摘要：为了解决沥青路面开挖和坑槽不及时修补而造成水下渗，进而对路面、路基水损害的问题。通过大量的试验研究，研制出储存式沥青冷补料，其路用性能比较优良，满足规范的要求。储存式沥青路面冷补料使用方便，随用随取，无需重型施工机械，修补快，并可以立即恢复道路交通。阐述了储存式沥青路面冷补料的生产和施工工艺。
关键词：水损害；冷补材料；沥青路面；试验
0引言
城市道路反复开挖是当前城市建设中的一个通病[1]，道路开挖最根本的原因是埋设地下管线[1]，新增、维修、抢险管线都会造成路面开挖。目前,明挖暗埋是我国城市地下管线工程的主要施工方式,但开挖路面的修复效果却普遍较差[2]。我国城市道路沥青路面的雨水井、检查井等公共设施开挖及其他维修，需要快速有效路面修补材料。
截止2013年底，我国高速公路的总里程达10.4万km，其中90%以上是沥青路面。然而受交通荷载与环境因素的综合作用，沥青路面易出现坑槽病害，特别是在雨季集中爆发形成坑槽带，使车辆不得不改变行驶路线和降低速度[3]。水损害型的坑槽是沥青路面早期破坏最常见的路面坑槽[4]。坑槽不及时治理就容易产生路基路面的严重水损害问题。
水损害是沥青路面中的重要课题,也是沥青路面早期破坏的主要影响原因，研究减轻甚至杜绝水损害对于提高沥青路面的舒适性和使用性能很有意义[5]。
冷补是开挖和坑槽修补所采用冷拌沥青混合料[6]。适用于工期紧迫的沥青路面的修补作业[6]。在城市道路开挖修补和道路病害治理中冷补材料有良好应用现状和前景。本文分析道路维修养护对于防水毁沥青路面冷补材料的要求，研究道路维修养护对于防水毁沥青路面冷补材料，以期快速有效修补路面，减少水损害。
1研发防水毁沥青路面冷补材料的意义
路面一旦发生坑槽，越早修复就越省时省力。如果修补不及时，损毁的面积和深度会越发严重，甚至会影响到路基的使用，最终大大增加维护成本[7]。冷补工艺特点是修补迅速、不需加热、开放交通快[6]，有利于开挖和坑槽的及时快速修补。
使用性能优良、施工便捷、价格合理的冷铺沥青混合料进行沥青路面开挖和坑槽进行修补是路面养管技术的发展方向。这样既能使路面养护维修工作做到及时、方便，又能大幅度降低维修费用。沥青路面维修养护工作对这种材料的需要很迫切。
沥青路面的冷补料在路面的修补施工温度(季节)、湿度等方面有重大拓宽，通过降低施工温度从而大大改善了施工条件，同时节省了资源[7]，符合当前“资源节约型，环境友好型”社会的需求。
2沥青路面储存式冷补材料的研发
2.1 原材料
(1)沥青
考虑到冷补沥青混合料要求易于操作和保证它的疏松性以及冬季的工作性，应采用低稠度沥青。但是为了保证混合料在夏季不发软形成油包，改善它的高温稳定性，研究采用了中石油高富沥青AH-90。
(2)乳化剂
储存式冷补料乳化沥青在储存时将乳化沥青与石料混合均匀一起装袋储存，要求冷补料乳化剂的破乳速度非常慢，与石料储存时能少量破乳甚至不破乳。因此必须采用慢裂乳化剂，为了保证乳化剂与石料接触不破乳，最好选用不带电荷的非离子乳化剂。但是非离子乳化剂虽然能与石料储存较长时间，但是由于非离子乳化剂不带电，破乳后很难与石料有良好的裹附性，因此综合考虑在非离子乳化剂中复配一定量的慢裂阳离子乳化剂，作为本次冷补料研究中的乳化剂。
根据乳化性能，储存稳定性的比选，选择了非离子乳化剂辽宁华兴AE0-9和阳离子乳化剂E4875作为乳化沥青生产用的乳化剂。
（3）石料
为了避免集料与沥青的粘附性不好，本文采用了碱性石灰石石料。
2.2乳化沥青的研制
首先通过实验确定乳化剂的复配比例和用量，主要考察成型后与石料的裹附性。试验结果确定阳离子乳化剂和非离子乳化剂的复配比例为6:5。为了保证复配乳化沥青的储存稳定性，两种乳化沥青的用量分别定位1.2%和1.0%。生产出的乳化沥青应符合《公路沥青路面施工技术规范》拌和用乳化沥青的基本性能指标，因此对复配乳化沥青进行了性能检测，如表1所示。
表1 冷补料用乳化沥青性能指标
项目
标准
复配乳化剂
筛上剩余量 不大于(%)
0.1
0.01
电 荷
+
+
破乳速度试验
慢/中裂
慢裂
粘度
沥青标准粘度C25,3(s)
10~60
15s
蒸发残留物含量 不小于(%)
55
60.5
蒸发残留物性质
针入度(100g,25℃,5s)(0.1mm)
45~150
90.6
延度 (15℃)不小于(cm)
40
>100
储存稳定性 1d 不大于%
5d 不大于%
1
5
0.2
4.5
与粗、细粒式集料拌和试验
均匀
均匀
从表1中可以看出，冷补料用乳化沥青的各项性能完全能符合规范要求。
2.3配合比设计
对于乳化沥青冷补料采用的级配以细集料为主，粗集料相对较少，而且矿粉用量在混合料中占有很大比例，连续密级配，且适当增加级配中矿粉的用量。其特点是采用较多的细集料以解决混合料的疏松性和压实性。最终设计的级配如表2。
表2 本研究中冷补沥青混合料的矿料级配
类 型
通过下列筛孔的百分率(%)
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
冷补料
100
95.6
84.5
52.6
42.0
29.2
22.2
12.7
9.9
7.0
2.4冷补改性沥青混合料配方优化
（1）乳化沥青用量的确定
在沥青混合料中。当沥青用量较多时，集料表面沥青膜较厚，自由沥青较多，相互之间容易粘结，混合料易结块成团，结团后也不易打散；当沥青用量较少时，不足以充分裹附集料表面，集料颗粒之间的粘结性差，碾压不能使混合料形成整体，路面容易出现松散。因此，冷补沥青混合料有适宜的沥青用量。在《公路沥青路面施工技术规范》中写到冷补料的沥青用量通过试验并根据实际使用效果确定，通常宜为4％～6％。
本文针对冷补料的级配特点确定最佳沥青用量为5.3%~5.5%。
（2）用水量的确定
乳化沥青冷补料在拌和前，需要在石料中加入一定量的润湿水，润湿水的加入主要有两方面的作用：一是使乳化沥青和矿料能拌和均匀；二是水分的存在能提高乳化沥青冷补料的储存时间，延缓破乳时间。因此用水量的确定至关重要。
（3）破乳剂的用量
破乳剂的主要用于加快破乳速度，让乳化沥青冷补料铺设在路上时能马上形成强度，立即通车。在本研究中，采用XR-5作为破乳剂，它易吸收水分，最终成为稳定的材料。利用XR-5的吸水性，吸收乳化沥青中的水分，破坏乳化沥青稳定体系，使沥青和水两相分离，从而达到快速破乳和形成强度的目的。
通过试验，可以从实验结果中看出，随着破乳剂用量的增加，试件的破乳后析出的水分逐渐减少，因此形成强度的时间也大大减少。综合考虑，当破乳剂的用量达3%的时候，破乳剂的用量基本能完全吸收乳化沥青破乳的水分，达到较高的强度。
通过以上的研究，最终确定了储存式乳化沥青冷补料的配比。见表3。
表3 冷补料配比结果
参数
油石比
总加水量
破乳剂用量
乳化剂
储存时间
用量
5.3%
9.5%
3%
复配乳化剂
7d以上无结团或硬化
以上参数可在以后的实践中微调。如冷补料储存时能完全密封，可适当将用水量调低，但总用水量不宜小于9%。
3冷补改性沥青混合料性能
乳化沥青冷补料并没有相应的试验方法，参考《公路沥青路面施工技术规范》和文献，主要考虑以下三种性能试验：
（1）粘聚性试验方法
将冷补材料800g装入马歇尔试模中，取出后双面各击实5次，制作试件，脱模后放在标准筛上，将其直立并使试件沿筛框来回滚动20次，破损率不得大于40％。
（2）冷补沥青混合料马歇尔试验方法
称混合料1180g在常温下装入试模中，双面各击实50次，然后在室温放置24h后脱模，再将试件置于15℃水温中保温30分钟，测定马歇尔稳定度。
（3）冷补沥青混合料残留马歇尔试验方法
称混合料1180g在常温下装入试模中，双面各击实50次，然后在室温放置24h后脱模，脱模后将试件分为二组，将一组试件置于15℃水温中保温30分钟，测定马歇尔稳定度Ⅰ；另一组试件置于15℃水温中保温48小时，测定马歇尔稳定度Ⅱ。残留稳定度为稳定度Ⅱ/稳定度Ⅰ×100%。
将研究配比下冷补乳化沥青混合料进行试验，试验结果如表4所示。
表4 冷补沥青混合料的力学性能
指标
粘聚性试验破损率
马歇尔稳定度
残留马歇尔稳定度
参数
<20%
3KN
85%
为了对比冷补料的性能，将实验室的稀释沥青类冷补料按照同样的和试验方法进行了对比，试验结果如表5所示。
表5稀释沥青类冷补料的力学性能
指标
粘聚性试验破损率
马歇尔稳定度
残留马歇尔稳定度
参数
<18%
3.5KN
90%
两者的对比结果可以发现，乳化沥青冷补料的性能略低于这种冷补料，但是在粘聚性试验破损率和马歇尔稳定度试验上接近普通热沥青类冷补料的性能。
4储存式冷补料生产和施工
4.1储存式冷补料生产
（1）生产设备
采用一般的拌和设备，不需要加热装置。
（2）生产流程
按矿料配合比设计，将各种规格集料计量后，输送到搅拌机中，拌和4~6s。
按计算出的外加水泵入到搅拌机中，搅拌30s~1min，将石料充分润湿。再加入计量好的乳化沥青，搅拌1min，让乳化沥青和石料能拌和均匀。最后将冷补料装入储存袋中密封，不可进入空气，即得冷补混合料组分。按照每包装的冷补混合料组分计量所需的破乳剂，另袋封装。
入库储存，并定期检查储存室的温度、湿度及混合料储存稳定性。不同存期的混合料要分别堆放。
4.2储存式冷补料施工
冷补乳化沥青混合料较适合路面坑槽的修补，由于其具有良好的工作性能、疏松性能、和易性，在潮湿或低温季节也可进行修补。具有使用方法如下(公路沥青路面养护技术规范)：
（1）按照“圆洞方补、斜洞正补”的原则，划出所需修补坑槽的轮廓线。
（2）沿所划轮廓线开凿至坑底稳定部分，其深度不得小于原坑槽的最大深度。
（3）清除坑槽、槽壁的松动部分及粉尘、杂物，并刷涂粘层油。
（4）填入沥青混合料并整平。
（5）用小型压实机具或铁制手夯将填补好的部分压实。新填补的部分应略高于原路面。如果坑槽较深，应将沥青混合料分两次或三次摊铺或压实。
5结语
（1）沥青路面开挖和坑槽修补不及时造成水下渗，进而对路面、路基水损害。冷补料是解决水损害的一个好的选择。
（2）通过大量的试验研究，研制出储存式沥青路面冷补料，其路用性能比较优良，满足规范的要求。冷补料无需重型施工机械，修补快，并能立即恢复道路交通。
（3）储存式沥青路面冷补料使用方便，随用随取，能及时修补路面开挖和坑槽等病害，减少沥青路面水损害，有一定的应用推广价值。
