冷补沥青混合料配合比设计与性能试验

马永柱，李钦勇，杜志刚，陈宗武

（1.通辽市交通工程局，通辽 028000；2.锡林郭勒盟宝昌养路工区，宝昌 027000；3.锡林郭勒盟公路管理处，锡林浩特 026000；4.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070）

冷补沥青混合料是一种路面坑槽病害修补养护高性能材料，这种材料不受施工季节条件影响，可随时按量取用，及时进行路面病害修补，具有节能、高效、快速等优点。该文结合内蒙古中东部地区特有的气候和交通量特点，对溶剂型冷补沥青混合料材料组成、配合比设计、混合料性能等进行了深入研究。结果表明，自制冷补沥青混合料具有优良的使用性能，能够满足路面坑槽病害修补养护要求。

1 原材料性能

1.1 基质沥青

冷补沥青混合料用基质沥青性能要求与热拌沥青混合料相同，本试验中采用中油辽河石化公司生产的90号A级重交通道路石油沥青，其基本性能指标满足JTGF40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求，软化点45.6℃、延度（15℃）大于120cm、针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）94、视密度1.022g/cm3。

1.2 稀释剂

稀释剂是确保冷补沥青在常温或低温下具有比热拌沥青更低的粘度，使沥青保持一定的流变性，从而使冷补沥青混合料具有良好的工作性和存储性。冷补沥青稀释剂以有机溶剂为主。该文选用质量符合要求的车用0号柴油为稀释剂。其主要性能为：视密度（20℃）0.863g/cm3、闪点（闭口杯法）63℃、运动粘度（20℃）8mm2/s、冷滤点－1℃、凝点－4℃、无机械杂质。

1.3 添加剂

冷补添加剂是一种复合改性剂，由混合溶剂、改性树脂及多种表面活性剂组成，具有增粘、增塑、防水和补强作用，文章选取主要成分为胺类和妥尔油的添加剂。

将基质沥青、稀释剂和添加剂进行掺配制备出试验用的冷补沥青，其掺配比例见表1。

表1 试验用冷补沥青配方

1.4 矿质集料

矿料选用当地优质的玄武岩集料，其主要性能为：表观密度2.926g/cm3、吸水率0.5%、压碎值9.1%、洛杉矶磨耗值8.0%、坚固性0.3%、与沥青的粘附性等级4级；细集料砂当量80%，棱角性（间隙率法）45%。

1.5 填料

填料选用优质石灰岩磨制而成的石粉，其主要性能为：表观密度2.703g/cm3、亲水系数0.86、0.075mm筛通过率87.2%。

2 冷补沥青混合料结构类型

JTGF40—2004《公路沥青路面施工技术规范》表8.4.2给出了冷补沥青混合料的级配范围，试验用冷补沥青混合料合成级配通过率与合成曲线分别见表2和图1所示：

表2 LB－13型冷补沥青混合料级配范围

3 最佳沥青用量的确定与混合料性能检验

冷补沥青混合料最佳沥青用量的确定采用同济大学推荐的经验公式进行计算，同济大学经验公式见式（1）所示

式中，P为冷补沥青液用量，%；a为大于2.36mm颗粒质量百分率，%；b为0.3～2.36mm颗粒质量百分率，%；c为0.075～0.3mm颗粒质量百分率，%；d为小于0.075mm颗粒质量百分率，%。

式（1）是在保证最佳沥青膜厚度的基础上推导出的冷补沥青最佳用量计算公式，通过矿料合成级配通过率，根据公式可估算出冷补沥青最佳用量。文章根据公式（1）估算出试验用LB－13型冷补沥青混合料最佳沥青用量为4.719%（取值4.7%），同时，为验证其结果准确性和可靠性，根据计算值，以±0.3%的冷补沥青用量拌制混合料，进行相关性能的室内试验。

3.1 工作性检验

现阶段对于冷补沥青混合料工作性能主要采取经验法进行判定，该试验采用以下方法对其低温工作性进行评价。

试验方法：按照4.4%、4.7%、5.0%3个沥青含量进行冷补沥青混合料的拌制，为保证混合料拌和质量，拌制前将矿料在105℃烘箱中加温4h，冷补沥青在85℃恒温水浴中预热2h，拌和机搅拌缸预热温度120℃，拌制步骤与热拌沥青混合料一致。将拌制完成的冷补沥青混合料用方盘盛出，采用四分法均匀分成两组进行，准确称取1 000g混合料以松散状态放置于5℃的恒温箱中，放置72h后取出两组冷补沥青混合料，对混合料的分散状态进行判定，以1～5五个级别对其进行划分，其参考标准依据表3进行，3组沥青用量下的混合料工作性能观测结果见表4。

表3 冷补沥青混合料工作性能评价

表4 不同沥青用量下的混合料工作性能观测结果

从工作性能观察实验结果可以看出，采用计算沥青含量在试验室拌制的冷补沥青混合料工作性能能满足施工和易性需要，但从大批量拌和生产质量控制上考虑，其沥青含量可以提高0.1%，即采用4.8%的沥青含量进行生产。

3.2 强度试验

采用马歇尔试验方法，取冷补料1 180g左右（以试件高度符合63.5±1.3mm为标准），常温下（20～25℃之间）正反面各击50次，连同试模一起以侧面竖立方式置110℃烘箱中养生24h，取出后再双面各击实25次，再连同试模在室温中竖立放置24h，脱模后在60℃恒温水槽中养生30min，进行马歇尔试验，要求马歇尔稳定度不小于3.0kN。3种沥青用量下冷补沥青混合料的马歇尔稳定度试验结果如表5所示。

表5 不同冷补沥青用量下的马歇尔试验结果

由表5试验结果可以看出：在4.4%、4.7%和5.0%三种沥青用量条件下，冷补沥青混合料的马歇尔稳定度均大于3.0kN的技术要求，且在最佳沥青用量条件下的稳定度最大，说明室内试验时采用经验公式计算出的最佳沥青用量是可行的。

3.3 粘聚性试验

粘聚性试验用于评价成品冷补料的颗粒之间互相粘结，在低温环境下不松散的特性。

试验方法：将冷补沥青混合料800g装入马歇尔试模中，放入4℃恒温室中3h，取出后双面各击实5次，制作试件，脱模后测量每个试件的质量G，然后逐个将试件放在标准筛上，将其直立并使试件沿筛框来回滚动20次，大约每秒一次，打开筛盖，称取最大的一块的质量（G1），计算质量损失C。要求损失率：C＝（G－G1）/G×100%＜40%。

由于试验规程未规定标准筛的筛孔尺寸，该试验采用26.5mm的标准方孔筛进行粘聚性试验，每种沥青含量下制作5块试件，试验结果取5块试件的算术平均值，三种沥青含量下的试件粘聚性试验结果见表6。

表6 不同冷补沥青用量下的粘聚性试验结果

粘聚性试验结果表明，三种沥青含量下混合料试件的粘聚性试验结果均满足要求。

3.4 粘附性

冷补沥青混合料的粘附性试验采用水煮法（或水浸法）检验，要求水煮（或水浸）过后骨料表面沥青胶浆裹覆面积不得小于95%。

试验方法：在1 000mL烧杯中注入800mL左右的蒸馏水，加热至沸腾，取250g的冷补沥青混合料（沥青含量4.7%）放入沸水中，以1周/秒的速率用玻璃棒搅拌，持续3min，停止加热并将水面上漂浮的沥青用脱脂棉吸附干净，以免形成二次裹覆，将水冷却至室温，倒掉水分并将湿混合料放到白纸上，参照普通沥青与集料粘附性试验观察方法，观察、评定冷补沥青与集料的粘附性等级。要求冷补沥青与集料的粘附性等级达到5级。经水煮法检验，该试验所配制的冷补沥青与试验用玄武岩集料拌制的冷补沥青混合料水煮过后集料表面沥青胶浆裹覆面积基本没有变化，只是少数骨料局部棱角部位沥青膜变薄。

3.5 存储性与施工和易性

将拌制好的冷补沥青混合料用特定的包装袋进行密封包装，在阴凉干燥处存放一个月后从包装袋倒出，根据表3所述，观察混合料的工作性能，并在不加热的情况下根据3.2节方法进行马歇尔击实试验，测定混合料马歇尔稳定度，以此方法来检验冷补沥青混合料的存储性能和施工压实性能，保证冷补沥青混合料既具有优良的松散性，又有良好的可压实性。在4.7%沥青用量条件下，冷补沥青混合料的存储性与施工和易性试验结果如表7所示。

表7 最佳沥青用量下混合料的存储性与施工和易性试验结果

冷补沥青混合料的存储性与施工和易性试验结果表明，采用试验配比和4.7%沥青用量拌制的冷补沥青混合料在密封袋中放置一个月以后，在靠近包装袋内侧的混合料有少量结团，但结团经轻拍后能轻易散开，包装袋中间部位的混合料流动性良好，用铁铲翻拌容易，混合料马歇尔击实试验成型容易，马歇尔稳定度均值5.6kN，仍然满足技术要求。说明试验设计的材料和级配具有良好的存储性与施工和易性。

4 结 论

a.试验以90号A级道路石油沥青为基质沥青、0号车用柴油为稀释剂，采用混合型高分子聚合物添加剂，配制出溶剂型常温用（5～15℃）冷补沥青，经测试，其性能满足常温型冷补沥青的性能要求。

b.室内试验结果表明，采用施工技术规范提供的级配范围，以经验公式计算出的最佳沥青用量为基础，调试出的LB－13型冷补沥青混合料各项性能均满足要求，可用于路面养护施工。

c.冷补沥青混合料施工工序简单、环保，施工质量可控，还可以根据不同季节需要进行掺配调整，进行全天候的快速养护，适合在北方寒冷地区大力推广和应用。

［1］ JTG F40—2004.公路沥青路面施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ JTG E20—2011.公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］ 盖卫鹏.冷补沥青混合料养护技术研究［D］.长安大学，2010.