隋 欣 录

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 研究目的

我国大量早期建成的沥青路面已经或即将进入养护高峰期，冷补沥青因其在路面坑槽修补方面的高效高强等性能优势备受青睐。但由于其造价较昂贵，且其技术性能对于国内高寒区环境存在不适应，较大的限制了冷补材料的推广。目前国内对于冷补添加剂的开发仍处于发展阶段，尚无成熟的高性价比产品，所以研究一种高性能、经济及环保的冷补添加剂是我们主要目的。冷补沥青分为乳液型和溶剂型，溶剂型沥青冷补添加剂对低温环境施工的适应性更好，为主要研究方向。

路面坑槽的及时与快速修补对保证道路的安全顺畅通行意义重大；同时，相对于受到施工环境严格限制的热补，冷补可改善工人的劳动条件、减轻环境的污染压力,因此推广冷补沥青混合料对社会、经济效益成就显著。

2 项目内容

基于前述的研究目的，提出如下三方面的主要研究内容：

1)通过分析冷补添加剂与沥青之间的相容性和其与沥青、矿料之间的催化作用这两种不同机理的冷补添加剂技术原理与性能特征，有针对性地选择技术方案。

2)选择冷补添加剂原材料，对冷补添加剂进行技术经济比选，确定合适的合成单体成分和剂量并针对主要成分的技术特点，考虑工程应用便利性等条件研究其合成技术。

3)冷补添加剂的应用性能验证。由前述所确定的几种有代表性的合成材料通过大量的冷补沥青混合料路用性能的室内试验方法及评价指标，最终确定一种工作性能良好、硬化速度较快、耐高温、无明显老化现象且适于我国高寒环境的冷补添加剂。

本项目将通过三大指标试验、马歇尔稳定度试验以及车辙试验，验证不同成分不同剂量的冷补添加剂对于实际工程中成品冷补沥青需具备的多项基础性能，如工作性、硬化速度、高温稳定性、低温抗裂性为考核指标。同时本项目将在原材料选择上进行创新，用废旧轮胎橡胶粉(40目以下)代替常用SBR或SBS，环保、再生，节约能源，最终成品于寒区冬季施工使用(-20 ℃)，也能适应寒区冬寒冷夏炎热的服役使用。

3 冷补沥青混合料技术机理

针对已有冷补沥青混合料进行性能检测。沥青是一种黏弹塑性材料，温度升高时其黏度降低，此时可进行沥青混合料的拌和、摊铺、压实等操作。温度越低，沥青黏度越大，此时混合料颗粒间相互黏结，混合料快速成型，达到能够满足实际工程需要的强度。

摩尔—库仑理论可以用来分析一般热拌沥青混合料的强度，通过对混合料试件进行三轴剪切试验，得到材料的黏聚力c、内摩擦角φ和正应力σ，可知沥青混合料的抗剪强度:τ=c+σtanφ，其中,τ为沥青混合料的抗剪强度，MPa;c为沥青混合料的黏聚力，MPa;σ为沥青混合料的正应力，MPa。

冷补沥青混合料是由几种主要成分构成的混合体系，主要包括沥青、矿料、添加剂和稀释剂，因此其强度形成机理也可以通过摩尔—库仑理论进行分析。在此理论基础上，对已有冷补沥青混合料进行浸水马歇尔稳定度试验，得到基础数据：最大强度2.02 kN，最大流值3.92 mm。

4 冷补沥青添加剂原材料的选择

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，在这个过程中沥青将会老化，消耗许多能量，同时也对环境产生一定的污染。因此，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尤为重要。

冷补沥青分为乳液型和溶剂型，溶剂型沥青冷补添加剂对低温环境施工的适应性更好，为主要研究方向。本项目冷补添加剂的制备预选用航空煤油、废旧橡胶粉、C5或C9石油树脂、RC-10矿物油。

航空煤油可稀释沥青，增强沥青低温流动性；废旧橡胶粉可以使沥青的高低温性能得到改善，也可以减少沥青路面的病害，同时废旧橡胶粉可回收利用，利于环境保护；C5或C9石油树脂具有一定的延展性和硬度，可增强沥青的粘结性；RC-10矿物油作稳定剂，使本冷补添加剂具有较长的贮存时间。

5 冷补沥青混合料的制备流程

冷补沥青混合料的制备流程与热拌沥青混合料相比要简单的多，施工也更加简单，工序不繁琐，便于运输和储存。采用冷补沥青混合料进行路面修补，可避免加重坑槽的损害，使得路面使用寿命延长。其生产工艺主要有下面几步。

5.1 沥青的改性

冷补改性沥青指标试验选择90号基质沥青，加入添加剂拌和后制备成冷补沥青液。冷补沥青液的制备实质就是将基质沥青改性，所需添加剂分为预聚体A和预聚体B，其具体操作为:

首先加热适量基质沥青，控制温度在115 ℃～125 ℃之间，然后根据沥青的质量按比例15∶1添加预聚体B，边加边搅拌均匀，用剪切机剪切30 min。然后再根据沥青的质量按比例15∶7添加预聚体A，用剪切机剪切20 min。拌制混合料时温度不能太高，防止稀释剂挥发，温度控制在110 ℃左右。

5.2 预聚体A和预聚体B的生产工艺

1)制备预聚体A：取适量矿物油加入高速剪切机中，升温至60 ℃～80 ℃时，加入预先称量好的C5石油树脂，继续升温至80 ℃～90 ℃时，启动高速剪切机剪切30 min～40 min，制得预聚体A，其中矿物油∶C5石油树脂=5∶1。

2)制备预聚体B：取适量煤油加入高速剪切机中，升温至30 ℃～40 ℃时，加入废旧橡胶粉，恒温加热20 min～30 min后，启动高速剪切机剪切的同时继续升温，温度达到90 ℃～100 ℃时加入预先称量好的C9石油树脂，恒温剪切30 min～40 min，制得预聚体B，其中煤油∶废旧橡胶粉∶C9石油树脂=4∶1∶1。

5.3 冷补沥青混合料的拌制

1)按照已经确定好的集料级配配置好集料，然后将其倒入拌和机械中，拌和温度为30 ℃，拌和时间为1 min。

2)根据试验确定的最佳沥青用量制备冷补沥青混合料，将改性沥青倒入拌和机械中，拌和时间为10 min。

3)按照矿粉的计算用量添加矿粉，拌和时间为5 min。

4)将冷补沥青混合料装入袋中密封，使用时可直接进行摊铺，压实。

6 研究结论

本冷补添加剂的开发与现有技术相比较，具有如下优点。

1)本冷补添加剂制造容易，用现有设备在加热条件下进行高速剪切和胶体研磨工艺即可制备。

2)使用本冷补添加剂配制成的道路路面材料具有优良的水稳定性、低温抗裂性和高温稳定性，既适于修补北方高寒区，也适于修补其他气候条件地区的道路路面，适用范围广。

3)使用本冷补添加剂配制成的道路路面材料，可存放较长时间，根据不同道路施工要求配制的各种路面材料贮存时间最低可放置半年。

4)使用本冷补添加剂配制成的道路路面材料，在施工时多取的量可以经储存后再用，不会浪费材料，节能环保。

5)使用本冷补添加剂配制成的道路路面材料，可在低温环境下直接进行路面施工，摒弃传统的热拌施工方法，施工方便快捷，对环境污染较小，不需封闭交通。