高寒地区冷补材料的应用

                  (1.满洲里市公路养护管理站；2.满洲里市交通局，内蒙古 满洲里 021400)
摘 要：文章通过对内蒙古自治区呼伦贝尔市G301海拉尔-满洲里公路应用冷补材料处置冬季沥青路面坑糟病害的施工实践，介绍了冷补技术的特点、路用性能、成型机理，并对使用效果进行了分析。
关键词：冷补材料；沥青路面坑糟；处治；应用技术
中图分类号：U418.4^＋1  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)04—0080—02
      冷补材料是一种全天候新型修补材料,优良的粘结性能和松散的施工性能是它不同于普通常温或低温修补材料的显著之一。20世纪80年代初,欧洲就曾经广泛使用过,而在1998年以前,中国没有真正意义上的冷补材料,只有阳离子或阴离子乳化沥青用于常温或低温修补。大量的应用是在1998年以后。
      在道路养护中,冷补材料是相对于传统的高温或常温修补概念而言。它是道路沥青与柴油搅拌成为稀释沥青后,再加入冷补添加剂合成为冷补(改性)沥青并与矿质集料拌和成为冷补材料成品。具体的讲,沥青冷补混合料是指没有加热的矿料(骨料)与掺加改性剂的稀释沥青经过拌和而形成的一种混合料。
1 冷补技术的特点
      ①适用的气候和环境。可在-20～20℃之间的温度适用;其防水性能极佳,一般的雨雪天气和轻微积水的坑槽都可进行修补。②施工工序简单。应用冷补材料修补时无需粘层油,成品混合料可随取随用,不需要重型施工机械压实,可根据路面的不同修补情况采用压路机压实、冲击夯压实、人工压实或汽车轮胎碾压即可。③使用周期长。因其沥青中掺加改性剂的原因,成品混合料具有极强的抗老化和粘结性能,修补后的坑糟,不易产生脱落、松散等不良现象,不需重复修补。④存储期长，和易性好。成品混合料在低温下可无遮盖存放2～3d,且施工和易性较好,处治容易。袋装密封成品存放时间可更长。⑤生产工艺简单。可直接利用传统的热沥青搅拌设备或简单的沥青混合料拌和机在工地生产。⑥养生时间大大缩短。冷补材料修补过的区域无需封闭交通,可立即通车,大大缓解因道路修补而造成的交通压力。⑦提高绿色环保价值。冷补材料的生产与使用不会产生粉尘和黑烟,且成品不会溶解于水,因而不会污染大气和地下水,有利于环境保护。⑧适用范围广泛。与沥青混凝土、水泥混凝土等不机基质的材料均有良好的粘结力,可应用于不同等级公路及桥梁伸缩缝部位的修补与养护。⑨修补造价较低。可减少冬季病害的工程量,降低养护费用成本,基本上达到早期预防病害减少大量费用投入的目的。
2 冷补材料的路用性能
      ①能完全覆盖潮湿的骨料。②能够在低温下仍有较好的施工和易性。③在路面坑洞有水的情况下,冷补材料能与原有路面结合紧密。④在干燥、多尘的坑洞中冷补材料能够与原有路面黏附。⑤在温度较好时,冷补材料对轮胎的重复荷载有足够的抵抗能力。⑥本冷补材料最初仅需要有限的压实，但具备抵抗连续的挤压和车辙的能力。⑦冷补材料具有极佳的抗水损害能力。
3 冷补材料（混合料）的成型机理分析
      呼伦贝尔市位于内蒙古自治区东部，地处高寒地区属冬分六区。沥青路面的温缩裂缝首先发生在每年11月份的开始次寒流或寒潮到来之际，此时沥青面层的温度大体上还在5～10℃左右，由于突然的快速降温，沥青混合料的应力松弛性能适应不了路面内降温收缩应力的增长，从而产生路面坑槽等病害。而在此温度条件下，改性剂与溶剂（稀释剂）将使基质沥青变得柔软，表现为针人度变大，延度增大，故可使抗裂性能提高，减少温缩裂缝的产生，或者度过这一降温关而不发生裂缝。而对于普通热沥青在冬季进行修补却达不到这一要求。热沥青只有在平均15℃气温以上才能使用，否则不能保证沥青混合料的路用性能。
      冷补材料强度的形成过程与热沥青混合料的强度形成过程有所不同。热沥青混合料用的沥青是热塑性的，当沥青的温度降低到一定温度时经过一定遍数的碾压混合料的强度就完成形成，时间软短。而冷补沥青混合料中的沥青经过填加改性剂和溶剂（稀释剂）后，已经不具备原来的热塑性，它为了适应冬季的低温抗裂应力的强度形成过程是一个缓慢的过程。冷补混合料在被摊铺、碾压时具有可塑性、且其流动性较好，几乎能填满坑槽中的所有孔隙。并且坑槽中的冷补料在行车和空气的作用下使混合料中的一部分溶剂挥发，从而使沥青逐步变稠，冷补混合料颗粒之间的嵌挤更加紧密，空隙率逐渐减少，矿料相互间的粘结更加牢固，混合料的密实度也逐渐增大，对路面较的感觉会逐渐消失。这一过程需要7～10d的时间，此后强度还会逐渐增加。大约经过3个月左右的时间周期，其外观变形和强度才会逐步稳定，达到或超过热沥青混合料冷却后的性能。此外，冷补混合料的变硬、强度形成和趋于稳定的迟早与很多因素有关，如气温的高低、车流量的大少、铺筑层的厚度，以及使用的稀释剂类型和数量、采用集料的级配类型等。当气温度、车流量大、铺筑层薄、稀释剂加入量少时，冷补料的强度形成就会快一些。
      在最初冷补混合料被砌砖成型后，即可开放交通，且能保持稳定、不松散、不脱落，路面尽管有较的感觉，但是并不影响其使用性能。冷补混合料的强度由两部分构成；一是由于改性沥青中所含基质沥青自身的粘结性和黏附性与矿料相互作用而形成的混合料中沥青与集料之间的内聚力和黏附力所构成，它们使得矿料颗粒之间不易分离，形成整体，也使混合料与坑槽的切割或刨除青面有较高的粘着力而不易剥离、推移；二是混合料中颗粒之间的内摩阻力所构成。冷补混合料这两部分力就构成其初期强度，并足以抵抗车辆荷载的作用。
4 冷补材料的制备
      首先将改性剂与溶剂（稀释剂）直接掺入到基质（普通）沥青中，通过机械强力搅拌，使改性剂颗粒与沥青在高温下混合制备成具有所需性性剂含量的改性沥青。成品改性沥青可直接用于生产改性沥青混合料。
4.1 制备步骤
      ①把基质沥青加热到110～120℃左右；②按照一定的配合比把符合质量标准的改性剂掺加到基质沥青中同时进行搅拌。③把溶剂（柴油）掺加到混有改性剂的沥青中继续进行搅拌，总的搅拌时间约为20～30min。
4.2 生产步骤
      ①级配集料。公路建设中以粗级配为主，采用开级配可以使混合料有更大的空隙率，从而使其在高温气候下也能抗推挤。并且增加沥青膜的厚度也能改进与原有路面材料的结合，有利于溶剂（稀释剂）的挥发，同时也能使矿料颗粒之间的内摩阻力达到最大。②拌制混合料。把级配好的矿料加入到最小型沥青混凝土拌和机中，然后按照规范要求的油石比把改性沥青加入到矿料中，经过30～40s的搅拌出机即为成品冷补混合料。
4.3 注意事项
      ①生产冷补混合料前，应将集料预先烘干并去除泥砂和水分；②当集料级配不满足规范要求时，尤其缺少3～5mm规格的集料时，绝不能用河砂代替；③应严格控制改性沥青的掺配比；
④混合料的出料温度严格控制在80℃以下；⑤改性沥青在配制过程中严禁烟火，添加剂应避免接触皮肤和溅入眼中；⑥新生产的成品必须放置两天后才可使用或冷却后装袋存放；⑦改性沥青的加热温度不得超过120℃；⑧集料含水量≤4%时，可直接冷拌；反之，应先将集料烘干或加热到60℃左右，以使集料表面烘干为宜,但出料温度不得>80℃。
5 材料质量要求
5.1 矿料质量要求
      集料应符合JTJ032-94规范中要求的“沥青面层用粗集料质量技术要求”和“沥青面层用细集料质量技术要求”的石料.应洁净、干燥、无风化、无有害杂质,且具有一定的硬度和强度。
      粗集料应具有良好的颗粒形状,细长扁平颗粒含量≯20%、含水量≤4%、泥沙含量≤2%、压碎值≯30。
      细集料应洁净、干燥、无风化、无有害杂质,有适当的颗粒组成,并与改性沥青有良好的粘附性。
5.2 改性剂的质量要求
      改性剂也称为添加剂,冷补沥青的添加剂可以适合酸性与碱性石料,为淡黄色粘稠状液体,如果发生颜色变深或出现大量絮状沉淀物则不可再用。
5.3 基质沥青的质量要求
      应采用符合JTJ032-94规范“重交通道路石油沥青技术要求”规定的沥青,含蜡量不大于3%(注:推荐根据当地气候条件合理选用相应标号的沥青)。
6 施工有关要求
      ①冷补材料施工处治沥青路面坑槽方法同《公路养护技术规范》沥青路面处治坑槽方法一致；②摊铺层厚度不宜超过4cm，否则保证不了混合料的使用性能；对于修补的坑槽四个边线的压实尤其重要，因为修补后的坑槽再次破损的90%是从边缘部分开始的，所以在进行坑槽冷补时要注意这一点；③冷补材料的原料(改性沥青)和成品温度、集料烘干加热温度、混合料拌和温度及混合料的出厂温度,应该严格按照施工规范或有关技术要求的规定,随时随地的进行检查；　 ④由于是用于养护用的混合材料,数量不大,所以要求对每一斗混合料的矿料级配都与标准配和比进行对照,其配料误差要求不得大于5%。且使用的拌和机为小型沥青混凝土拌和机,要求每一斗混和料都取样抽提进行石油比检验；⑤混和料表现:摊铺压实后混和料应表面密实、平整、接缝良好。
7 易出现的问题
      出现油斑.由于人工投放改性剂的原因等,油石比控制不好,致使摊铺后的坑槽在来年的高温季节出现泛油现象。
      碾压过度或不实。由于现场施工操作的问题,志士摊铺后是混和料碾压过度后没有达到有关密实度要求,从而发生混和料松散、破损现象。
8 使用效果与养护生产成本分析
      为了提高投资效益,取得最佳投资效果,在进行实际生产时,需从经济角度出发,可以用若干个经济指标来反映投资方案的经济效益如表：
      通过实际运用并与往年冬季没有进行冷补而在第二年春季才进行养护的费用及有关数据比对,传统养护材料与冷补材料相比,修补费用相差11%,证明该材料值得在高寒地区养护方面推广应用.但由于我管理处 实施冷补养护时间短及采用的是地区性材料单价,不具有全面性,并且处于高寒地带的各个地区的实际情况都不相同,所以本对比表仅供参考。
9 结语
      通过对G301海满段两个冬季采用冷补材料修补沥青路面坑槽的实际实践证明,在高寒地区采用冷补技术进行路面早期预防性养护是可行的.其优点是生产工艺简单,符合实际需要.并且在减少路面冬季破损率的同时,可使我们第二年春季养护费用的投入减少,而且还提高了冬季公路的好路率,开创以往内蒙冬季沥青路面无养护的先河,真正实现了一年四季“养好公路、保障畅通”的目的。
［参考文献］
［1］ 沈金安.改性 沥青于SMA路面［M］.北京:人民交通出版社,1999.
［2］ 河南省交通厅公路管理局.公路养护质量检查平定标准(JTJ075-94)［S］.北京:人民交通出版社,1994.
［3］ 交通部公路科学研究所.公路沥青路面施工技术规范(JTJ032-94)［S］.北京:人民交通出版社,1994.
［4］ 交通部重庆公路科学研究所.公路改性沥青路面施工技术规范(JTJ036-98)［S］.北京:人民交通出版社,1999.

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