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沥青路面坑槽修补材料研究进展及展望

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：杨雨

[导读] 摘要：随着交通量的增加，沥青路面的养护工作变得尤为重要。

        重庆交通大学土木工程学院重庆 400074
        摘要：随着交通量的增加，沥青路面的养护工作变得尤为重要。坑槽是沥青路面最常见的病害，如果不及时进行养护维修，会导致路面结构进一步破坏，影响行车安全；本文从坑槽修补材料出发，对我国现阶段研究的坑槽修补材料进行了综述，并对一种新的纳米材料坑槽修补材料研发进行了展望。
        关键词：坑槽修补；乳化沥青冷补料；氧化石墨烯
        1 引言
        随着我国现代化交通以及公路事业的蓬勃发展，公路基础设施规模逐渐扩大。从2020年交通运输行业发展统计公报统计的截止到2019年底我国公路数据来看，2019年底我国公路总里程达到501.25万公里，随着新建公路里程的增加，养护公路里程也逐年升高，达到了495.31万公里，其里程占公路总里程的98.8%。从数据分析来看，养护工作成为公路行业目前的一大问题，我国在建设公路网的同时，也应该注重路面养护技术的研究，保证公路高效、安全运转，为我国经济发展保驾护航。
        沥青路面占我国公路里程最多且应用最广，随着路面交通量的逐渐增加，沥青路面在正常通车后，由于天气、人为、环境因素等各种原因导致路面出现龟裂、剥落、坑槽、车辙、裂缝等许多病害；其中，通常伴随着路面水损坏产生的坑槽是最常见的沥青路面病害之一。坑槽病害通常是在沥青面层的老化、基层裂缝的反射以及车轮荷载的反复碾压等诸多因素综合作用下产生的，水分侵入沥青胶结料与集料之间，使得路面骨料剥离、丢失从而产生坑洞，影响行车安全[3]。根据其他文献统计，坑槽引起车辆颠簸、振动产生的冲击荷载是正常路面时的1.5~2.0倍，并且坑槽处容易渗入雨水和雪水，会加速破坏原有路面结构，进一步缩短道路使用寿命，造成更大的经济损失，所以要及时有效地修补沥青路面坑槽。
        2 坑槽修补材料分类
        2.1 施工温度分类
        对于沥青路面坑槽修补材料，按照施工温度不同主要分为热补沥青混合料和冷补沥青混合料。
        热补沥青混合料具有强度高、稳定性好、与原有路面兼容性良好等优势。但是由于它受温度因素影响较大，在寒冷季节、雨雪天气时无法正常施工；并且在拌和、摊铺过程中会产生大量有害气体，对施工人员身体伤害较大，而且对环境污染较严重。
        冷补沥青混合料在使用时不受雨雪、低温天气的影响，施工具有全天候性；制备、摊铺温度远低于热拌沥青混合料，没有烟气污染，绿色节能环保；施工方法简单，减少了施工人员，降低养护成本；坑槽修补效果良好，在路面坑槽初期就能进行修补，实现即修即通，防止坑槽病害进一步扩大。
        2.2成型过程分类
        根据冷补沥青混合料的结合料、成型过程的不同，可将其分为3类：溶剂型冷补沥青混合料、乳化型冷补沥青混合料、反应型冷补沥青混合料。
        2.21溶剂型冷补料
        溶剂型冷补沥青混合料是在基质沥青中添加稀释剂、改性剂等添加剂，它的强度形成机理主要依靠煤油、柴油等稀释剂的挥发与车辆荷载的再压实，初始强度主要由骨料嵌挤力提供，而沥青胶结料由于未凝固形成强度，粘结力低，导致初始强度低。
        我国基础建设发展较晚，且公路早期主要是建设而非养护，国内直到20世纪末才刚刚开始研究路面修补材料。1994年和1996年，山西省公路管理局以及吉林省公路管理局先后试验研究了低温沥青混合料，用于在冬季低温条件下对沥青路面进行坑槽修补，并应用于多条高速公路。长安大学张秀华教授等人于1997年通过实验，研究出了HU-L型冷补沥青混合料，可以对破损路面进行及时修复，延长了沥青路面的使用寿命。
        叶庆凡[2]从冷补料力学性能出发，通过冷补料粘附性试验和施工和易性试验确定混合料级配，通过间接拉伸和单轴贯入等试验系统评价，得出冷补料力学参数；并运用有限元模拟仿真技术，分析不同级配、不同沥青含量的冷补沥青混合料，在不同尺寸和不同深度的坑槽中的力学响应，提出了冷补料在修补坑槽时的最佳适用尺寸。

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        杨扬[3]在结合国内外冷补料级配的基础上，研制出了适用于我国北方寒区的沥青混凝土冷补材料，确定了冷补料的各项性能。陈平[6]为了克服溶剂稀释型沥青混合料初始强度不高，耐久性差的缺点，研发了一种新型聚氨酯改性溶剂稀释型沥青冷补料。
        潘尚启[4]针对沥青路面坑槽修复材料评价方法与修补技术不完善的情况，通过理论研究、数值模拟、室内试验对修补材料评价技术进行了研究。何雄刚[6]为了完善冷补料工作性的评价指标，通过实验，得出三个冷补料工作性评价指标：分散等级、摊铺阻力、初始马歇尔稳定度。
        2.22乳化型冷补料
        乳化型冷补料是以乳化沥青作为胶结料，其混合料强度成型依靠乳化沥青的破乳即水分的蒸发，常温下具有良好的和易性且节能环保，但其强度成型慢、粘结性较差、修补效果也不理想。
        20世纪70年代后期，我国交通部阳离子乳化沥青课题协作组对阳离子乳化沥青和其路用性能专题进行研究并取得了良好的成绩。“七五”、“八五”期间阳离子乳化沥青筑路养护技术得到进一步推广。
        杨帆[1]通过实验研究，研发了一种适用于沥青路面快速修补的水性环氧乳化沥青冷补沥青混合料，探索了水性环氧树脂改性乳化沥青的制备工艺、力学性能、流变性能和微观结构等，并对水性环氧乳化沥青冷补料进行配合比设计，并在最佳配比的基础上以水泥为改性剂配制了早强型冷补料并探索了早强型冷补料的施工工艺。
        孙好好[5]选用乳剂型冷补工艺与反应型冷补工艺结合的方法，研发了SBR环氧改性乳化沥青混合料，并确定了各个工艺参数。
        苗超杰[8]通过室内试验，研制了一种新型水性环氧乳化沥青冷补料。对水性环氧乳化胶结料的流变性能、粘结强度、微观结构进行了分析，并确定了水性环氧乳化沥青混合料的配合比设计方法和技术指标。
        2.23反应型冷补料
        反应型冷补料以高分子聚合物作为胶结料，其强度通过高分子之间的固化交联作用形成，其混合料成型速度快、耐磨性好、高低温性能良好，但成本较高，尚未推广使用。
        3 展望
        近年来，碳纳米材料逐渐被研究者所关注，氧化石墨烯（Graphene Oxide，简称GO）一种石墨的氧化产物，经过处理之后形成的二维状纳米片层结构，具有超大的比表面积、超强的力学性能及柔韧性能。它的结构上还含有大量的活性基团：如羟基、羧基及环氧基等。这些活性基团具有亲水性，很容易在水中被分散制备成纳米分散液，现阶段的研究中已经表明，GO也可以提高沥青结合料的黏度、高温稳定性和抗车辙能力[7]。
        针对于目前研究者大都致力于新型沥青路面坑槽修补材料的研究，研究者可以结合乳化沥青与碳纳米材料两者的优势，研究出一种新的适用于沥青路面养护修补的新型复合型碳纳米冷补沥青材料。
        参考文献：
        [1]杨帆.水性环氧乳化沥青冷补料及其路用性能研究[D].重庆交通大学，2018.
        [2]叶庆凡.冷补沥青混合料力学性能及适用性研究[D].山东建筑大学，2019.
        [3]杨扬.寒区沥青混凝土路面坑槽冷补材料路用性能研究[D].东北林业大学，2007.
        [4]潘尚启.沥青路面坑槽修复材料与效果评价技术研究[D].东南大学，2017.
        [5]孙好好.干线公路快速耐久型沥青路面坑槽冷修补材料研究[D].西安建筑科技大学，2017.
        [6]陈平.新型高性能坑槽冷修补材料研究与设计[D].长安大学，2019.
        [7]朱俊材，李泉，刘克非.氧化石墨烯改性沥青结合料的性能[J].中国粉体技术.2018，24（4）：71-76.
        [8]苗超杰.基于水性环氧-乳化沥青的坑槽冷补料研究[D].重庆交通大学，2018.