谢邦柱

(山西省交通科技研发有限公司 太原市 030032)

现阶段沥青路面快速修补料主要包括可以实现冷拌冷铺的乳化沥青混合料和溶剂型沥青混合料两类，但因前者自身为水溶液体系，难以在低于5℃的低温环境中施工，且存放过程中易于破乳等不足，无法在坑槽修补中推广应用。溶剂型沥青快速修补料可长时间存放，能够在冬季较低温度条件下施工，是我国沥青路面快速修补用材料主要类型[1-2]。然而国内对于低温修补料的设计与性能评价体系并不完善，相关产品质量无法兼顾施工和易性以及强度要求，同时修补后路面耐久性有待提升，修补后路面出现反复产生病害修补的问题[1-3]。

充分发挥SBR胶乳能够显著提升沥青低温延展性和C5石油树脂改善沥青高温稳定性和强度的优势，加之其可作为单组分改性剂使用[4-6]，无需与外掺固化剂复配，故本研究将二者协同用于沥青改性，后溶于0#柴油，掺以少量抗剥落剂形成冷补液。通过测试改性沥青三大指标确定出石油树脂的适宜掺量，并对不同石油树脂掺量相应冷补液的黏度、相应冷补料的强度以及改性沥青的车辙因子等指标进行了表征。

1.1 实验原料

沥青：齐鲁石化70#基质沥青，三大指标如表1所示。

表1 基质沥青基本指标

改性剂1：SBR胶乳(淡黄色胶体)。

改性剂2：液态C5石油树脂(黄色胶体)。

冷补液添加剂：稀释剂(国标0#柴油)、抗剥落剂B(购于江苏某公司)。

1.2 改性沥青制备

将基质沥青加热到120～130℃，掺入占沥青质量3%的SBR胶乳，高速剪切30min，即得SBR改性沥青；
用于常规指标测试复合改性沥青制备时，在上述SBR改性沥青中添加不同掺量石油树脂即得复合改性沥青。

1.3 冷补液制备

保持复合改性沥青120℃，分别添加占沥青质量20%和1%的稀释剂和抗剥落剂，充分搅拌均匀，即得冷补液。

1.4 冷补混合料制备

冷补液与提前备好的集料拌和均匀，即得冷补混合料。

1.5 性能测试

1.5.1复合改性沥青三大指标、布氏旋转黏度测试

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)的规定完成。

1.5.2冷补料初始强度马歇尔试件的制备及测试

收集了2007年5月—2012年2月期间经病理证实的8例原发于鼻窦、鼻腔IMT，其中男性5例，女性3例，无明显性别优势；
年龄28～60岁，年龄中位值40岁左右；
出现症状到就诊时间为3个月～3年，中位时间近12个月。临床表现反复鼻塞打喷嚏，涕中带血，流鼻血，面部肿胀、疼痛（胀痛、针刺痛、蚁行痛）,以及侵袭范围不同表现相应症状（眼胀痛、突眼、复视、听力下降）。其中1例有鼻咽癌放疗史、3例有鼻息肉术后史、2例有拔牙史、2例有过敏性鼻炎。

混合料实验选取细粒式LB-10级配类型，油石比4.8%。

(1)取定量冷补料装入马歇尔试模中，双面轮流击实50次，保证试件高度范围为63.5mm±1.3mm。

(2)脱模后立即测试试件的马歇尔稳定度。

1.5.3冷补料成型强度马歇尔试件的制备及测试

(1)同1.5.2步骤(1)。

(2)将试件侧放于预热到110℃的烘箱内24h，取出试件双面轮流击实25次，侧放室温地面静置6～8h。

(3)脱模后将试件放入60℃恒温水槽30min，用湿布擦拭试件表面水分，测试马歇尔稳定度。

1.5.4流变性能测试

车辙因子随温度(50～90℃)的变化关系曲线采用美国TA公司DSR(DHR-1)测定，夹具为直径25mm的平板，设置板间距离为1100μm。试样安放好保温15～30min。

由图1可见，随着石油树脂掺量的增加，复合改性沥青的软化点逐渐增大，且当掺量达到2%以上时，软化点呈直线上升趋势，当石油树脂掺量达到4%以上时，改性沥青软化点即可保持在高于60℃的状态，说明树脂的加入能够明显提高和改善SBR胶乳改性沥青的高温性能，同时体系的黏稠度明显增加。另外，改性沥青针入度随石油树脂掺量增加明显降低，即石油树脂的加入改善SBR胶乳改性沥青的高温稳定性[5]。

图1 改性沥青软化点和针入度随石油树脂掺量变化规律

图2中，SBR胶乳改性沥青的低温延度可以达到100cm，石油树脂的加入使改性沥青的低温延展性急剧下降。当石油树脂掺量为4%时，改性沥青低温延度急剧下降，数值在60cm左右，随着其掺量增加，延度持续下降，当掺量达到8%时，延度下降到30cm以下，这缘于树脂类材料含有苯环类刚性侧链结构，脆性特征显著，容易影响改性沥青体系的低温延展性的缘故[6]。故而，合适的石油树脂掺量对于兼顾改性沥青体系高低温性能具有非常重要的意义。综合三大指标随石油树脂变化关系曲线，为保证改性沥青体系同时具有较好的高低温性能，应选取石油树脂掺量为4%～6%之间。

图2 改性沥青5℃延度随石油树脂掺量变化规律

黏度指标用于描述外力作用下物质内部分子之间由于摩擦所表现出的抵抗流体流动的难易程度，间接表征流体体系内分子分布状态[6]。冷补液黏度能够反映冷补液与集料的拌和效果，其值太大，冷补混合料不易保持均匀稳定状态，太小时，冷补液流淌性强，容易造成沥青与集料的裹覆效果不佳，进而影响路面修复效果。资料显示，冷补液黏度保持在1～2Pa·s范围内时，冷补液与集料具有较好的和易性，此时，相应冷补料初始强度在数值上能够达到2kPa以上的技术要求。测试了石油树脂掺量分别为4%和6%时，相应冷补液在15℃、20℃、25℃、30℃、35℃和40℃时的布氏黏度，实验结果如图3所示，图4为黏度结果线性回归图。

图3 石油树脂掺量为4%和6%时相应冷补液不同温度下的布氏黏度

图4 石油树脂掺量为4%和6%时冷补液布氏黏度线性回归图

图3中可见，随着温度的升高，冷补液的黏度呈逐渐下降趋势，石油树脂掺量从4%增加到6%，冷补液体系黏度仅呈现出非常微弱的降低幅值，尤其是在15℃及以下的低温区域，黏度数值几乎重合，即在低温区，石油树脂从4%增加到6%对体系的黏度几乎无影响。随着温度升高，石油树脂掺量6%相应的冷补液黏度较4%时下降幅值有一定程度增加，但是并不显著。图4为4%和6%相应冷补液不同温度下黏度线性回归曲线，回归方程分别为η=1.93428-0.03063T和η=1.9105-0.0311T，根据拟合结果可得，石油树脂掺量为4%时，温度在0～30℃范围内，相应冷补液黏度均可保持在1～2Pa·s，即该温度范围内冷补料用于沥青路面坑槽修补，可保证较好的施工和易性和路面修复初始强度。当掺量为6%时，温度达到30℃时，相应冷补液黏度数值为0.97Pa·s左右，略低于1Pa·s，而此时液态石油树脂并未完全固化，故在实际施工中，可依据实际路面强度需求以及施工温度等因素确定石油树脂掺量。

冷补料初始强度用于评价坑槽修补后的抗变形能力，满足技术要求的初始强度能够承受行车荷载，避免掉粒或者车辙等损坏[7]，根据文献所述，冷补料的初始强度应满足不低于2kN的技术要求。成型强度为混合料中起稀释作用的成分完全挥发后路面的强度，施工技术要求规定成型强度不小于3kN。测试了石油树脂掺量为4%和6%、油石比为4.8%时，冷补料的初始强度和成型强度，测试结果如表2所示。

表2 不同石油树脂掺量冷补料的初始和成型强度结果

由表2可见，石油树脂掺量为4%和6%相应的冷补料初始强度和成型强度均能满足施工技术要求，且成型强度远大于3kN。石油树脂掺量对冷补料成型强度影响程度较大，数值从5.62kN上升到6.23kN，而对初始强度的影响并不显著，可能原因为在试件制备初期液态石油树脂并未完全固化，强度效应无法完全发挥，随着体系内部溶剂的挥发，石油树脂逐渐固化，与SBR链状结构相互缠绕形成稳定的空间网络结构，且石油树脂掺量越大，空间网络结构越致密，相应沥青混合料的强度也越高[8]。

美国 SHRP 计划中采用DSR测量沥青胶结料在特定温度和加载频率下的流变性能，引入车辙因子G*/sinδ 表征沥青混合料的高温稳定性，其值越高，动稳定度越高，相应沥青混合料的高温稳定性越好[9]。研究了不同温度下基质沥青、SBR胶乳改性沥青及SBR胶乳与4%和6%石油树脂复配改性沥青的流变力学行为，得到复合模量G*和相位角δ，最终算得车辙因子G*/sinδ，结果如图5所示。

图5 基质沥青、SBR改性沥青和复合改性沥青车辙因子随温度的变化曲线

由图5可知，在50～65℃的中温测试区域，SBR改性沥青的G*/sinδ略高于基质沥青，说明SBR可小幅提升基质沥青的抗变形效果。在试验温度范围内，石油树脂/SBR复合改性沥青的G*/sinδ 均高于SBR改性沥青，即石油树脂能够显著改善沥青的高温抗变形能力。随着石油树脂掺量从4%增加到6%，复合改性沥青G*/sinδ 有小幅提升，再一次印证了石油树脂掺量越高，改善效果越显著的结论。

(1)将能够提升沥青低温延展性的SBR胶乳与改善沥青高温稳定性和强度指标的石油树脂作为基质沥青改性剂，制备得到复合改性沥青，充分发挥二者对基质沥青性能提升的互补优势，保证改性沥青兼顾高低温性能，以柴油稀释改性沥青，后掺入少量的抗剥落剂，制得一种沥青路面快速修补用冷补液。

(2)在SBR占基质沥青质量3%的条件下，分别考察石油树脂掺量为2%、4%、6%和8%时相应改性沥青的常规指标，确定出能够保证改性沥青高低温性能的石油树脂适宜掺量范围为4%～6%。

(3)石油树脂掺量对成型强度和车辙因子的影响较为显著。当石油树脂掺量为6%时，冷补液30℃黏度略低于1Pa·s，该条件下相应的冷补料强度指标均满足技术要求，可依据实际路面强度需求以及施工温度等因素进一步确定石油树脂具体掺量。

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