江陈龙 卫君毅 张辰辰

0 引言

坑槽作为沥青路面最为常见和最难修复的病害之一，若得不到及时处理，将造成严重的经济社会损失。采用热拌沥青混合料开槽修补是常见的坑槽维修方式，但由于热拌沥青混合料在低温季节施工困难，无法在较短时间内开放交通，坑槽修复往往错过最佳预防性养护时机。因此，能够在常温或低温下快速修复坑槽的冷补沥青混合料（Cold Patch Asphalt Mixture，CAM，简称冷补料），受到了各国道路养护工作者的重视。然而，在实际工程中，由于市场上的冷补料产品质量参差不齐，坑槽修复后路面二次破损频发，给道路使用者和养护单位造成了极大的困扰。

为了提高冷补料的质量和坑槽修复的效果，国内外对冷补料的评价方法进行了探索[1-3]。国外冷补料的评价方法通常都是针对各自企业标准，难以推广应用。国内《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40 -2004）[4]给出了冷补料低温操作性、耐水性等的试验检测方法，但对于评价冷补料技术性能的指标及试验方法仍不够系统和完整。随着冷补料被广泛地应用于高等级路面坑槽修复中，毛纬云[5]、张涛[6]、张争奇[7]等人一步提出了以强度、黏聚性、施工和易性、水稳定性和高温稳定性为主的冷补料性能评价方法。至2015年末，交通运输部相关工作组才提出并归口《沥青路面坑槽冷补成品料》（JT/T 972-2015）[8]，总结了冷补料施工性能、成型马歇尔强度和水稳定性评价方法。这些研究一定程度上完善了国内的冷补料评价体系，然而，国内冷补料性能评价试验方法普遍存在忽视冷补料实际使用条件，致使坑槽实际修复效果达不到预期。此外，目前国内鲜有明确的冷补料性能技术要求，难以对冷补料进行优选。因此，坑槽冷补材料的评价体系仍有待进一步完善。

现阶段我国公路养护需求已进入周期性的高峰，而沥青路面快速修复作为公路预防性养护的重要组成部分，尚未形成统一的试验方法与标准体系。本文的研究目的在于通过坑槽二次破损现状调研分析，并结合实际工程案例，对沥青路面坑槽冷补材料性能评价方法、评价指标及其标准进行研究，完善冷补料的评价体系，探索坑槽快速冷补材料评价技术的应用，为养护单位进行冷补材料优选及坑槽修复决策提供参考。

1 冷补料性能评价内容

采用冷补料进行路面修复的主要目的，就是及时、快速地恢复由于坑槽而降低的路面使用性能。因此，为了延长修复寿命，对冷补料修复坑槽后路面发生频率较高的二次破损类型进行了调研及成因分析，并以影响冷补料修复寿命的几项关键性能作为评价内容。

为进一步了解国内坑槽修复的二次破损情况，对江苏省若干公路与城市道路坑槽修复后的二次破损状况进行了现场调研，共记录了102 个冷补料修复后的路面坑槽二次破损情况，其中材料松散剥落、凹陷和裂缝是发生率最高的三种二次破损形式，分别高达48%、37.3%和30.4%。从病害情况来看，冷补材料本身的性能稳定性不足是引起二次破损的主要原因。

综合上述调研结果，根据二次破损特征和发生率将沥青路面坑槽修复常见的二次破损分为变形类、松散类、裂缝类共3种类型。根据这3 类病害的成因调研，应重点对冷补料的施工性能、初始强度、黏聚性、成型强度、水稳定性和高温稳定性进行评价，如表1 所示。

2 冷补料性能评价技术要求

通过对若干种典型冷补料的室内试验研究，并参考现有国内外相关规范和研究成果，综合提出冷补料各项性能的技术要求建议值，为养护单位进行材料优选提供参考。

2.1 试验材料

目前国内主流的坑槽冷补料主要以国产冷补料、美国冷补料及日本冷补料为代表。为使试验材料更具有代表性，选取表3所示4 种冷补料，对不同冷补料的施工性能、初始强度、黏聚性、成型强度、水稳定性和高温稳定性进行评价，为坑槽修复冷补料优选提供依据。

2.2 试验评价及技术要求

2.2.1 施工性能

我国采用经验法简单评价冷补料施工性能，而国外一般使用坍落试验、贯入试验等量化评价方法，但普及率较低。试验条件允许下，建议采用贯入试验对冷补料施工性能进行评价，否则以经验法代替，评价指标为贯入强度W 或施工性能等级G。对4 种冷补料依次进行经验法和贯入实验，结果如表4 所示。

贯入强度越大或施工性能等级越低，冷补料的施工性能越差，拌和与压实难度越大。根据表4，LD 的的贯入强度为4.6 kg/cm2，相较其他三种冷补料，施工性能最差。但实际上冷补料的耐久性和施工性能通常是负相关的[9]，因此FHWA[1-10]认为，当贯入强度W≤3 kg/cm2时冷补料的施工性能是合格的，且贯入强度不宜超过4 kg/cm2。为平衡冷补料耐久性与施工和易性之间的矛盾，建议贯入强度1 kg/cm2≤W≤4 kg/cm2，采用经验法评价时施工性能等级则不低于3 级。

2.2.2 初始强度

冷补料定位于应急修复，需在摊铺、碾压之后迅速形成一定的初始强度抵抗交通荷载下的推挤变形。冷补料初始强度主要由骨架嵌挤力构成，不宜采用测试沥青粘结性能与骨架嵌挤共同作用的马歇尔试验。此外，在实际开槽修复中，冷补料在5个面上都有围压，这与马歇尔试验模拟的条件是不同的。因此本文从试件结构和加载方式两方面考虑，设计了初始抗变形试验来代替马歇尔试验，以车辙深度评价冷补料的初始强度。具体实验步骤如下：1）将成型的车辙板割成4 等分，每一等分尺寸为300 mm×75 mm×50 mm；2）重新组合切割好的“1/4 车辙板”，形成尺寸为 300 mm×150 mm×50 mm 坑槽；3）将 20℃保温后的冷补料填入坑槽，再次碾压形成新的车辙板复合试件，以此模拟坑槽修复过程，如图1 所示。

表1 冷补材料性能评价内容

表2 试验用成品冷补料基本信息

表3 施工性能试验结果

图1 坑槽室内试验模拟

根据上述试验步骤对LD、RPT、DR 和RH 分别进行初始抗变形试验，所得结果见图2。由图2 可知，DR 的初始强度最低，车辙深度达到了6.7 mm，而RPT、DR 和RH 车辙深度均小于5.5 mm。考虑到冷补料受到的车辆荷载碾压作用低于新建路面，可适当放宽技术要求，建议初始抗变形试验技术要求为车辙深度d≤7 mm。

2.2.3 黏聚性

按AASHTO 中的滚动筛试验方法[1]，对4 种冷补料进行滚动筛试验，以残留率mr 评价冷补料的黏聚性，试验结果图3 所示。可以看出：LD 在试验过程中脱落明显，残留率不足20%，远远低于其余三种冷补料，黏聚性最差。RPT、DR、RH 的残留率均超过了75%，黏聚性较好。根据实际工程需求，推荐残留率不小于70%。

2.2.4 成型强度

本文选取马歇尔稳定度MS 评价冷补料的成型强度。冷补料试件在室温下的强度增长很慢，须通过加速养生使其快速达到成型强度，故将冷补料试件置于110℃烘箱中养生24 h，来模拟冷补料试件成型。此外，考虑到60℃水浴30 min 条件下，冷补料易发生松散，本文将水浴温度降至25℃，延长水浴时间至1 h。按照上述试验要求分别测试LD、RPT、DR 和RH 的成型强度。结果表明，LD 的成型马歇尔强度最低，仅为2.3 kN，而DR的成型马歇尔强度最高，接近LD 的3 倍。此外，RPT、RH 的成型马歇尔强度均超过4 kN。《公路沥青路面施工技术规范》要求冷补料马歇尔稳定度不低于3 kN，对各级公路密级配热拌沥青混合料马歇尔稳定度最低要求为5 kN，考虑到冷补料马歇尔试件在110℃烘箱内加速养生24 h 后，其稳定度仍能继续增长，本文建议冷补料成型强度仍可以3 kN 为最低要求，则4 种冷补料中仅LD 不满足这一标准。

2.2.5 水稳定性

考虑冷补料水损害发生成因和实际工程应用的可行性，选取修正后的冻融劈裂试验评价冷补料的水稳定性，评价指标为冻融劈裂试验强度比TSR。其中将冻融劈裂试验水浴条件由60℃水浴30 min 调整为25℃水浴1 h。分别对4 种冷补料进行修正的冻融劈裂试验，并计算冻融劈裂试验强度比，结果如图4所示。《公路沥青路面施工技术规范》指出，年降雨量在500 mm以上的潮湿区和湿润区的热拌沥青混合料TSR 值不低于75%，而众多工程实践表明，热拌沥青混合料的抗水损害性能远优于冷补料，考虑到冷补料自身性能的局限性，且其定位于应急修复，其标准可略低于热拌沥青混合料，故建议冷补料TSR 不低于70%。

2.2.6 高温稳定性

坑槽修复容易发生变形类二次破损，主要原因之一就是高温条件下冷补料缺乏足够的抗变形能力。高温稳定性作为沥青混合料性能检验中最重要的指标，本文仍采取工程中广泛应用车辙试验对其进行评价，但为了模拟冷补料在溶剂挥发和车辆碾压下空隙率减小和强度形成的过程，对试验进行了以下修正：先碾压车辙板16 次，再置于110℃烘箱内加速养生24 h，取出后再立即碾压8 次。按上述试验方法对4 种冷补料进行车辙试验，结果如图5 所示。可以发现，RH 的动稳定度最高，达到了1 500次/mm，高温下抗变形能力最强，而LD 的高温稳定性明显低于其余三种冷补料，动稳定度不足300 次/mm，而RPT、DR 的动稳定度处于中等水平，且均超过600 次/mm。事实上由于采用110℃养生24 h 的方法进行加速养生后，冷补料中的冷补添加剂不能完全挥发，冷补料中残留的冷补添加剂影响了其混合料性能，导致冷补料动稳定度往往低于热拌沥青混合料。因此，冷补料的高温抗变形性能技术要求应在热拌沥青混合料技术要求的基础上适当降低，建议冷补料动稳定度不低于600 次/mm。

3 工程实例

图2 不同冷补料初始抗变形试验车辙深度

图3 不同冷补料滚动筛试验残留率

江苏省内某公路重载车辆所占比例较高，交通量大，且由于所处区域夏季气温高，降水量大，建成通车不久便出现了大量的路面破坏，而市场上的冷补料质量良莠不齐，坑槽修复效果不理想，使得养护单位被坑槽问题长期困扰。因此养护单位希望选用性能优良的冷补料，延长坑槽修复寿命。

总结各冷补料的性能评价试验结果可知：DR 的施工性能和使用性能整体最好，但价格较为昂贵；RH 在使用期间抵抗变形的能力最突出，水稳定性也仅次于DR；LD 的残留率、成型马歇尔稳定度、动稳定度均达不到技术要求，使用性能最差；除高温稳定性外，RPT 与RH 的使用性能相近，满足各项性能技术要求。由于该地年降雨量较大，且夏季高温，综合考虑冷补料使用性能和经济成本，推荐RH 作为坑槽快速修复材料。在此基础上，统一采用标准的切槽修补工艺，对4 种冷补料进行图6所示的坑槽修复现场试验，并对修复的坑槽进行观测记录。

观测结果表明，4 种冷补料中，LD 修复效果最差，其修复的坑槽在18 周后已全部失效；RPT 与DR 修复的坑槽在第42 周时全部发生二次破坏，其中，RPT 修复的坑槽早期破坏严重，18周时失效率达到80%；RH 坑槽修复后寿命最长，52 周后仍有20%存活。由实例可知，所提出的冷补沥青混合料评价试验方法和技术要求能较好地反映冷补料的路用性能，便于养护单位优选材料，且满足技术要求的冷补料具有较好的坑槽修复效果。

图6 冷补料坑槽修复施工

4 结论

（1）在对冷补料坑槽修复后路面二次破损调研的基础上，分析了冷补料性能需求并确定了冷补料评价内容，包括施工性能、初始强度、黏聚性、成型强度、水稳定性及高温稳定性。

（2）设计了初始抗变形试验，用于评价修复材料的初始强度，采用贯入试验或经验法、滚动筛试验、修正的马歇尔试验、修正的冻融劈裂试验和车辙试验评价冷补料的施工性能、黏聚性、成型强度、水稳定性和高温稳定性。

（3）通过对典型冷补料的室内试验研究，结合国内外相关规范和研究成果，确定了冷补料各项性能的技术要求：施工性能应满足贯入强度1 kg/cm2≤W≤4 kg/cm2或施工性能等级G≥3 级，使用性能应满足初始抗变形试验车辙深度d≤7 mm，滚动筛试验残留率mr≥70%，成型马歇尔稳定度MS≥3 kN，动稳定度DS≥600 次/mm，冻融劈裂试验强度比TSR≥70%。

（4）通过工程实例检验，所提出的冷补沥青混合料评价试验方法和技术要求能较好地反映冷补料的路用性能，且满足技术要求的冷补料具有较好的坑槽修复效果，可以为养护单位决策提供参考。

图4 不同冷补料的TSR

图5 不同冷补料的动稳定度