瀝青混凝土路面裂縫EA/PU IP修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)耐久性能相容性研究

邢德兆

（佛山市路橋建設(shè)有限公司，廣東佛山528313）

瀝青混凝土路面裂縫EA/PU IP修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)耐久性能相容性研究

邢德兆

（佛山市路橋建設(shè)有限公司，廣東佛山528313）

通過疲勞性能試驗(yàn)、抗沖擊磨耗性能試驗(yàn)等，研究了瀝青混凝土路面裂縫EA/PU IP修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)耐久性相容性，試驗(yàn)結(jié)果表明，EA/PU IP修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的耐久性較好，可以應(yīng)用于瀝青混凝土路面裂縫修補(bǔ)。

瀝青混凝土路面裂縫；EA/PU IP修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)；耐久性

0引言

目前，我國所廣泛使用的修補(bǔ)材料和修補(bǔ)工藝所帶來的修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)較差的耐久性能嚴(yán)重地限制了它的使用范圍和優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。因此，在滿足路面裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的使用功能和基本力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的形成特征及其與耐久性之間的關(guān)系，對(duì)于改善路面裂縫修補(bǔ)材料和修補(bǔ)工藝，提高其使用壽命意義重大。本文基于國內(nèi)南方某快速干線瀝青混凝土路面工程，利用一種新型的高性能瀝青路面裂縫化學(xué)修補(bǔ)材料EA/PU IP，將修補(bǔ)材料與原瀝青混凝土結(jié)構(gòu)組合成裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)，對(duì)裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)體系的耐久性相容性進(jìn)行研究。

1 EA/PU IP［1］修補(bǔ)材料

EA/PU IP修補(bǔ)材料是環(huán)氧丙烯酸酯樹脂為主體，將聚氨酯引入漿液中進(jìn)行增韌改性，制備出一種可綜合不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、甲凝等材料的多種優(yōu)良性能的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)化學(xué)裂縫修補(bǔ)材料。該修補(bǔ)材料主要由環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯預(yù)聚體、甲基丙烯酸甲酯（稀釋劑）、過氧化苯甲酰（引發(fā)劑）、N,N-二甲基苯胺（促進(jìn)劑）、交聯(lián)劑（1,4-丁二醇）及顏料（根據(jù)需要決定是否添加）組成，可在室溫下固化。

2　　疲勞性能試驗(yàn)

疲勞開裂是瀝青路面的主要破壞形式之一，疲勞裂縫的出現(xiàn)對(duì)瀝青路面的行車舒適度和使用壽命都有直接影響。在路面裂縫修補(bǔ)之后，修補(bǔ)材料與瀝青混合料基體間的粘結(jié)界面是整個(gè)組合結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，在重復(fù)車輛荷載的作用下很容易引起裂縫的再次張開；并且，當(dāng)修補(bǔ)后的組合結(jié)構(gòu)失效之后，對(duì)裂縫進(jìn)行再修補(bǔ)會(huì)更加的困難。因此，組合結(jié)構(gòu)的抗疲勞破壞性能是反映其耐久性能最為關(guān)鍵的因素之一。

2.1剪切疲勞試驗(yàn)

修補(bǔ)后的裂縫主要受到剪應(yīng)力與拉應(yīng)力的作用，所以本文著重通過剪切疲勞試驗(yàn)［2］測(cè)試EA/PU IP修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的剪切疲勞特性。在疲勞荷載作用下，裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的剛度會(huì)隨著新的裂縫或者是粘結(jié)性能的劣化而逐漸變化，所以通過試件剛度的變化可以反映其疲勞損壞的程度。一旦裂紋或破損在材料內(nèi)部開始萌生，在循環(huán)應(yīng)力（應(yīng)變）作用下，這些裂紋或破損就會(huì)穩(wěn)定地?cái)U(kuò)展，直到在所施加應(yīng)力（應(yīng)變）作用下變得不穩(wěn)定為止。裂紋或破損的擴(kuò)展速度也是一種材料特性，同時(shí)它與應(yīng)力（應(yīng)變）強(qiáng)度因子的循環(huán)范圍或能量釋放速率相關(guān)。

圖1原狀及組合結(jié)構(gòu)試件的剪切疲勞應(yīng)變變化圖

圖1為原狀試件及三種裂縫寬度的修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的剪切應(yīng)變結(jié)果。從圖1可看出修補(bǔ)后的組合材料達(dá)到剪切疲勞破壞的時(shí)間均大于原狀試件。開始施加瞬時(shí)荷載后四組試件的變形基本相似，之后原狀試件的應(yīng)變以一個(gè)較大的速率持續(xù)增長，4h后試件被完全壓碎。而三組修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的變形開始進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定期，增長較緩慢。裂縫寬度為10mm（切割面粘結(jié)）的修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)變突然增加，發(fā)生疲勞剪切破壞。但是裂縫寬度為10mm（成型面粘結(jié)）和5mm的修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)經(jīng)過兩倍于10mm（切割面粘結(jié)）的修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的時(shí)間仍未發(fā)生破壞，這說明常溫下修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的抗疲勞剪性能優(yōu)于原狀試件。

2.2輪載疲勞試驗(yàn)

輪載試驗(yàn)［3］為利用移動(dòng)車輪荷載評(píng)價(jià)道路在長期服務(wù)條件下使用性能的試驗(yàn)。目前主要用于測(cè)試瀝青混合料的抗車轍（永久變形）性能、水敏感（水穩(wěn)定）性能和疲勞性能。本文利用基于車轍試驗(yàn)機(jī)的輪載系統(tǒng)來模擬車輪荷載對(duì)裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的反復(fù)作用，以評(píng)價(jià)修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)在類車輛荷載作用下的修補(bǔ)效果。試驗(yàn)考慮了兩種加載模式：①車輪作用于縱向裂縫之上；②車輪作用于橫向裂縫之上。

為了便于描述，將各組試件進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)具體情況為：A組，原狀試件；B組，縱向裂縫在輪跡線上；C組，橫向裂縫（原狀）；D組，橫向裂縫（修補(bǔ)）。本試驗(yàn)測(cè)量的主要參數(shù)為疲勞荷載下裂縫處的水平位移，通過裂縫處的水平變形來評(píng)價(jià)裂縫在反復(fù)車輪荷載作用下的行為能力。

本試驗(yàn)的疲勞壽命（試件破壞時(shí)的加載周期次數(shù)）結(jié)果如下：

A組（原狀試件），破壞時(shí)間49.1h，疲勞壽命123732次；B組（縱向裂縫），破壞時(shí)間79.0h，疲勞壽命199080次；C組（橫向裂縫（原狀）），破壞時(shí)間9.1h，疲勞壽命22932次；D組橫向裂縫（修補(bǔ)）），破壞時(shí)間8.5h，疲勞壽命21420次。

從上述結(jié)果可以看出，模擬橫向裂縫的C組和D組的疲勞壽命要顯著低于其他幾組。對(duì)于模擬的縱向裂縫，在同樣的荷載條件下B組試件的疲勞壽命顯著長于其他各組。出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是因?yàn)锳組試件的疲勞斷裂發(fā)生在瀝青混凝土中，為瀝青混凝土基體本身的疲勞斷裂；而B組的疲勞斷裂發(fā)生在瀝青混凝土與修補(bǔ)材料粘結(jié)界面的過渡區(qū)上，說明修補(bǔ)材料對(duì)瀝青混凝土基體本身的抗疲勞破壞性能起到了一定的補(bǔ)強(qiáng)作用，延緩了試件的破壞時(shí)間。另外，對(duì)于模擬的橫向裂縫，C、D兩組試件的破壞時(shí)間及疲勞壽命較為接近，可以看出修補(bǔ)材料對(duì)橫向裂縫抵抗疲勞破壞能力的恢復(fù)效果較為理想。

圖2輪載疲勞試驗(yàn)試件變形隨時(shí)間變化情況

圖2所示為輪載疲勞試驗(yàn)時(shí)試件變形隨時(shí)間的變化情況。從圖2可看出，對(duì)于原狀試件A組和C組，試件在疲勞荷載作用下呈現(xiàn)出變形先急劇增大，然后逐漸趨于平緩，最后隨著裂縫的開展試件變形迅速開展而斷裂的幾個(gè)過程。對(duì)于修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)試件的B組和C組，試件破壞時(shí)的變形增長非常迅速，與粘彈性材料表現(xiàn)出的變形規(guī)律和破壞特征不太一致。這一現(xiàn)象也與前面的剪切疲勞試驗(yàn)結(jié)果相似。

3　　抗沖擊磨耗性能試驗(yàn)

本研究中的抗沖擊磨耗性能試驗(yàn)［4］主要用于評(píng)價(jià)裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)抵抗路面車輛荷載的循環(huán)沖擊和磨耗的性能。本試驗(yàn)用于評(píng)價(jià)透水混凝土的抗磨損性能的指標(biāo)有兩種：一是質(zhì)量損失率；二是殘余劈裂抗拉強(qiáng)度。

圖3為原狀試件與修補(bǔ)后試件的抗沖擊磨耗性能試驗(yàn)結(jié)果。從修補(bǔ)后試件和原狀試件的質(zhì)量損失、質(zhì)量損失率上來看，兩者的變化趨勢(shì)基本一致，沒有出現(xiàn)明顯的差異。對(duì)比兩者的質(zhì)量損失率，隨著加載次數(shù)的增加，修補(bǔ)后試件的質(zhì)量損失率要逐漸小于原狀試件，這是因?yàn)樾扪a(bǔ)材料本身的抗沖擊磨耗性能要優(yōu)于瀝青混合料基體，也可以說明修補(bǔ)材料對(duì)瀝青混合料基體具有很好的粘結(jié)效果，并且可以有助于提高瀝青混合料試件的抗沖擊磨耗性能。

圖3原狀試件與修補(bǔ)后試件抗沖擊磨耗性能試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

4結(jié)語

本文根據(jù)路面裂縫EA/PU IP修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的使用功能和特點(diǎn)，對(duì)修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的耐久性能進(jìn)行了綜合的測(cè)試與評(píng)價(jià)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可得出如下結(jié)論：

（1）抗沖擊磨耗性能試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果表明，修補(bǔ)材料EA/PU IP本身的抗沖擊磨耗性能要優(yōu)于瀝青混合料基體，修補(bǔ)材料對(duì)瀝青混合料基體具有很好的粘結(jié)效果，對(duì)瀝青混合料基體的抗沖擊磨耗性能有一定增強(qiáng)作用。

（2）剪切疲勞破壞試驗(yàn)表明，修補(bǔ)后的組合結(jié)構(gòu)在常溫下的抵抗剪切疲勞荷載的能力要優(yōu)于原狀試件。

（3）輪載疲勞試驗(yàn)表明，修補(bǔ)材料對(duì)瀝青混凝土基體具有很好的粘結(jié)效果，能夠提高瀝青混凝土基體抵抗疲勞荷載的能力，并且在反復(fù)車輛荷載的作用下，修補(bǔ)材料與瀝青混合料基體也未出現(xiàn)由于變形協(xié)調(diào)性差而出現(xiàn)的脫開和破壞現(xiàn)象，大部分的破壞情況都存在于修補(bǔ)界面的過渡區(qū)或是試件荷載最大的位置。

［1］尹健.一種瀝青混凝土路面裂縫修補(bǔ)材料：中國，ZL201210336891.9 ［P］.2012-12-9.

［2］朱洪洲，黃曉明.瀝青混凝土疲勞性能關(guān)鍵影響因素分析［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2004（2).

［3］沈金安.瀝青及瀝青混凝土路用性能［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［4］張永.分析公路瀝青混凝土路面抗滑性的因素及檢測(cè)方法 ［J］.工程管理前沿，2015（2）.

邢德兆（1978-），女，工程師，碩士研究生，從事公路橋梁建設(shè)及養(yǎng)護(hù)管理工作。