不同坑槽修補(bǔ)法界面黏結(jié)力學(xué)性能的試驗(yàn)研究

李家春，仙 凱，郭柏甫，王 貴

(1.江蘇集萃道路工程技術(shù)與裝備研究所有限公司，江蘇 徐州 221004；2.長(zhǎng)安大學(xué) 公路養(yǎng)護(hù)裝備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710064)

0 引 言

坑槽是瀝青路面常見的病害之一，它的出現(xiàn)會(huì)給瀝青路面的安全性帶來很大影響[1]，因此坑槽的修補(bǔ)工作至關(guān)重要。

許多人進(jìn)行過瀝青路面坑槽修補(bǔ)的研究，比如：籍石磊[2]用理論分析的方法研究了坑槽修補(bǔ)的機(jī)理。劉凱迪[3]采用數(shù)值分析的方法僅研究了不同因素對(duì)冷補(bǔ)界面粘結(jié)特性的影響，結(jié)果表明：溫度、濕度越高，界面的粘結(jié)能力越低；而粘結(jié)劑種類和界面粗糙度是影響界面粘結(jié)能力的主要因素。溫志廣等人[4]對(duì)不同修補(bǔ)材料與原路面材料的模量比與界面力學(xué)性能展開了理論及數(shù)值研究，結(jié)果表明：模量比為0.5的縱縫頂部和模量比為8.3的補(bǔ)塊表面存在最大剪應(yīng)力峰值為0.32 MPa。Geng等人[5]研究了一種冷補(bǔ)瀝青混合料。

在這些研究中，一些是針對(duì)冷補(bǔ)法的研究，一些是對(duì)坑槽修補(bǔ)機(jī)理的理論及數(shù)值研究。然而關(guān)于不同修補(bǔ)法下修補(bǔ)界面粘結(jié)性能對(duì)比的試驗(yàn)研究很少，因此本文分析了兩種坑槽修補(bǔ)方法，即熱料冷補(bǔ)法(冷補(bǔ))和微波就地加熱修補(bǔ)法(熱補(bǔ))，對(duì)瀝青混合料修補(bǔ)界面的粘結(jié)性能進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)及評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

1.1.1 試驗(yàn)概況

本次試驗(yàn)的環(huán)境溫度為30 ℃。試驗(yàn)用的瀝青混合料樣本取自路齡達(dá)到10年的灌南東G15沈海高速公路入口西北向。此次試驗(yàn)共取3個(gè)熱補(bǔ)坑槽，2個(gè)冷補(bǔ)坑槽，并將它們編號(hào)為熱001、熱002、熱003、冷001、冷002?？硬鄢叽鐬? m×1 m。

熱補(bǔ)采用微波就地加熱方式，加熱面積為1.1 m×1.1 m，加熱時(shí)長(zhǎng)為16 min，待溫度升至約160 ℃，碾壓至平整結(jié)束。

冷補(bǔ)是將160 ℃的熱料填入坑槽，碾壓至平整結(jié)束。

1.1.2 坑槽接縫處的取樣設(shè)計(jì)

由于混合料試驗(yàn)離散性較大，為減小試驗(yàn)誤差，每組試驗(yàn)測(cè)試6個(gè)芯樣。熱補(bǔ)工況所需的24個(gè)芯樣分別在3個(gè)熱補(bǔ)坑槽中取8個(gè)，其中4個(gè)為左右層接縫芯樣(如圖1(a)邊1-4)、4個(gè)為上下層接縫芯樣(如圖1(a)中1-4)。而冷補(bǔ)工況共需的24個(gè)芯樣，分別在2個(gè)冷補(bǔ)坑槽中取12個(gè)，其中6個(gè)左右層接縫芯樣(如圖1(b)邊1-6)、6個(gè)為上下層接縫芯樣(如圖1(b)中1-6)。

圖1 取樣標(biāo)記圖

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文采用修補(bǔ)界面間的應(yīng)力對(duì)兩種修補(bǔ)方法的界面粘結(jié)力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。因此對(duì)芯樣分別進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)。

1.2.1 拉拔試驗(yàn)

(1)上下層接縫芯樣。將芯樣上下表層用環(huán)氧樹脂與夾具粘結(jié)，待樹脂充分固化后，采用拉拔儀測(cè)試接縫粘結(jié)力。如圖2所示。

圖2 上下層芯樣拉拔試驗(yàn)

(2)左右層接縫芯樣。由于坑槽修補(bǔ)深度約5 cm，芯樣厚度約為10 cm。先用切割機(jī)將芯樣中的非修補(bǔ)層切除，再將修補(bǔ)層的芯樣切割出左右2個(gè)與接縫面平行的平面，將環(huán)氧樹脂涂抹在切割出的平面上并與夾具粘結(jié)，待樹脂充分固化后，采用拉拔儀測(cè)試接縫處粘結(jié)力。如圖3所示。

圖3 左右層芯樣拉拔試驗(yàn)

1.2.2 剪切試驗(yàn)

(1)上下層接縫試驗(yàn)。采用自制剪力夾具，受力方向如圖4所示。待接縫面與夾具底面之間的距離約為6 cm時(shí)，按照?qǐng)D5(a)中的方法放置芯樣，并進(jìn)行剪切試驗(yàn)，測(cè)試上下層接縫的抗剪強(qiáng)度。

圖4 受力分析

圖5 剪切試驗(yàn)

(2)左右層接縫試驗(yàn)。先將下層非修補(bǔ)層切除。仍采用剪力夾具，試驗(yàn)時(shí)將芯樣橫放。因芯樣直徑為10 cm，待剪接縫面距夾具底面為5 cm，因此放置芯樣前預(yù)先放置1 cm的墊片。然后按照?qǐng)D5(b)中的方法放置芯樣，并進(jìn)行剪切試驗(yàn)，測(cè)試左右層接縫的抗剪強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 坑槽接縫芯樣的試驗(yàn)結(jié)果

由于冷補(bǔ)接縫粘結(jié)力較小，切割過程中，4個(gè)冷補(bǔ)芯樣從接縫處開裂，不能進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。其余芯樣按照拉力(剪力)與面積之比得到表1所示的應(yīng)力結(jié)果。從表1中可以看出，就應(yīng)力而言，熱003>熱002>熱001>冷補(bǔ)，冷001和冷002差異并不明顯。

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中規(guī)定的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，發(fā)現(xiàn)熱003-邊4與冷001-邊1試驗(yàn)結(jié)果不符合要求，予以舍棄，其余數(shù)據(jù)取算數(shù)平均值。圖6顯示了熱補(bǔ)冷補(bǔ)應(yīng)力對(duì)比結(jié)果。

表1 熱補(bǔ)、冷補(bǔ)粘結(jié)力試驗(yàn)結(jié)果

圖6 熱補(bǔ)冷補(bǔ)應(yīng)力對(duì)比結(jié)果

從圖6可以看出，相比冷補(bǔ)法，熱補(bǔ)法在上下接縫的拉剪應(yīng)力分別提高了59.5%、49.0%，在左右接縫的拉剪應(yīng)力也分別提高了41.1%、60.5%。

2.2 完整芯樣的試驗(yàn)結(jié)果

室內(nèi)成型4個(gè)SMA-13馬歇爾芯樣，分別取2個(gè)進(jìn)行拉拔、剪切試驗(yàn)，結(jié)果為剪切應(yīng)力2.39 MPa，拉拔試驗(yàn)由于完整芯樣應(yīng)力過大，試驗(yàn)時(shí)均從環(huán)氧樹脂粘結(jié)層處斷開，因而無法得到實(shí)際值，結(jié)合接縫芯樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出拉拔應(yīng)力不小于4.5 MPa。圖7顯示了接縫處與完整芯樣的剪切力比值。

圖7 接縫處與完整芯樣的剪切力比值

3 結(jié) 語(yǔ)

通過研究坑槽修補(bǔ)界面的粘結(jié)性能，得出以下

結(jié)論。

(1)熱補(bǔ)坑槽接縫處粘結(jié)力比冷補(bǔ)高50%左右。

(2)熱補(bǔ)、冷補(bǔ)的上下接縫剪切力分別達(dá)到完整芯樣的64.9%、43.5%，熱補(bǔ)、冷補(bǔ)的左右接縫剪切力分別達(dá)到完整芯樣剪切力的28.9%、18.0%。