環(huán)氧砂漿粘結(jié)瀝青混合料壓剪疲勞試驗研究

李永信

摘 要：本文結(jié)合測定環(huán)氧砂漿粘結(jié)瀝青混合料壓剪疲勞試驗，設(shè)計并制作出了試件疲勞試驗裝置，并順利地把試驗完成，得到了環(huán)氧砂漿層與鋼板的粘結(jié)牢固，沒有出現(xiàn)開裂、錯動現(xiàn)象及環(huán)氧砂漿層沒有出現(xiàn)裂紋的相應(yīng)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧砂漿；粘結(jié)瀝青；疲勞試驗裝置；壓剪疲勞試驗

中圖分類號：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：

1 試驗?zāi)康?/p>

鋪筑于鋼箱梁上的瀝青混合料橋面，由于車輛載荷、溫度變化、雨水浸蝕等原因，常常出現(xiàn)瀝青混合料脫落的破壞現(xiàn)象。瀝青混合料與鋼梁粘結(jié)不牢是瀝青混合料脫落的直接因素。在二者之間加一層環(huán)氧砂漿粘結(jié)層，可有效增加瀝青混合料橋面的粘結(jié)強(qiáng)度，提高其抗剪切破壞的能力。

試驗?zāi)康模簻y定環(huán)氧砂漿粘結(jié)瀝青混合料壓剪疲勞破壞次數(shù)，了解其破壞狀況和性能。

2 試驗設(shè)備

主要儀器設(shè)備：PLG-100 高頻疲勞試驗機(jī)（天水紅山試驗機(jī)廠）。

輔助裝置：游標(biāo)卡尺、溫度計、試件加載裝置。

3 試驗原理和方案

3.1 試驗原理

通過設(shè)置傾角為45°的上下夾頭，使45°角傾斜放置的圓柱形試件的環(huán)氧砂漿粘結(jié)層承受軸向壓力與橫向剪力的共同作用，而且橫截面上的平均壓應(yīng)力與平均剪應(yīng)力大小相等。為使試件不受沖擊力作用，取本次疲勞試驗的交變應(yīng)力循環(huán)特征值r = 0.2。于是，本試驗為雙軸無反向應(yīng)力的軸向壓縮與橫向剪切共同作用的疲勞破壞試驗。

對于給定的若干個剪應(yīng)力水平值，在交變應(yīng)力的作用下，通過試驗可以測得與各剪應(yīng)力水平值所對應(yīng)的疲勞壽命，從而可繪出反映剪應(yīng)力水平值與疲勞壽命關(guān)系的曲線。

3.2 試驗方案

3.2.1 試件

環(huán)氧砂漿粘結(jié)瀝青混合料壓縮與剪切疲勞破壞試驗的試件形狀為直徑d0=101mm的圓柱形試件，如圖1。試件組合結(jié)構(gòu)自下至上依次為：1.0cm鋼板+環(huán)氧粘結(jié)劑+1cm環(huán)氧砂漿+熱瀝青粘結(jié)層+5.5cmSup12.5瀝青混合料。

試件制作程序：在鋼板上涂環(huán)氧粘結(jié)劑；澆環(huán)氧砂漿；待砂漿固化到一定程度時，在砂漿表面垂直于剪力的方向刻4～5條寬深均為2～3mm的平行槽痕（增強(qiáng)粘結(jié)力）；澆熱瀝青粘結(jié)層；按瀝青混合料試件制作方法（T 0702-2000）制作5.5cmSup12.5瀝青混合料試件。

3.2.2 加載裝置

高頻疲勞試驗機(jī)及加載裝置如圖2。試件下部夾具為斜面傾斜45°的三角形鋼塊，三角形鋼塊斜面下部帶有厚1cm且直徑與試件相同的圓弧面的鋼板。試件上部夾具為一側(cè)帶圓弧面的直角夾頭。圓弧面貼于試件的左上方。瀝青混合料環(huán)氧砂漿粘結(jié)層與疲勞試驗機(jī)鉛垂載荷作用線間的夾角為45°。

3.2.3 試驗剪切強(qiáng)度

相應(yīng)試驗剪切強(qiáng)度（剪應(yīng)力水平值）為：0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa。

3.2.4 試驗載荷

試件受力示意圖如圖3，試件底面傾斜45°時，試件底板上的支反力RN和RS大小相等，且與試驗載荷P有如下關(guān)系：

由式（1）可算得不同剪應(yīng)力水平下的最大載荷，以及最小載荷、靜載荷和動載荷，如表1。

3.2.5 加載控制模式、荷載頻率和波形

瀝青混凝土的疲勞響應(yīng)與加載控制方式有關(guān)，本試驗采用應(yīng)力控制方式。在反復(fù)加載過程中所施加荷載的峰、谷值始終保持不變，隨著加載次數(shù)的增加，導(dǎo)致試件破壞后中止試驗。

試驗頻率f=50～120Hz。正弦波形比較接近于實際路面所承受的車輪的荷載波形，本研究采用正弦波荷載進(jìn)行疲勞試驗。由于荷載波形全部處于壓力一側(cè)，故稱為半正矢波。為加快試驗速度，相鄰波形之間不插入間歇時間。為避免長時間試驗可能出現(xiàn)的試件脫空現(xiàn)象，從而對試件產(chǎn)生沖擊作用，本研究設(shè)置正弦波形的最小荷載為最大荷載的20%。

3.2.6 溫度和數(shù)據(jù)采集

室溫：控制在 18o～20o C之間。數(shù)據(jù)采集：由儀器自動完成，設(shè)置為每分鐘采集一次。

3.2.7 破壞判據(jù)

出現(xiàn)下列情形之一，認(rèn)為試件已經(jīng)破壞，停止試驗：

（1）儀器顯示的靜載荷下降30%，試驗無法進(jìn)行；

（2）試件橫截面剪切變形（錯位）10mm，就不在進(jìn)行本試件的疲勞試驗；

（3）瀝青混合料的縱向裂縫長度擴(kuò)展至高度的60%，見圖4，認(rèn)為試件破壞。

4 試驗結(jié)果分析及結(jié)論

4.1 試件破壞形式

本次壓剪疲勞破壞試驗中，所有試件的破壞面均發(fā)生在熱瀝青層，表現(xiàn)形式為錯動，如圖4。其中，在剪應(yīng)力水平值為0.7MPa和0.8MPa時，分別有1個試件在靜載作用下熱瀝青層發(fā)生破壞，疲勞試驗未能進(jìn)行。環(huán)氧粘結(jié)劑和環(huán)氧砂漿層均未發(fā)生破壞，瀝青混合料也未出現(xiàn)縱向裂紋。

4.2 試驗結(jié)果分析

瀝青混合料試件的疲勞次數(shù)試驗數(shù)據(jù)存在一定的離散性，為此對同一剪應(yīng)力水平值下的疲勞次數(shù)采用算術(shù)平均值。壓剪疲勞破壞試驗結(jié)果如表2所示。壓剪疲勞壽命曲線圖如圖5所示。

4.3 結(jié)論

1.當(dāng)剪應(yīng)力水平值≤0.7MPa時，疲勞次數(shù)≥865萬次；當(dāng)剪應(yīng)力水平值為0.9MPa時，疲勞次數(shù)僅為85萬次；

2.試件的破壞面均發(fā)生在熱瀝青層，表現(xiàn)形式為錯動；

3.環(huán)氧砂漿層與鋼板的粘結(jié)牢固，沒有出現(xiàn)開裂、錯動現(xiàn)象；

4.環(huán)氧砂漿層沒有出現(xiàn)裂紋。

5.設(shè)計制作的疲勞試驗裝置可靠、可行，與實際情況相吻合。

（本文審稿 柳立生）