熱拌瀝青混合料因?qū)Ω鳝h(huán)節(jié)溫度要求較高，因此在冬季路面病害養(yǎng)護(hù)維修中有很大的局限性。與熱拌瀝青混合料不同，冷拌冷鋪瀝青混合料具有不需加熱、施工簡單、環(huán)境污染少、適用于低溫天氣、有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)勢。鑒于冷補(bǔ)混合料的這些優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外相關(guān)研究也較多。但從目前的研究來看，仍然存在一些技術(shù)問題，也是現(xiàn)階段研究的焦點(diǎn)，諸如:松散性和壓實(shí)性之間矛盾問題，組成材料的技術(shù)要求問題，水中成型的強(qiáng)度問題，冷補(bǔ)料與原路面混合料的結(jié)合能力問題，以及低溫施工問題等。
國外冷補(bǔ)材料研究
國際上對冷補(bǔ)料的研究最早開始于上世紀(jì)50年代的前蘇聯(lián)。其研究認(rèn)為，瀝青結(jié)合料的粘度、用量集料的比面積等因素是影響冷補(bǔ)料性能的關(guān)鍵因素。當(dāng)時冷補(bǔ)料的主要特點(diǎn)是結(jié)合料僅為5%~6.5%、礦粉用量達(dá)15%~30%，以此來提高集料表面的結(jié)構(gòu)瀝青膜，從而保證冷補(bǔ)料的疏松性和成型強(qiáng)度。但缺點(diǎn)是鋪后路面構(gòu)造深度較低，礦粉量大，成本較高。
1996年10月在英國在召開瀝青路面冷補(bǔ)料學(xué)術(shù)會議，會議達(dá)成共識采用乳化瀝青作為冷補(bǔ)料的主要結(jié)合料。Heriot-Watt大學(xué)此方面有深入研究，任務(wù)級配采用密實(shí)型和骨架嵌擠型結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況加以選取和調(diào)整。
隨后法國研究提出了Grifibre瀝青路面冷補(bǔ)料，該混合料主要采用最大公稱粒徑為10mm的間斷級配，結(jié)合料中加入EVA改性劑，并加入聚丙烯纖維(總質(zhì)量的0.1%~0.2%)。該種冷補(bǔ)料采用具有施工方便、防離析、后期剪切強(qiáng)度高等特點(diǎn)，適用于雨季使用，但其加工較貴。
目前，歐美國家及日本關(guān)于冷補(bǔ)料的研究處于領(lǐng)先地位。
美國研究推出了可儲存的瀝青路面坑槽修復(fù)冷補(bǔ)料，主要優(yōu)勢是使用方便，可在淡季生產(chǎn)旺季使用、隨用隨取、儲存時間可長大1年，且易于處理。該冷補(bǔ)料的主要組成是乳化瀝青，并添加了聚合物改性劑，改善混合料粘附力，即填補(bǔ)部分不會松散移位元。同時美國還根據(jù)不同天氣和環(huán)境、質(zhì)量不錯的冷補(bǔ)料。普遍存在的問題冷補(bǔ)料與原坑槽邊緣結(jié)合能力有待提高。
加拿大研究的冷補(bǔ)料通過使用特有的添加劑，可使具有較大的其適用溫度，達(dá)到－26~49℃，且水穩(wěn)定性較好，雨雪天氣也可施工。同時，同美國技術(shù)一樣可儲存，成型后強(qiáng)度也比較高，可使用5年以上。
日本根據(jù)不同季節(jié)高低溫情況，研究了兩種冷補(bǔ)料，采用改性液體瀝青，性能較之前有明顯提高，但具體技術(shù)并未公開。他們?nèi)艘话愕睦溲a(bǔ)料修復(fù)坑槽，經(jīng)過一年使用一般殘存率僅為35%~40%，而該及時的殘存率卻可達(dá)85%~90%。在技術(shù)在機(jī)場、各等級公路上使用都取得了不錯效果。
國內(nèi)冷補(bǔ)材料的研究
我國瀝青路面冷補(bǔ)料相關(guān)研究較晚，從國外相關(guān)材料產(chǎn)品進(jìn)入我國開始，目前冷補(bǔ)料技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，與歐美等國家差距并不大，也開發(fā)了多種多樣的產(chǎn)品，在工程應(yīng)用上也比較廣泛。
山西省從1994年開始冷拌冷鋪瀝青混合料技術(shù)在冬季對坑槽進(jìn)行修復(fù)的相關(guān)研究，且生產(chǎn)出的產(chǎn)品可在－15℃以下用袋裝混合料修補(bǔ)坑槽，而后逐步在本省108國道、307線壽陽段、太長線等項(xiàng)目上進(jìn)行推廣。應(yīng)用效果較好，但也存在著一些問題，包括與原路面混合料粘結(jié)性較差、夏季高溫容易擁抱等現(xiàn)象等。
在我國東北地區(qū)，對瀝青路面坑槽等病害冷拌冷鋪技術(shù)需求更為迫切。吉林、黑龍江等省也較早地開展了此方面的研究，1996年吉林省公路局在瀝青中添加豆油和航空煤油制成混和瀝青油，與骨料進(jìn)行拌合，制成冷補(bǔ)瀝青混合料。1997年起，該項(xiàng)技術(shù)在全省推廣應(yīng)用，經(jīng)過后期觀測，該技術(shù)極大地改善瀝青路面路況水平和使用壽命，取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。黑龍江的東北林業(yè)大學(xué)也針對該省氣候特點(diǎn)，研制了2種瀝青路面坑槽修復(fù)冷補(bǔ)料，兩者主要區(qū)別是粘結(jié)料稀釋瀝青不同，一種是摻加的18.5%柴油，另一種是摻加的20%煤油。經(jīng)應(yīng)用表明，這兩種冷補(bǔ)料施工方便、取材容易、造價低廉，但路用性能相對一般。
同濟(jì)大學(xué)為平衡好可壓實(shí)性和疏松性之間的關(guān)系，開展了冷補(bǔ)瀝青混合料特性和配制技術(shù)。系統(tǒng)研究結(jié)合料用量、粘度、外加劑種類、集料性質(zhì)、級配等因素對冷補(bǔ)料壓實(shí)性和疏松性的影響，提出了相應(yīng)指標(biāo)的控制范圍。同時研發(fā)出了自己產(chǎn)品，應(yīng)用實(shí)踐表明性能較好，可與進(jìn)口材料相當(dāng)，但費(fèi)用大大降低。
長安大學(xué)也開展了此方面的研究，研制出HUL冷拌冷鋪瀝青混合料。其中添加了較多的添加劑，如:為降低瀝青稠度，加入AU稀釋劑———工業(yè)抽出油;為提高瀝青黏韌性，加入AH高分子聚合物改性劑;為提高瀝青與集料粘附性，加入AX活性劑，同時增強(qiáng)了瀝青混合料的憎水能力;為提高各組成材料相互作用和穩(wěn)定性，加入VD穩(wěn)定劑。該冷補(bǔ)料可在低溫下拌制和施工，路用性能良好。同時其儲存性較好，6個月以上也可使用。
長沙理工大學(xué)通過研究，將增粘劑、混合溶劑、SBS等添加劑按一定比例加入瀝青中，在加入稀釋劑，然后與集料拌合，預(yù)制成冷補(bǔ)瀝青混合料，其將其應(yīng)用于瀝青路面的坑槽修補(bǔ)，取得了一定的效果。
安徽合肥市根據(jù)工程市場需求，在美國科氏公司產(chǎn)品技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過加入適宜的改性劑進(jìn)行改良，達(dá)到適用于該省的冷拌冷鋪瀝青混合料。適用于中、上面層，可在－10℃下施工作業(yè)，存放長久、操作簡便、修補(bǔ)質(zhì)量好、價格適中，對冬季和雨季效果更為突出。
總結(jié)分析
(1)集料。細(xì)集料宜采用機(jī)制砂，干燥、清潔、石質(zhì)堅硬，且不含雜質(zhì)或粘土等。粗集料最好采用玄武巖或石灰?guī)r，保持干燥、清潔、呈立方體，表面粗糙且富有棱角。填料采用堿性巖石等磨細(xì)獲得，礦粉的母巖和用量對混合料的強(qiáng)度特性、疏松性及壓實(shí)性有顯著影響。
(2)級配。冷補(bǔ)瀝青混合料一般有兩種結(jié)構(gòu)類型，一種是骨料嵌擠類，加拿大等國家較常用，該類混合料力學(xué)性能主要由骨料嵌擠提供，盡量少用礦粉，一般僅占混合料的1%~2%。另一種是密實(shí)類，前蘇聯(lián)是典型代表，該類混合料的力學(xué)性能主要由瀝青砂膠控制，礦粉用量高達(dá)15%~30%。兩者結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，骨架密實(shí)類混合料乳化劑比較容易完全裂解，但勁度模量和抗疲勞特性一般比較低;密實(shí)類混合料的乳化劑不容易裂解，但具有較高的勁度模量。
(3)結(jié)合料。大量研究表明，結(jié)合料對冷補(bǔ)瀝青混合料的性能影響最大，黏度太低則混合料難以碾壓成形，太高不利于混合料的松散性。
結(jié)合料使用目前研究主要有如下幾種:第一種一是在乳化瀝青中加入改性劑，以增加結(jié)合料的粘結(jié)力、溫度敏感性、流變狀況和附著力等。采用常規(guī)的稀漿封層攤鋪機(jī)鋪筑。典型代表有法國的JeanIafebvre公司提出的Grifibre混合料，和日本昭和瀝青工業(yè)株式會社提出的產(chǎn)品。第二種結(jié)合料為液體狀，揮發(fā)分很少，約1%該混合料的主要優(yōu)點(diǎn)是適用溫度范圍廣;防水性能好，在雨雪天氣及積水坑槽也都可以施工，典型代表有加拿大寧楓公司的產(chǎn)品。第三種是液體石油瀝青，針入度較大，典型代表是美國我國我國規(guī)范(JTGF40－2004)對冷補(bǔ)材料的要求。
(4)冷補(bǔ)瀝青混合料技術(shù)要求。目前對于冷補(bǔ)材料的貯存、施工和使用性能評價國際上尚沒有統(tǒng)一的方法，但共識是使用前有良好的疏松性，攤鋪時有良好的可壓實(shí)性，攤鋪后較高的強(qiáng)度和抗水損害性能。
①初始強(qiáng)度。為避免冷補(bǔ)料攤鋪后初期因強(qiáng)度過低，而產(chǎn)生推移、車轍、擁包等病害，冷補(bǔ)料初期就須具有一定強(qiáng)度，即初始強(qiáng)度。一般以攤鋪碾壓后第7d的穩(wěn)定度作為評價指標(biāo)，我國規(guī)范要求冷補(bǔ)料7d的穩(wěn)定度大于20kN時，方可開放交通。
②工作性。冷補(bǔ)瀝青混合料的工作性包括可壓實(shí)性和疏松性，兩種性能是矛盾的，但需兼顧。各國的評價工作性方法大同小異，有的用馬歇爾擊實(shí)一定次數(shù)后，放入洛杉磯磨耗機(jī)進(jìn)行磨耗，控制損失率在一定范圍內(nèi)。有的參照公路土工擊實(shí)試驗(yàn)方法，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，要求抗壓強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)，我國采用該方法控制冷補(bǔ)料的工作性，要求冷補(bǔ)料料老化前的抗壓強(qiáng)度≤200kPa，老化后抗壓強(qiáng)度≤1000kPa。
③成型后強(qiáng)度。為保證冷補(bǔ)料在攤鋪后使用過程經(jīng)受得住車輪荷載的反復(fù)作用，要求其具有足夠的成型后強(qiáng)度，目前評價其強(qiáng)度特性的方法很多。比較成熟的事采用冷補(bǔ)料成型7d后的穩(wěn)定度，但要求有很大差別，日本要求>3.0kN;而我國同濟(jì)大學(xué)通過研究得出要求>5.0kN，長安大學(xué)則要求>4kN，當(dāng)然強(qiáng)度與級配差別有關(guān)。
④水穩(wěn)定性。水穩(wěn)定性指在水的作用下，混合料保持穩(wěn)定不松散的特性。國內(nèi)外評價冷補(bǔ)料水穩(wěn)定性的評價方法基本一致，即在常溫?fù)魧?shí)一定次數(shù)后成型時間，然后浸水一定時間，最后進(jìn)行穩(wěn)定度試驗(yàn)，分析浸水前后強(qiáng)度損失情況，一般要求殘留穩(wěn)定度≥70%。
結(jié)語
綜上所述，冷補(bǔ)料因具有施工便捷、利于環(huán)保、可儲存、可在低溫雨季使用等優(yōu)點(diǎn)，對快速修補(bǔ)瀝青路面坑槽、延長使用壽命有顯著優(yōu)勢。
目前美國、加拿大等歐美國家以及日本在瀝青路面冷補(bǔ)料技術(shù)方面研究處于前列，技術(shù)相對比較成熟，也有相應(yīng)的產(chǎn)品。但也存在著一些問題，如:工作性方面，如何更好的平衡松散性和可壓實(shí)性之間的矛盾問題;冬季低溫雨雪天氣和坑槽有積水情況下的適用性問題;以及冷補(bǔ)料與原路面混合料結(jié)合能力問題等，都有待根據(jù)具體情況加以研究分析。
瀝青路面施工
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