冷補(bǔ)瀝青混合料與舊路面材料界面黏結(jié)特性研究

柏正云　董文姣　葛娟

摘 要：冷補(bǔ)瀝青混合料作為一種新型的瀝青路面修補(bǔ)材料，與傳統(tǒng)修補(bǔ)材料相比，具有明顯的優(yōu)勢，社會經(jīng)濟(jì)效益顯著。本文根據(jù)實(shí)際路面坑槽，建立有限元模型，分析不同荷載位置、坑槽尺寸、槽壁深度對坑槽壁面受力特點(diǎn)，探究冷補(bǔ)瀝青混合料與舊路面材料的界面黏結(jié)特性。

關(guān)鍵詞：冷補(bǔ)瀝青混合料；有限元；界面黏結(jié)特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.045

0 引言

當(dāng)前道路由于交通量劇增，部分路面設(shè)計(jì)不合理以及施工質(zhì)量不高的原因，路面結(jié)構(gòu)的損壞日漸加重，影響了道路的服務(wù)能力，阻礙了交通運(yùn)輸效益的發(fā)揮。因此，需要及時地對路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)與修補(bǔ)。目前，國內(nèi)有很多坑槽修補(bǔ)材料，冷補(bǔ)瀝青混合料作為一種新型的瀝青路面修補(bǔ)材料，與傳統(tǒng)修補(bǔ)材料相比，具有明顯的優(yōu)勢[1]。但是路面進(jìn)行坑槽修補(bǔ)時沒有確切的理論依據(jù)。本文根據(jù)實(shí)際路面坑槽修補(bǔ)結(jié)構(gòu)，建立有限元模型進(jìn)行力學(xué)分析，研究冷補(bǔ)瀝青混合料與舊路面材料界面黏結(jié)特性。

1 有限元模型的建立

本文假定路面各層是平面無限大的彈性體，建立簡化模型。模型中建立part1和part2，part1是坑槽填料的模型，part2是舊路結(jié)構(gòu)模型。part1大小為1O0cm×lO0cm×12cm，part2大小為3.75m×3.75m×3m。圖1為簡化的有限元模型。

在模型中考慮舊路各結(jié)構(gòu)層層間處于完全連續(xù)的接觸狀態(tài)：規(guī)定應(yīng)力邊界條件是雙圓均布荷載，輪壓q取規(guī)定值0.7MPa，在建模加載過程中，將車輪雙圓均布荷載換算為18.6cm×19.2cm的矩形載荷。路面材料均假設(shè)為線彈性材料，根據(jù)彈性模量和泊松比確定力學(xué)性能指標(biāo)。根據(jù)工程實(shí)踐，冷補(bǔ)瀝青混合料彈性模量E=1200MPa；粘結(jié)層彈性模量E=50Mpa，，粘結(jié)層厚度取5mm。舊路面結(jié)構(gòu)層各層材料參數(shù)及厚度如表1所示，以下道路基本結(jié)構(gòu)參數(shù)與此相同。

2 坑槽壁面受力影響因素分析

2.1 不同荷載位置對壁面受力的影響

本節(jié)主要研究不同荷載位置對坑槽壁面受力的影響。為了真實(shí)模擬車輛載荷的作用，并且考慮到對稱性以及最不利荷載的影響，把車輛載荷的作用位置分為以下6種：工況1荷載緊靠坑槽橫向壁縫中心外緣；工況2荷載作用在坑槽橫向壁縫中心中縫上；工況3荷載緊靠坑槽橫向壁縫中心內(nèi)緣；工況4荷載緊靠坑槽邊角外緣；工況5荷載作用在邊角中縫上；工況6荷載作用在坑槽邊角內(nèi)緣；。圖2為6種工況的示意圖（Z方向表示行車方向，大矩形表示路面，中矩形表示坑槽，小矩形表示荷載）。

本文選取坑槽壁面橫向剪應(yīng)力作為基本指標(biāo)進(jìn)行比較分析。下面各圖中分析的橫向底緣剪應(yīng)力為靠近車輪荷載一邊的橫向底緣（圖X方向）。其中圖3-5為不同工況的坑槽壁面剪應(yīng)力圖。

從圖3-5可以看出在坑槽壁面h=0cm處，工況2的剪應(yīng)力峰值最大；在坑槽壁面h=6cm處，工況2的剪應(yīng)力峰值最大。在坑槽壁面h=12cm處，工況6剪應(yīng)力峰值最大。比較以上不同深度處三個剪應(yīng)力峰值的大小最終得出工況6的剪應(yīng)力峰值是最大值。故工況6為最不利荷載作用位置。

2.2 坑槽尺寸對壁面受力的影響

本節(jié)主要研究坑槽尺寸對坑槽壁面受力的影響，選取最不利工況的荷載作用位置，固定坑槽的深度z=12cm不變，對坑槽平面尺寸選取100cm×100cm、120cm×120cm、150cm×150cm、170cm×170cm、200cm×200cm、220cm×220cm六種不同平面尺寸進(jìn)行比較。

由圖6可以看出：隨著坑槽尺寸的增大，壁面各點(diǎn)的剪應(yīng)力明顯降低。當(dāng)平面尺寸由小增大時，坑槽壁面剪應(yīng)力峰值也呈減小的趨勢，坑槽壁面的剪應(yīng)力峰值依次減小4.7%、5.1%、7.2%、10.5%、10.2%，可見隨著平面尺寸的增大剪應(yīng)力峰值減小的比率逐漸增大且最終趨于平緩。因此，坑槽平面尺寸越小受力越不利。

2.3 坑槽深度對壁面受力的影響

本節(jié)對五種不同的坑槽深度進(jìn)行力學(xué)分析，選取工況6作為最不利荷載。保持坑槽橫向、縱向尺寸不變，改變修補(bǔ)層的厚度[2]，分別采用以下五種不同深度：100cm×l00cm×12cm、100cm×l00cm×10cm、100cm×l00cm×8cm、100cm×l00cm×6cm、100cm×l00cm×4cm，針對上述五個模型對坑槽壁面橫向底緣剪應(yīng)力進(jìn)行分析。下圖為坑槽壁面橫向底緣剪應(yīng)力圖。

從圖7可以看出隨著坑槽深度的增加，坑槽壁面橫向底緣剪應(yīng)力逐漸增大，剪應(yīng)力峰值也逐漸增大，增大比率分別為6.3%、3.8%、3.7%、1.3%?？梢婋S著坑槽深度的增加，壁面剪應(yīng)力峰值增大比率越來越小。因此，隨著坑槽深度增大對坑槽壁面受力越不利。

2.4 撒布粘層油后對壁面受力的影響

瀝青路面坑洞破損部分用破碎機(jī)或銑刨機(jī)開槽成型后，在攤鋪修補(bǔ)材料前，在坑槽壁面和底面上通常先向坑槽壁面和底面上薄薄地、均勻地噴涂一層粘層油，來浸潤坑槽內(nèi)表面裸露出的石料[3]。為了探究灑布粘層油對壁面受力是否有利，對灑和不灑粘層油分別建立如下有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析：坑槽大小取100cm×l00cm×12cm的立方體，修補(bǔ)材料的彈性模量取為1200MPa，荷載取最不利荷載，槽四周粘層油厚5mm，粘層油彈性模量50MPa。

3 結(jié)語

本文針對冷補(bǔ)瀝青混合料進(jìn)行坑槽修補(bǔ)，建立有限元模型，對坑槽壁面受力進(jìn)行力學(xué)分析，得到以下結(jié)論：（1）坑槽角隅處（工況6）為最不利荷載作用位置；（2）坑槽平面尺寸越小受力越不利；（3）隨著坑槽深度增大對坑槽壁面受力越不利；（4）坑槽壁面灑布粘層油后對壁面受力是十分有利的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張道偉.瀝青路面坑槽破壞類型及修補(bǔ)機(jī)理分析[J].華東公路，2011（05）.

[2]吳莉萍.瀝青路面坑槽修補(bǔ)研究[J].城市道橋與防洪，2010（08）.

[3]徐清華.瀝青路面坑槽修補(bǔ)技術(shù)及其計(jì)算機(jī)仿真分析[D].長安大學(xué)，2009.