刘文杰 隋欣录

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 研究目的

改革开放以来，我国经济迅速发展，随着国家对公路事业的大力扶持和大量人力、物力的投入开发，目前我国的公路事业已由繁荣的建设期过渡为建设—养护期，许多早期建成的沥青混凝土路面都已经有了不同程度的破损，个别路段损坏更为严重。针对路面的养护，通常使用的热拌沥青对于坑槽等其他路面损坏修复费用较高，而且由于其施工技术等原因，对环境污染较大，施工工序较为复杂需要封闭交通，而冷补沥青在路面坑槽修补方面更加具有优势。很早之前国外就已经展开了对冷补沥青混合料的研究，冷补沥青混合料是由基质沥青、添加剂、稀释剂、粗细集料和矿粉等搅拌混合制成的。由于通常不进行加热，可以在低温条件下使用，减少了能源的浪费。因而，对于冷补沥青混合料以及冷补添加剂组成材料进行研究具有极大的经济效益。冷补沥青添加剂是冷补沥青混合料的核心成分,而添加剂的组成材料更是直接决定了冷补添加剂的各项性能，进而直接影响着混合料的使用性能。所以，本研究拟研究对比得到制备高性能、经济、环保的冬季用冷补添加剂组成材料。

2 研究方案

首先对冷补沥青混合料的性能进行分析研究，然后对冷补沥青混合料的基质沥青、添加剂、稀释剂和粗细集料以及矿粉进行选择。为保证单一变量原则，确定基质沥青、稀释剂和粗细集料以及矿粉后主要通过改变添加剂的不同配比选择，结合已有的材料比选原则，提出冷补沥青添加剂的材料选择原则。设计正交试验，简化冷补沥青添加剂的配比试验，确定几种最佳配比的添加剂。按照规范操作配制冷补沥青混合料，然后通过室内试验对制备的冷补沥青混合料进行三大指标试验、马歇尔稳定度试验和车辙试验，以此检验不同配比下的冷补沥青添加剂对冷补沥青混合料的性能所产生的影响。以工作性、硬化速度、黏聚性、高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性作为冷补沥青混合料添加剂组成材料的评价体系，从而得到最优的添加剂组成材料。

3 冷补沥青混合料的性能研究

冷补沥青混合料是一种可用于全天候修补路面坑槽的材料，不受雨雪等恶劣天气的影响，能够及时修补路面坑槽的同时还具有施工速度快等优点。它的基本原理主要是通过在沥青结合料中添加溶剂油等稀释剂降低其自身黏度，使冷补料在常温甚至低温条件下也可施工。因此，其之所以能被称为冷补料，是由冷补沥青混合料的施工性能决定的，这是冷补料的最基本性能。

在高温时，沥青混合料是粘弹性材料，这时，其黏聚力很小，施工和易性较好，可以进行沥青路面的摊铺工作。随着温度的降低，黏聚力逐渐上升，沥青混合料的强度也逐渐上升。待混合料下降至常温时，沥青混合料的强度成型，能够满足实际工程的需要。

冷补沥青混合料可以通过摩尔—库仑对其强度进行理论分析，因为其黏聚力较小，所以冷补沥青混合料的强度主要来源于集料形成骨架和材料内部集料的内摩阻力。加入稀释剂后沥青的黏度有所降低，在低温条件下，冷补沥青混合料仍然具有工作性。将冷补沥青摊铺压实后，在车载的作用下，冷补沥青会逐渐变得密实，形成了冷补沥青混合料的初始强度。

4 沥青混合料强度的影响因素及原材料的选择

由于讨论的是添加剂材料组成的影响，因而在该过程中只讨论混合料内因的影响。主要是冷补沥青的用量、集料的级配和种类以及稀释剂的影响。

1)沥青:通过使用不同沥青用量对冷补沥青混合料的强度影响不同。当沥青使用量较少时，不能将所有粗细集料包裹，降低了粗细集料的工作性能，导致冷补料的黏聚力很小。然而当沥青用量过大时，粗细集料表面会出现过多的自由沥青，也会降低混合料的黏聚性。2)集料:一般情况下沥青呈酸性，为提高集料与沥青的黏附性应使用碱性集料。集料的棱角较为明显，能够在摊铺压实后形成骨架结构，大大提高了沥青混合料的内摩阻力。光滑的石料将会降低与沥青的黏附性，对强度的形成不利。3)稀释剂:稀释剂挥发性能越好，摊铺压实后的冷补沥青混合料的强度形成相应的也越快，反之则越慢。通过实验可以看出，当沥青用量和级配一样时，不同稀释剂含量的冷补沥青混合料的初始稳定度会有所不同，稀释剂的含量越高，则初始的稳定度就相应的越小。

当利用热拌沥青混合料进行沥青路面修补时，需将其加热到150 ℃以上，然后在140 ℃左右下进行摊铺和压实，在这个过程中沥青会部分老化，造成其性能产生一定的降低，同时也对环境产生一定的污染。所以，能够在常温下拌和摊铺压实的冷补沥青混合料的制备开发就显得非常重要。为了使得冷补沥青混合料能够符合工程需要，应当使用液体沥青而不能使用一般沥青。由于冷补沥青的添加剂为通过试剂配得，结合当地的气候条件，选择的沥青为90号基质沥青。

研究冷补沥青混合料的目的是为了在低温条件下对沥青路面的各种道路病害进行修补。稀释剂能够稀释和溶解沥青改性剂，使得沥青、稀释剂及沥青改性剂等完全融合在一起。同时，稀释剂从沥青混合料中以适当的速度挥发，能够随时间的增长逐渐增强其冷补沥青混合料修补沥青路面的效果。因此在进行稀释剂的选择时，应该注意选择与基质沥青极性相同的稀释剂。除此之外，所选择的稀释剂应当能够与冷补添加剂很好的相溶在一起。同时所选择的稀释剂能够在摊铺压实后逐渐的挥发出去。因此，依据上述的选择稀释剂的原则，经实验所得到的数据对比，并结合原料的造价，有无毒害等相关方面的考虑，航空煤油做基质沥青的稀释剂比较可靠。因而该实验将航空煤油作为稀释剂。在低温沥青混合料中主要起稀释沥青，增大沥青低温流动性的作用。

5 冷补沥青添加剂的材料比选

高性能冷补添加剂可能含有稀释降黏、黏度与黏附性补偿、触变促进及相变自生热等主要成分，本项目拟选用树脂类材料、橡胶类材料、触变变稠型材料与自生热型材料组成改性剂配方。树脂和橡胶类材料拟增加沥青强度和弹性；触变变稠型材料拟增加沥青在常温下与原坑槽界面的黏附性，防止高速行车时沥青黏附于车轮；自生热材料拟应用于施工时沥青自主加热，新旧沥青之间连接较于直接冷铺粘结度更高，加速溶剂挥发，使工期缩短通车更快。废旧轮胎橡胶粉(40目以下)代替常用SBR或SBS，环保、再生；拟引入相变自生热成分，促进结构强度形成；适合于寒区冬季施工使用(-20 ℃)，而能适应寒区冬寒夏炎热的服役使用。

6 研究结论

目前本项目相关研究试验已经结束，通过大量查阅文献资料，我们已经掌握有关冷补添加剂的制备及试验分析等相关知识，确定选取几种原材料进行冷补添加剂的合成，并设计正交实验用于优化配比的基础性质指标，精简试验。利用SPSS等数理分析软件分析得到最优化配比，确定各组成成分的最佳剂量。同时在此过程中总结完善相应的制备工艺，设计评价试验体系，进行多方向的综合技术评价，反馈优化配比。在研究过程中，与本实验相关的最新研发资料较少，对于本实验的研究方向有一定影响，由于现有实验室实验条件的限制，只能通过三大指标试验、马歇尔稳定度试验以及车辙试验等确定冷补沥青添加剂以及冷补沥青混合料的部分工作性能，并以此建立评价体系，有一定的局限性，不过在多方位的研究讨论下，得到一般评价体系和最优化配比方案以及道路用冬季冷补沥青添加剂的生产工艺。