瀝青路面快速修復(fù)用單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料性能研究

林科杰，彌海晨，向 豪，陳華鑫，張曉峰

(1.長(zhǎng)安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710061；2.西安公路研究院，西安 710065)

0 引 言

瀝青路面的坑槽破損病害對(duì)道路的整體壽命、行車(chē)的舒適度以及行車(chē)安全性都有不利的影響。當(dāng)瀝青路面出現(xiàn)坑槽病害時(shí)必須及時(shí)處理，避免出現(xiàn)消極影響[1-3]。

瀝青路面坑槽修補(bǔ)的常見(jiàn)方法包括熱補(bǔ)法和冷補(bǔ)法。熱補(bǔ)法雖然修補(bǔ)質(zhì)量較高，但它對(duì)施工環(huán)境、設(shè)備要求較高，同時(shí)對(duì)地點(diǎn)分散、修補(bǔ)工程量小的路面坑槽來(lái)說(shuō)修補(bǔ)較為困難。此外，也存在能耗大、污染重等缺陷[4-6]。冷補(bǔ)法能較好地彌補(bǔ)熱補(bǔ)法的不足，但是冷補(bǔ)法所使用的常規(guī)冷補(bǔ)瀝青混合料仍然存在許多亟待解決的問(wèn)題[7]，例如：溶劑型和乳化型冷補(bǔ)瀝青混合料存在初期強(qiáng)度低、強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢以及耐久性差等問(wèn)題[8-10]。此外，更新穎的反應(yīng)型冷補(bǔ)瀝青混合料，其結(jié)合料的組分一般包括基質(zhì)瀝青、稀釋劑、熱固性樹(shù)脂，其不足之處在于冷補(bǔ)液制作復(fù)雜、儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，這限制了反應(yīng)型冷補(bǔ)瀝青混合料的大規(guī)模應(yīng)用[11]。

目前有少數(shù)研究者對(duì)樹(shù)脂冷補(bǔ)料進(jìn)行了研究。樹(shù)脂冷補(bǔ)料突破了三種常規(guī)冷補(bǔ)瀝青混合料均需要以瀝青作為主要結(jié)合料的常規(guī)思路。樹(shù)脂冷補(bǔ)料是以純樹(shù)脂或改性樹(shù)脂作為結(jié)合料的瀝青路面冷補(bǔ)料，具有初期強(qiáng)度高、與原路面粘結(jié)能力強(qiáng)、耐久性好的特點(diǎn)。Hyuk等[12]利用液態(tài)硫聚合物(LSP)和環(huán)氧樹(shù)脂的混合物作為結(jié)合料研制了一種瀝青路面修補(bǔ)材料(LSPA)。與普通瀝青混合料相比，LSPA的馬歇爾穩(wěn)定度提高了約2倍；此外，LSPA的高溫抗車(chē)轍性能優(yōu)異，且能快速固化減少修復(fù)時(shí)間。Shimizu等[13]研究了一種新型聚合物水泥砂漿用于修復(fù)瀝青路面的坑槽，該聚合物水泥砂漿的粘結(jié)性以及耐久性能優(yōu)良，在升溫和降溫的條件下，其粘結(jié)強(qiáng)度和動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)穩(wěn)定，用于路面的修補(bǔ)效果較好。鄧玉訓(xùn)等[14]研究了集料類型、級(jí)配類型以及擊實(shí)方法和養(yǎng)生條件對(duì)高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料路用性能的影響。結(jié)果表明,高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料穩(wěn)定度與集料類型關(guān)系密切，礦料級(jí)配類型對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料高、低溫性能及水穩(wěn)定性的影響顯著。王銳[15]所研制的改性環(huán)氧樹(shù)脂冷補(bǔ)料，初期強(qiáng)度形成速率較快，具有良好的路用性能。目前研究者所使用的樹(shù)脂結(jié)合料大多是雙組份的，它不僅對(duì)工人的施工水平要求較高，而且會(huì)使施工過(guò)程更加復(fù)雜，從而不利于瀝青路面坑槽的快速修補(bǔ)[16]。

本文通過(guò)對(duì)樹(shù)脂冷補(bǔ)料的材料組成、膨脹現(xiàn)象、強(qiáng)度形成規(guī)律、路用性能指標(biāo)、界面膠性能以及工程應(yīng)用進(jìn)行研究，研制了一種環(huán)境敏感度低、初期強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、施工簡(jiǎn)便同時(shí)滿足非開(kāi)挖修補(bǔ)工藝的單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料。

1 冷補(bǔ)料的材料組成及級(jí)配設(shè)計(jì)

1.1 材料組成

本文所用結(jié)合料為單組分樹(shù)脂。其主要性能見(jiàn)表1。單組分樹(shù)脂使用簡(jiǎn)便，無(wú)需添加固化劑，在潮濕條件下與空氣接觸后自然固化交聯(lián)，生成具有三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的熱固性聚合物，其強(qiáng)度高，具有較好的柔性及耐候性。

表1 單組分樹(shù)脂材料性能Table 1 Properties of single component resin material

選用石灰?guī)r集料和礦粉。集料符合《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42—2005)要求，共三檔：5～10 mm、3～5 mm、機(jī)制砂。

添加劑為聚酯纖維，其可抑制冷補(bǔ)料膨脹并增加冷補(bǔ)料韌性。纖維長(zhǎng)度是影響冷補(bǔ)料性能的關(guān)鍵因素，太長(zhǎng)其拌和效果不佳，太短其阻裂性能較差，所以本文選用長(zhǎng)度為6 mm的聚酯纖維[17]。

冷補(bǔ)料的固化劑為空氣中的濕氣，實(shí)驗(yàn)中采用自來(lái)水以水霧的形式噴灑在冷補(bǔ)料中，加速冷補(bǔ)料固化。

1.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

通常冷補(bǔ)料宜密實(shí)、防水，與原路面接縫處的結(jié)合、粘結(jié)性能好，在礦料級(jí)配選擇上，宜選取AC-10型級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)研究，其合成級(jí)配結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 AC-10型冷補(bǔ)料級(jí)配設(shè)計(jì)Table 2 Gradation design of AC-10 cold patch material

2 冷補(bǔ)料各組分最佳摻量的確定

2.1 冷補(bǔ)料膨脹率及馬歇爾穩(wěn)定度測(cè)試方法

2.1.1 冷補(bǔ)料膨脹率

由于冷補(bǔ)料中的單組分樹(shù)脂在固化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣體，產(chǎn)生的氣體往往不能及時(shí)釋放出來(lái)，因此會(huì)導(dǎo)致冷補(bǔ)料產(chǎn)生一定的體積膨脹。為了明確冷補(bǔ)料固化過(guò)程中的膨脹情況，試驗(yàn)采用膨脹率α對(duì)其膨脹大小進(jìn)行量化表征。

2.1.2 冷補(bǔ)料膨脹率的測(cè)試方法

采用與馬歇爾試模相似的自制模具成型試件，如圖1所示，其高為60 mm，內(nèi)徑為100 mm。自制模具與馬歇爾試模的區(qū)別在于它可以將側(cè)面及底面自由拆卸，會(huì)使試件在脫膜過(guò)程中不受外力影響，保持試件脫模前后的形狀尺寸不變，從而能準(zhǔn)確反應(yīng)試件成型過(guò)程中的膨脹情況。采用自制模具成型試件可使冷補(bǔ)料在固化時(shí)只朝著試件上底面方向膨脹，從而控制了下底面以及側(cè)面的膨脹，這樣可準(zhǔn)確反映冷補(bǔ)料在單一方向上的膨脹大小。此外，使用自制模具成型的試件的密實(shí)程度與實(shí)地修補(bǔ)中的冷補(bǔ)料的密實(shí)程度更為接近，更能準(zhǔn)確反映實(shí)地修補(bǔ)過(guò)程中冷補(bǔ)料的膨脹大小。

圖1 自制模具實(shí)物圖Fig.1 Self-made mold physical diagram

圖2 測(cè)試試件高度的等分方法示意圖Fig.2 Schematic diagram of divide equally method for testing specimen height

試件的成型方法如下：將1 kg的冷補(bǔ)料裝入自制模具中。裝料的同時(shí)進(jìn)行插搗密實(shí)，然后采用橡膠錘進(jìn)行擊實(shí)。為了保證冷補(bǔ)料與模具頂端在同一水平線上，用橡膠錘擊實(shí)后再使用平整光滑的鋼板對(duì)冷補(bǔ)料再次擊實(shí)、壓平。試件養(yǎng)護(hù)1 h后即可拆模。

試件高度的測(cè)試方法：測(cè)量時(shí)先將試件的上底面圓隨機(jī)分為6等份，如圖2所示。然后在等分線上靠近圓心附近的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。每條等分線上測(cè)量2個(gè)值，所測(cè)結(jié)果先取最大值，記錄3組數(shù)據(jù)，最后求這3組數(shù)據(jù)的平均值，得到每個(gè)試件的平均高度。

試件膨脹率的計(jì)算方法：所有試件剛成型好時(shí)的初始高度與自制模具高度一致，即為h0=60 mm，測(cè)量件固化后的高度h，可由公式(1)求得試件膨脹率α。

(1)

2.1.3 冷補(bǔ)料馬歇爾穩(wěn)定度測(cè)試方法

單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料的馬歇爾穩(wěn)定度較高，其數(shù)值超過(guò)了一般馬歇爾儀的量程。試驗(yàn)過(guò)程中使用馬歇爾穩(wěn)定度壓頭在壓力機(jī)上測(cè)試單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料抵抗破壞的最大抗壓力值，即馬歇爾穩(wěn)定度，其加載速率為0.5 kN/s，測(cè)試方法見(jiàn)圖3。試驗(yàn)過(guò)程中分別采用壓力機(jī)和馬歇爾儀測(cè)試了同一種普通瀝青混合料試件的穩(wěn)定度，兩種測(cè)試方法的數(shù)值波動(dòng)在1 kN以內(nèi)，表明采用壓力機(jī)測(cè)試?yán)溲a(bǔ)料穩(wěn)定度的方法具有可行性。

圖3 馬歇爾穩(wěn)定度測(cè)試方法Fig.3 Marshall stability test method

2.2 冷補(bǔ)料臨界膨脹率

圖4 冷補(bǔ)料的膨脹率及馬歇爾穩(wěn)定度與用水量的關(guān)系Fig.4 Relationship between expansion rate and Marshall stability of cold patch and water consumption

因冷補(bǔ)料膨脹會(huì)影響其力學(xué)性能，所以在滿足強(qiáng)度要求下，確定冷補(bǔ)料的臨界膨脹率具有重要意義。一方面，在臨界膨脹率內(nèi)可確定冷補(bǔ)料各組分最佳用量；另一方面，在工程應(yīng)用中，臨界膨脹率可作為冷補(bǔ)料膨脹率的上限，對(duì)冷補(bǔ)料的工程應(yīng)用提出具體規(guī)范要求。

從圖4可以看出,(1)用水量增加，冷補(bǔ)料膨脹率增大。因此要控制膨脹率，用水量要適中。但是水作為固化劑，會(huì)影響冷補(bǔ)料初期固化速率。為此，在保證初期具有一定固化速率的條件下，用水量要盡可能少。(2)用水量增加，冷補(bǔ)料馬歇爾穩(wěn)定度降低。由于膨脹越嚴(yán)重，冷補(bǔ)料內(nèi)部出現(xiàn)的孔隙越多，穩(wěn)定度則隨之下降。(3)當(dāng)用水量為12‰和15‰時(shí)，其冷補(bǔ)料膨脹率分別為6.63%和7.71%，穩(wěn)定度分別為59.3 kN、55.2 kN，這比用水量為0‰時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定度75.4 kN分別下降了21.4%、26.7%。參考《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)，對(duì)于普通瀝青混合料，需滿足浸水后的穩(wěn)定度損失率最大不能超過(guò)25%的要求。因此，要使冷補(bǔ)料因膨脹產(chǎn)生的穩(wěn)定度損失率不超過(guò)25%，那么冷補(bǔ)料的膨脹率不能超過(guò)6.6%。所以冷補(bǔ)料臨界膨脹率為6.6%時(shí)即可滿足強(qiáng)度要求。

2.3 冷補(bǔ)料各組分最佳摻量

單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料的馬歇爾穩(wěn)定度一般較大，通常都能滿足相關(guān)要求。而冷補(bǔ)料膨脹對(duì)其強(qiáng)度和穩(wěn)定性影響很大，所以在確定各組分最佳用量時(shí)以冷補(bǔ)料膨脹率作為主要控制指標(biāo)。

影響冷補(bǔ)料膨脹率的因素主要有冷補(bǔ)液用量以及用水量，而聚酯纖維具有抑制冷補(bǔ)料膨脹的作用。為了探究以上三種因素對(duì)冷補(bǔ)料膨脹率的影響，試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)方法，不考慮各因素間的交互作用，選用L9(33)的正交表，試驗(yàn)的影響因素及水平梯度見(jiàn)表3。試驗(yàn)成型9組試件，測(cè)量各組試件高度并計(jì)算膨脹率，同時(shí)對(duì)各影響因素下的膨脹率進(jìn)行極差分析，其結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 正交試驗(yàn)的影響因素及水平梯度Table 3 Influencing factors and horizontal gradient of orthogonal test

表4 膨脹率的極差分析結(jié)果Table 4 Range analysis of expansion rate

極差分析結(jié)果表明,冷補(bǔ)料膨脹率影響因素的主次順序?yàn)椋豪溲a(bǔ)液用量→用水量→聚酯纖維用量。膨脹率最小時(shí)各因素的最佳組合水平是A1B3C1。但冷補(bǔ)液用量為4.5%時(shí)，拌合效果不佳，冷補(bǔ)液對(duì)集料的浸潤(rùn)效果不夠好，導(dǎo)致集料較松散。兼顧冷補(bǔ)料膨脹率和拌合效果，建議選擇的冷補(bǔ)液用量為5.0%。最終確定的最佳組合水平為A2B3C1，即冷補(bǔ)液用量為5.0%、聚酯纖維用量為4.0‰、用水量為2.0‰。

由表4中聚酯纖維用量對(duì)應(yīng)的R值可知,膨脹率隨聚酯纖維用量的增加而降低，可見(jiàn)聚酯纖維的摻入對(duì)冷補(bǔ)料膨脹率有減弱的作用。此外，當(dāng)冷補(bǔ)液用量為5.0%、聚酯纖維用量為0‰、水用量為2.0‰時(shí)，對(duì)應(yīng)的冷補(bǔ)料膨脹率為5.86%，這比最佳組合水平下對(duì)應(yīng)的冷補(bǔ)料膨脹率3.21%升高了45.2%。可見(jiàn)聚酯纖維降低冷補(bǔ)料的膨脹率的效果顯著。其原因可能是：(1)由于聚酯纖維自身的吸油特性，導(dǎo)致有效的冷補(bǔ)液量減少，膨脹減弱[18]。(2)聚酯纖維摻入后能增大比表面積，進(jìn)而提高冷補(bǔ)液的分散性，從而膨脹不會(huì)過(guò)于集中，這對(duì)整體膨脹起著減弱作用。(3)聚酯纖維的直徑極小，且有一定硬度，可以提供一些細(xì)小的氣孔供氣體釋放，削弱了冷補(bǔ)料的膨脹。

3 養(yǎng)護(hù)溫度及養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)冷補(bǔ)料馬歇爾穩(wěn)定度的影響

圖5 不同養(yǎng)護(hù)溫度下的馬歇爾穩(wěn)定度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化規(guī)律Fig.5 Marshall stability varies with maintenance time at different maintenance temperatures curing

為了研究冷補(bǔ)料在不同養(yǎng)護(hù)溫度和不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的強(qiáng)度變化規(guī)律，將成型的試件在不同溫度下養(yǎng)護(hù)不同的時(shí)間，測(cè)試其穩(wěn)定度。冷補(bǔ)料的材料組成為各組分的最佳組合水平，在恒溫恒濕環(huán)境箱中養(yǎng)護(hù)試件。冷補(bǔ)料的養(yǎng)護(hù)濕度為RH=50%；養(yǎng)護(hù)溫度分別為-5 ℃、25 ℃、60 ℃；養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為2 h、4 h、6 h、1 d、2 d、3 d、7 d。在壓力機(jī)上測(cè)試各組試件的馬歇爾穩(wěn)定度，結(jié)果見(jiàn)圖5。

直到蔣海峰成家后，水仙芝還沒(méi)有走出失戀的陰影。凄風(fēng)苦雨，一晃就年過(guò)三十了，她還守著玉體，不肯嫁人。最讓她痛苦的是，蔣海峰娶了紫云，而紫云的工作也在定遠(yuǎn)縣，不過(guò)是一個(gè)普通教師。

由圖5可知,(1)三種養(yǎng)護(hù)溫度下，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，冷補(bǔ)料的穩(wěn)定度都是先逐漸增加，然后趨于穩(wěn)定。冷補(bǔ)料在-5 ℃、25 ℃、60 ℃下養(yǎng)護(hù)3 d的穩(wěn)定度能分別達(dá)到養(yǎng)護(hù)7 d的93%、95%、98%，所以可以將冷補(bǔ)料的基本固化時(shí)間確定為3 d。(2)冷補(bǔ)料的初期強(qiáng)度較高。在-5 ℃、25 ℃、60 ℃下養(yǎng)護(hù)2 h后的穩(wěn)定度分別為16.4 kN、27.5 kN、42.3 kN，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)《瀝青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》(JT/T 972—2015)中馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度不宜小于3 kN的要求。說(shuō)明冷補(bǔ)料的初期強(qiáng)度形成速率較快，養(yǎng)護(hù)2 h即可開(kāi)放交通。(3)養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)冷補(bǔ)料形成強(qiáng)度的影響較為顯著。冷補(bǔ)料養(yǎng)護(hù)2 h、4 h、6 h、1 d、2 d的穩(wěn)定度是隨養(yǎng)護(hù)溫度的增加而增加，這與單組分樹(shù)脂固化反應(yīng)速率有關(guān)，溫度越高，固化速率越快，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定度越高[19]。但是冷補(bǔ)料在60 ℃養(yǎng)護(hù)溫度下比-5 ℃、25 ℃的最終強(qiáng)度更低。其原因是：在高溫下單組分樹(shù)脂固化反應(yīng)速率較快，導(dǎo)致試件內(nèi)部某些區(qū)域的孔隙被堵住，從而試件內(nèi)部的大部分氣體來(lái)不及釋放，導(dǎo)致試件的膨脹加劇，而在低溫或室溫下，固化反應(yīng)速率緩和，試件內(nèi)部的一部分氣體可緩慢釋放，整體膨脹較弱，最終的穩(wěn)定度更大。另外，單組分樹(shù)脂高溫固化極易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力[20]，也會(huì)降低試件的最終穩(wěn)定度。

4 路用性能

4.1 高溫車(chē)轍試驗(yàn)

采用瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)方法測(cè)試單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料的動(dòng)穩(wěn)定度，冷補(bǔ)料的材料組成為各組分的最佳組合水平，成型后的試件在室溫下養(yǎng)護(hù)3 d，車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 高溫車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of high temperature rutting

由表5的結(jié)果可知,冷補(bǔ)料的高溫穩(wěn)定性很好，一方面是因?yàn)槔溲a(bǔ)料的級(jí)配類型為連續(xù)密級(jí)配，密實(shí)度高，集料的嵌擠能力較好，進(jìn)而其車(chē)轍深度較低；另一方面，單組分樹(shù)脂固化完全后，變成熱固性聚合物，它具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是一種不溶、不熔物，因此冷補(bǔ)料的高溫穩(wěn)定性很好[21]。

4.2 低溫彎曲試驗(yàn)

為了表征冷補(bǔ)料的低溫抗裂性能，采用瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)。冷補(bǔ)料的材料組成為各組分的最佳組合水平，試驗(yàn)溫度為-10 ℃，加載速率為50 mm/min，小梁試件尺寸均符合規(guī)范要求，進(jìn)行五次試驗(yàn)，對(duì)所得結(jié)果取平均值。其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Bending test results of low temperature

從低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，冷補(bǔ)料不僅能保證最大彎拉應(yīng)變大于2 500 με，同時(shí)其最大荷載、抗彎強(qiáng)度以及彎曲勁度模量也較高，其低溫抗裂性能較好。這主要得益于單組分樹(shù)脂固化后的聚合物具有較高模量，同時(shí)具有較好的柔韌性。

4.3 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

4.3.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

按照瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)方法測(cè)試?yán)溲a(bǔ)料的浸水殘留穩(wěn)定度。冷補(bǔ)料的材料組成為各組分的最佳組合水平，試件在室溫下養(yǎng)護(hù)3 d，其浸水殘留穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 殘留穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果Table 7 Residual stability test results

由表7可知,冷補(bǔ)料的殘留穩(wěn)定度大于85%，滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)的基本要求。冷補(bǔ)料具有較好的水穩(wěn)定性能。

4.3.2 凍融劈裂試驗(yàn)

為了進(jìn)一步表征冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性能，按照瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)規(guī)范，測(cè)試?yán)溲a(bǔ)料的凍融劈裂強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 凍融劈裂強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果Table 8 Test results of freeze-thaw splitting strength

由測(cè)試結(jié)果來(lái)看，冷補(bǔ)料的凍融劈裂強(qiáng)度比為83.1%，這一數(shù)值偏小，可能與單組分樹(shù)脂固化后的聚合物本身性能有關(guān)，但是仍然能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)的基本要求，水穩(wěn)定性能符合要求。

5 非開(kāi)挖修補(bǔ)工藝

5.1 界面膠的性能

圖6 界面膠的旋轉(zhuǎn)粘度及拉拔強(qiáng)度與稀釋劑摻量的關(guān)系Fig.6 Relationship between the rotating viscosity and drawing strength of interfacial adhesive and the amount of diluent

為了使實(shí)地修補(bǔ)工藝更為簡(jiǎn)便，本文采用非開(kāi)挖坑槽的修補(bǔ)工藝。試驗(yàn)采用單組分樹(shù)脂作為界面粘結(jié)劑。單組分樹(shù)脂與原路面的混合料除具有一般的粘結(jié)方式以外，同時(shí)它的濕氣固化機(jī)理使得其可以與原路面的混合料形成化學(xué)鍵，進(jìn)而形成化學(xué)結(jié)合方式，使得粘結(jié)效果更好。

單組分樹(shù)脂界面膠粘度較大，會(huì)降低其整體粘結(jié)效果。試驗(yàn)中，在單組分樹(shù)脂中分別摻入0%、5%、10%、15%、20%的稀釋劑，在25 ℃下測(cè)試其旋轉(zhuǎn)粘度值，同時(shí)測(cè)試界面膠與普通瀝青混合料的界面拉拔強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6可知,隨著稀釋劑摻量的增加，界面膠的粘度逐漸降低，與普通瀝青混合料的界面拉拔強(qiáng)度也逐漸降低。摻入15%稀釋劑的界面膠粘度為108 mPa·s，與未加稀釋劑的界面膠粘度2 497 mPa·s相比降低了96%，稀釋劑降低界面膠粘度的效果非常顯著，而拉拔強(qiáng)度仍能達(dá)到1.66 MPa。因此稀釋劑摻量為15%較為合理。圖7是修補(bǔ)實(shí)驗(yàn)后現(xiàn)場(chǎng)宏觀圖，如圖7(b)、(c)，冷補(bǔ)料與瀝青混合料粘結(jié)緊密，且稀釋后的界面膠(黃棕色固化物)具有較好的流動(dòng)性，可滲透到坑槽內(nèi)部的裂縫并固結(jié)周邊松散集料，增強(qiáng)冷補(bǔ)料與瀝青混合料的粘結(jié)程度。界面膠較高的粘結(jié)強(qiáng)度可使冷補(bǔ)料與原路面粘結(jié)牢固，不易脫落，由于冷補(bǔ)料在低溫下的最大彎拉應(yīng)變值能達(dá)到2 500 με，因此與普通瀝青混合料相比其柔韌性也較好。因此當(dāng)修補(bǔ)路面受到荷載時(shí)，冷補(bǔ)料與瀝青混合料可共同變形，能較好地保證坑槽的修補(bǔ)質(zhì)量。

圖7 (a)為修補(bǔ)好的車(chē)轍板,(b)、(c)均為界面膠滲透到坑槽內(nèi)部裂縫的宏觀圖Fig.7 (a) is the repaired track plate, (b), (c) are macrographs of interface glue penetrating into cracks in pothole

5.2 非開(kāi)挖施工工藝

非開(kāi)挖修補(bǔ)工藝施工簡(jiǎn)單，可以縮短開(kāi)放交通的時(shí)間，這能給道路的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。具體施工工藝按照下列步驟進(jìn)行[22]：

(1)清理坑槽：清理松動(dòng)的石屑，同時(shí)清掃并吹凈渣滓、塵土。石屑的清除要見(jiàn)到混合料的堅(jiān)固面為止，同時(shí)保證坑槽內(nèi)部及周?chē)鸁o(wú)明顯灰塵[23]。

(2)涂刷膠料：經(jīng)過(guò)稀釋后的界面膠流動(dòng)效果好，以0.6～0.8 kg·m-2的涂布量對(duì)坑槽內(nèi)部及其邊緣3 cm以內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行均勻涂布。

(3)拌和冷補(bǔ)料：采用強(qiáng)力拌料機(jī)拌和冷補(bǔ)料。每鍋冷補(bǔ)料的拌和時(shí)間約2 min。

(4)攤鋪壓實(shí)：采用平板振動(dòng)夯夯實(shí)冷補(bǔ)料。修補(bǔ)后的坑槽表面應(yīng)滿足中間略高于四周約1.5 cm的要求。當(dāng)坑槽深度大于8 cm時(shí)宜采用分層鋪筑，每層厚度5 cm。

選擇陜西省西安市高新區(qū)丈八北路的坑槽進(jìn)行修補(bǔ)。這條道路作為城市主干道，白天私家車(chē)輛及公交車(chē)輛眾多，夜晚有較多重載型貨車(chē)通行，坑槽病害時(shí)常出現(xiàn)。選擇這條公路上的坑槽進(jìn)行修補(bǔ)，具有一定的代表性，修補(bǔ)效果見(jiàn)圖8。

圖8 坑槽修補(bǔ)的效果觀察Fig.8 Observation on the effect of pothole repair

坑槽修補(bǔ)完成后，養(yǎng)護(hù)2 h后立即通車(chē)。由圖8(b)可以看出冷補(bǔ)料表面無(wú)明顯壓痕，單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料具有較高的初期形成強(qiáng)度，可縮短開(kāi)放交通的時(shí)間。從圖8(c)、(d)可以看出,冷補(bǔ)料的顏色與原路面相近，不會(huì)影響路面美觀；修補(bǔ)1年后的路面與修補(bǔ)3個(gè)月后的路面沒(méi)有明顯差別，修補(bǔ)1年后的路面沒(méi)有明顯破損、掉?，F(xiàn)象，冷補(bǔ)料與原路面的接縫處也無(wú)明顯脫落現(xiàn)象。在這條道路上又修補(bǔ)了幾個(gè)坑槽，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期跟蹤觀察，使用冷補(bǔ)料所修補(bǔ)處的路面都完好無(wú)破損。因此，采用非開(kāi)挖修補(bǔ)工藝具有一定的可行性，單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料具有良好的路用性能和使用耐久性。

6 結(jié) 論

(1)針對(duì)單組分樹(shù)脂固化時(shí)產(chǎn)生氣體使冷補(bǔ)料膨脹的現(xiàn)象，提出了冷補(bǔ)料膨脹率的測(cè)試方法。分析得出冷補(bǔ)料在滿足強(qiáng)度要求(強(qiáng)度損失率不大于25%)下的臨界膨脹率為6.6%。

(2)采用正交試驗(yàn)方法，得到影響冷補(bǔ)料膨脹率的各因素的最佳組合水平，即冷補(bǔ)液用量為5.0%、聚酯纖維用量為4.0‰、水用量為2.0‰。

(3)冷補(bǔ)料在低溫、常溫及高溫下的初期形成強(qiáng)度較高，養(yǎng)護(hù)2 h的穩(wěn)定度至少達(dá)到16.4 kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)《瀝青路面坑槽冷補(bǔ)成品料》(JT/T 972—2015)中馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度不小于3 kN的要求，養(yǎng)護(hù)2 h即可通車(chē)。單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料養(yǎng)護(hù)3 d后可形成最終強(qiáng)度。

(4)路用性能的測(cè)試結(jié)果表明,單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料的高溫穩(wěn)定性很好，動(dòng)穩(wěn)定度能達(dá)到12 115次/mm。低溫抗裂性和水穩(wěn)定性能均滿足規(guī)范要求。

(5)對(duì)界面膠的研究結(jié)果表明,在25 ℃下，稀釋劑摻量為15%時(shí)，界面膠的粘度低至108 mPa·s，而拉拔強(qiáng)度可達(dá)到1.66 MPa，可以較好地保證非開(kāi)挖修補(bǔ)工藝的修補(bǔ)質(zhì)量。

(6)采用非開(kāi)挖施工工藝對(duì)瀝青路面坑槽進(jìn)行了工程驗(yàn)證，施工快速簡(jiǎn)便。通過(guò)對(duì)路面的長(zhǎng)期跟蹤觀察，冷補(bǔ)料與原路面的粘結(jié)效果良好，沒(méi)有明顯破損及掉?，F(xiàn)象，單組分樹(shù)脂冷補(bǔ)料的路用性能良好。