個有效傳遞拉壓應力的整體，冷補瀝青混合料必須具有良好的粘聚性。本次研究采用《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)提供的方法進行試驗，以殘留率作為評價指標。試驗結果如表2所示。

表2 粘聚性試驗數據表

由表2可以看出，各試驗組合的混合料的破損率均極低，粘聚性好。說明9種配方的冷補瀝青混合料均易于與原鋪裝結構形成整體，界面性弱，結合緊實。此結果也與級配穩定度高、油石比含量適宜有關。

3.2 初期強度

冷補瀝青混合料的強度測試與熱拌瀝青混合料不同，在初期強度試驗時，將雙面擊實50次的馬歇爾試件置于恒溫箱中15℃保溫至恒溫后測試其穩定度。試驗結果如表3、圖1～圖4所示。

表3 初期強度試驗數據表

圖1 早期強度與設計空隙率關系

圖2 早期強度與增粘劑摻量關系

圖3 早期強度與稀釋劑摻量關系

圖4 早期強度與抗剝落劑摻量關系

由表3及圖1～圖4可以看出，稀釋劑用量越小、增粘劑摻量越高、空隙率越小則冷補料的初期強度越好，其敏感性因素為稀釋劑摻量、增粘劑摻量和設計空隙率，抗剝落劑因素影響不顯著，且稀釋劑對拌和性的影響更為明顯，因此為提高冷補瀝青混合料的初期強度，需對空隙率、增粘劑摻量和稀釋劑摻量進行嚴格設計。

初期強度對于冷補料具有重要意義，冷補路面的強度是隨著開放交通時間的延長逐漸增大的，初期強度反而成為制約冷補路面耐久性的關鍵因素?？紤]到初期強度的最佳組合方案中，增粘劑摻量應取最大值，空隙率應取最小值，且空隙率對初期強度的影響敏感性居中，但對于后期強度而言，空隙率的影響遠大于其他指標的影響，因此在提高設計空隙率保證冷補料有一個較快的強度增長速率和初期強度的同時，空隙率又不能太大，以防造成冷補料初期強度過低的缺陷，應對此有所考慮，所以選取中值。

3.3 后期強度及殘留穩定度

隨著稀釋劑的揮發，冷補瀝青混合料的強度逐漸提高，因此，其后期強度同樣作為一種重要的評價指標[4]。測試其馬歇爾穩定度前，需將試件同試模一起以側面豎立方式置110℃烘箱中養生，取出后再雙面擊實25次[5]。同時，由于混合料的空隙率較大，抗水損害能力是其長期使用性能至關重要的一點。研究采用的冷補瀝青混合料穩定度及殘留穩定度試驗結果如表4所示。

表4 穩定度及殘留穩定度試驗數據表

由表4及圖5～圖12可以看出，對于后期強度性能而言，空隙率的影響遠大于稀釋劑和增粘劑摻>量的影響，并且后期強度是受空隙率影響較大的性能指標，空隙率15%±0.5%略好于20%±0.5%，差別不顯著，空隙率為10%±0.5%時后期強度各項指標明顯偏低。因此，建議冷補瀝青混合料空隙率控制在15%～18%之間，既滿足初期強度的要求，又使混合料的后期強度較高。

圖5 后期強度(60min)與設計空隙率關系

圖6 后期強度(60min)與增粘劑摻量關系

圖7 后期強度(60min)與稀釋劑摻量關系

圖8 后期強度(60min)與抗剝落劑摻量關系

圖9 后期強度(48h)與設計空隙率關系

圖10 后期強度(48h)與增粘劑摻量關系

圖11 后期強度(48h)與稀釋劑摻量關系

圖12 后期強度(48h)與抗剝落劑摻量關系

殘留穩定度的測試結果如圖13～圖16所示?？梢钥闯觯瑲埩舴€定度的敏感性因素主要為增粘劑和抗剝落劑，尤以增粘劑影響最大，不同于后期穩定性的敏感性因素，添加劑對殘留穩定度的影響明顯>增強。這說明隨著增粘劑和抗剝落劑摻量的提高，冷補瀝青混合料的粘接力越來越高。當改性瀝青加入稀釋劑后，原有改性瀝青的性能被破壞，添加劑的加入使冷補液的性能得到改善，使其冷補料具有更好長期穩定的黏附性能。增粘劑對冷補瀝青混合料殘留穩定度的影響遠大于其他幾種材料，且增粘劑摻量在4%時，殘留穩定度最高。

圖13 殘留穩定度與設計空隙率關系

圖14 殘留穩定度與增粘劑摻量關系

圖15 殘留穩定度與稀釋劑摻量關系

圖16 殘留穩定度與抗剝落劑摻量關系

3.4 冷補瀝青混合料優化設計比選

冷補瀝青混合料性能的影響因素排序如表5所示，由上述分析可以看出，初期強度、后期強度(1h)、后期強度(48h)、殘留穩定度的影響因素分別為：稀釋劑、空隙率、抗剝落劑、增粘劑。通過對影響冷補瀝青混合料性能關鍵因素進行分析，對空隙率、添加劑、稀釋劑等進行篩選，逐步優化冷補瀝青混合料的配比。最終確定設計空隙率為15%±0.5%、線性SBS改性劑5%、增粘劑摻量4%、抗剝落劑摻量3.5%，而稀釋劑的摻量宜根據使用環境溫度進行確定，確?；旌狭显诓煌瑴囟认碌氖┕ず鸵仔?。

表5 冷補料后期強度穩定性最優參數組合方案及敏感性排序

4 結論

(1)采用正交試驗，對冷補瀝青混合料的材料組成設計進行優化，對初期強度、后期強度、水穩定性的敏感性進行分析，結果表明：稀釋劑的摻量和空隙率的大小對初期強度和后期強度影響較大，為保證冷補瀝青混合料的強度要求，需適當提高空隙并保證其后期的水穩定性。

(2)抗剝落劑的摻量對水穩定性影響較大，當粘附性不滿足要求時，應添加抗剝落劑，其摻量宜控制在3%～5%之間。

(3)綜合評價冷補瀝青混合料的強度性能，本項目所開發的瀝青混合料的空隙率宜在15%～18%之間。

(4)采用正交試驗，對冷補瀝青混合料的設計參數和材料比例進行確定，結果表明：設計空隙率為15%±0.5%、線性SBS改性劑5%、增粘劑摻量4%、抗剝落劑摻量3.5%，稀釋劑的摻量宜根據使用環境溫度進行確定。