陈曲
北京密云市政工程管理处 101500
在道路养护工程中，相对于传统的热态高温修补概念而言，对于采用常温或低温冷态的修补，即为冷补。其冷态修补用的材料即为冷补材料，具体讲，沥青冷补材料是指没有加热的矿料(骨料)与稀释的沥青经过拌和而形成的一种混合料。根据拌和形式，可以分为两种：工厂拌和、现场拌和。 在1998年以前，我国城市道路工程并没有真正意义上的冷补材料，只有水基的乳化沥青材料，用于常温修补。2000年以后，冷补材料作为一种科技含量较高的产品在国道、省道、市政道路上得到推广应用。
冷补沥青混合料，是在常温下将液态改性沥青与矿料拌合，制成一种既可以直接使用又可以长时间存放的沥青混凝土材料，它在常温下呈松散状态。它最大的特点是不受气候和天气的影响、抗雨雪侵蚀，可以随时按量取用，常温下便可实现操作，冷补沥青混合料具备节能、环保、高效和快速等优点。可以大幅度地降低道路的日常维修养护的成本，以最小的道路生命周期成本，达到最大的经济和社会效益。本文就冬季市政道路养护领域冷补沥青混合料的应用要点展开讨论,以期提高我国市政道路的冬季养护水平。?
关键词：冷补沥青混合料；结构特点；受力状况；强度形成机理；施工工艺；经济效益
前言
冷补沥青混合料是一种新型的路面冷补技术。具有施工简单，施工成本低，影响因素少，环境保护和社会效益高的优点。本文介绍了冷冻沥青混合料在冬季道路维护中的应用要点。
1冷补沥青混合料的路用强度形成机理
1.1冷补沥青混合料的结构特点
冷补沥青混合料，是一种具有空间结构的多相分散体系。强度来源于沥青与矿料间的粘合力以及矿料之间的嵌挤、相互锁定、骨料间的摩擦力。按照冷补沥青混凝土选用的，不同级配矿料空间结构中的“密实度”和“嵌入度”可将其分为：悬浮密实结构、骨架空隙结构、骨架密实结构三种结构类型。
（1）悬浮密实结构选用密级配矿料，粗骨料被细骨料分别挤压开，无法形成骨架。这种结构密实性较好、粘结力强、内部摩擦阻力比较小；抗裂性、水稳性和稳定性都比较好。但是它的结构强度受沥青性能的影响大，重型荷载下容易出现推移的情况，高温的环境中使用，容易造成路面推移、塌陷，存在一定的安全隐患。
（2）骨架空隙结构选用非连续型级配骨料，粗骨料形成了骨架，但它的空隙率比较大，这样一来有助于冷补沥青混合料中稀释剂和添加剂的挥发，加快了冷补沥青混合料早期强度的形成。其强度主要源于粗骨料间嵌挤和摩阻力的作用，沥青的性能对其影响不大。但是抗水能力弱、抗老化以及低温抗裂性有所下降，耐久性不佳。
（3）骨架密实结构选用连续级配矿料，细骨料恰将粗骨料形成的骨架空隙填满，具有良好的密实度。这种结构的粘结力和嵌挤互锁及内摩阻力较高，它是冷补沥青混合料中非常理想的结构类型。
图1不同轴载作用下坑槽压应力分布曲线
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1.2冷补沥青混合料的工作受力状况分析
冷补料修补后的受力特性：当把材料摊铺到坑槽，新的材料会和周边原有的地面存在着界面结合和材料变异性的问题，新旧路面共同承担荷载以及自然环境的作用。通过研究分析，冷补沥青混合料的受力状况基本上有：压力和拉力、剪力、雨水侵蚀的作用和与旧材料的接合问题。
（1）压力和拉力的应力作用
在道路使用中，沥青路面的坑槽受到较大动荷载，冷补沥青混合料坑槽路面会受到压应力和拉应力的循环作用，这会降低新材料和周围原有材料的粘结性能。
分析图1曲线可以看出，在坑槽修补料的上部0-6cm压应力最大，当冷补沥青混合料的深度超过9cm以后，压应力会逐渐减小，结论：坑槽表面是最薄弱的环节，设计坑槽修补料时，必须有足够的表面抗压、抗拉能力。
（2）修补坑槽底部受剪应力的作用，当有机动车行驶在冷补沥青混合料路面的表面时，坑槽中冷补材料会在不同深浅的地方受到不同的剪应力，此时，冷补沥青混合料在修补面的底部可能会出现新旧材料丧失粘结性的可能。
轴载越大，修补料所受的剪应力最大值的深度也就越深，坑槽内冷补沥青混合料受到的最大剪应力出现在距离路表面4-6cm的深度，这个高度位于中间那层，它是路面是否产生破损的关键部位，设计时应该充分注意中面层的抗剪切能力，必要时采取一定的措施，来防止其产生破坏。
图2不同轴载作用下坑槽内冷补料剪应力随深度方向变化曲线
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（3）雨水侵蚀的作用
坑槽修补处，在经受雨水的浸泡后，来往的车辆会在瞬间产生泵吸作用：使雨水瞬间高速进出粒料缝隙，对冷补沥青混合料产生高压冲刷，时间一长，颗粒间的粘结力便会下降，从而导致其脱落、松散。
（4）修补材料与旧材料的接合问题
每次修补完路面以后都会形成新旧材料的一处分界线，此处是比较薄弱的地带，一般二次破损都从这里开始蔓延，在拉压应力、剪应力、雨水侵蚀的作用下，此处必将容易损坏，所以要充分考虑新、旧材料的接合问题，杜绝隐患。
1.3冷补沥青混合料强度形成机理的分析
冷补添加剂和稀释剂的加入使冷拌沥青混合料在自然环境中，具有适当的粘度，可以方便地进行摊铺整平、碾压施工。在碾压过程中粒料之间的摩擦产生了微小的热量，促使冷补添加剂和溶剂的挥发，这使得改性沥青的黏度增大，形成了矿料间较强的粘结力，再加上粒料之间嵌挤互锁和摩阻力就构成了冷补料的初始强度，虽然它远低于沥青混合料的最终强度，但它足以满足通车需求。经过一段时间后，冷补添加剂和有机溶剂，完全挥发，沥青的黏度达到最大值，沥青混合料的强度同时达到最大值。
2冷补沥青混合料的生产和施工工艺
2.1冷补沥青混合料的生产工艺
冷补沥青混合料的性能，必须要在实际道路工程的使用中进行检验。本文研发的冷补沥青混合料，每年的冬季集中施工期（11月至来年4月）产量在2000吨左右。
2.1.1矿料
冷补料采用改性沥青拌制。矿料级配采用骨架密实型结构密级配具备很好的耐水性和耐除雪剂性，一般常用冷补料规格为LB10、LB13，适合坑槽深度小于5cm的使用。坑槽深度大于5cm时，应选择规格为LB16、LB19的冷补料。
2.1.2基质沥青
根据道路施工环境要求，选择适合低温环境中作业的沥青，本论文在研究试验的时候选择100#基质沥青进行制备，其各项指标均能满足JTGF40-2004规范中《道路石油沥青技术要求》的规定。
2.1.3稀释剂
本论文选用质量符合规定的柴油作为冷补料的稀释剂，同时探索了不同温度下柴油型号的类别，实际生产中常温型冷补料采用-10#柴油、低温型冷补料采用-35#柴油。
2.1.4冷补添加剂
本论文研发的沥青冷补料，其成分是多芳烃树脂类高分子聚合物。材料组分有：改性剂、促凝剂和补强剂等。它的改性原理是：冷补添加剂和沥青相融合后，各组分发生交联作用，经过反复验证冷补添加剂的用量为3％。
2.1.5冷补沥青混合料的生产
图3为冷补料拌合楼生产设备，应先将基质沥青、稀释剂和冷补添加剂按设计配比，配制成冷补改性沥青液，接着将矿料加到拌合楼中，最后把改性沥青液加入并充分搅拌即可。生产过程如图3所示。
图3生产过程
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冷补沥青混合料的生产要求：
冷补沥青混合料一年四季均可使用，依据施工需要，应调配好低温和易性与初始强度之间技术指标的相对关系，冬季用冷补料应适应的环境温度为-35℃以上。
冷补沥青混合料，生产时应注意防止混合料离析，拌和时间应根据实际状态进行调整，并通过试拌确定，矿料中加入冷补改性沥青液后的机械拌和时长不应超过30s，拌合温度不宜超过40℃。拌合生产分为两个阶段：第一阶段，将矿料在烘干筒内进行烘干、除尘和筛分，按设计配比进入拌缸，在不加入改性沥青的条件下拌合，堆放冷却到40℃以下；第二阶段，将冷却的矿料重新输送至拌合楼，但不再点火干燥，进入拌缸后直接加入冷补改性沥青液，进行二次搅拌。
2.2冷补沥青混合料的施工工艺
冷补料适合不同工况条件下的快速修补作业，现在以某市一级市政道路维修的工程实例来介绍施工流程。
（1）坑槽处理：为了修补面的美观，使用小型机具将坑槽切割成规则的几何图形，并保证坑壁立直。同时清除坑槽内的杂物、浮灰、碎渣、残雪等，特别是冬季使用融雪剂后的雪水必须清除干净。
（2）材料选择：一般常用冷补沥青混合料规格为LB10、LB13，适合坑槽深度不超过5cm的使用。坑槽深度大于5cm时，应选择规格为LB16、LB19的冷补料。
（3）摊铺碾压：根据实际用量将冷补材料倒进处理好的坑槽内，整平，应高于原路面约2cm。用平面振动夯或光轮压路机碾压，保证压实度和平整度。
（4）开放交通：冷补料施工完后，立即开放交通。采用冷补料，迅速修复沈阳北陵大街、崇山路、一环路高架桥等一级市政路、桥面破损修补的案例如图4所示。
2.3冷补沥青混合料的附加价值
（1）能够降低养护路面的成本，沥青路面的破损一旦形成，应及时对其进行修补，否则它的破损面积会迅速扩散。据调查显示，冬季产生的坑槽在不修补的情况下，第二年春季的时候坑槽面积会扩散为原来的3～5倍，有的路面会造成多坑槽集聚现象，这是因为雨雪会通过坑槽渗入到地基中，对坑槽附近的路面形成不同程度的损伤。冷补沥青混合料就如同“创可贴”一样，哪儿坏了迅速修补哪儿，从而保证了路面的完整性，延长了旧路面的使用时间，从而降低了养护路面的成本。
（2）良好的社会效益。形成坑槽以后，会严重影响交通运输的安全，尤其是大型车辆如果不慎驶入较深的坑槽有可能会发生不同严重程度的交通事故，所以坑槽的修补工作必须做到“三快”，快速修补、快速上强度和快速通车，这些都是冷补料能够实现的。由于坑槽的及时修复，使得城市路面的形象大大提升，路面完好，行车舒服，减少了拥堵，减少了事故，使得行车行人能够开心、安全的行驶在马路上，这些价值是难以用金钱来衡量的。
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图4破损路面的施工工艺流程
结束语：
经过多年的实践，道路冷补技术已经相对成熟，冬季冷补材料的应用已经开始形成一定规模。冷补材料的应用有效地改善了冬季路面的完整性，延长了道路的使用寿命。但是，为了有效地控制冬季冷补材料的使用效果，应密切注意上述应用要点。
参考文献：
[1]强慧.冬季市政道路养护中采用冷补沥青混合料的应用[J].科技展望，2017，14（17）：19+21.
[2]李延猛.高性能冷补沥青混合料材料组成与性能评价[D].长安大学，2017.