鐘慶軍， 胡德勇， 汪 昊， 王 民

(1.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 401336； 2.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

近年來(lái)，隨著對(duì)路面接縫處治材料性能研究的不斷深入，從不同的視角進(jìn)行挖掘和探索。李峰等[6]通過(guò)裂縫修補(bǔ)工程試驗(yàn)及跟蹤觀測(cè)，對(duì)瀝青路面裂縫貼縫條的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)并提出技術(shù)要求；孫坤軍等[7]通過(guò)200次的凍融循壞試驗(yàn)，對(duì)一種新型混凝土渠道接縫材料的抗凍性能進(jìn)行了研究；霍曼琳等[8]從界面結(jié)構(gòu)特征及粘結(jié)施工特點(diǎn)出發(fā)，研制了隧道襯砌施工縫新型界面粘結(jié)材料，并對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了驗(yàn)證；張磊蕾等[9]通過(guò)“自透水+縫隙透水”的透水模式，研究了縫隙透水路面接縫材料；劉杰勝等[10]分析了路面嵌縫材料接縫密封失敗的原因，提出了路面接縫材料的性能要求，并發(fā)現(xiàn)一種新型路面接縫材料“硅橡膠”能較好地滿足嵌縫材料的性能要求；宋玉普等[11]采用不同的施工接縫面處理方法，對(duì)混凝土施工縫接縫面劈拉強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

綜上分析，接縫材料融化程度、拉伸性能等對(duì)瀝青混合料縱向施工縫的接縫效果及防開(kāi)裂性能至關(guān)重要[12-13]，但目前對(duì)瀝青混合料路面施工縫材料的粘結(jié)性能研究的報(bào)道較少?；诖?，本文通過(guò)2種類(lèi)型瀝青貼縫條、2種灌縫料以及2種瀝青結(jié)合料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，以期選出適合澆注式瀝青混合料路面的縱向接縫材料。

1 原材料

選用瀝青貼縫條、灌縫料、熱融改性瀝青3種類(lèi)型材料，每種類(lèi)型材料分別選取具有對(duì)比性的2種進(jìn)行研究。

1.1 瀝青貼縫條

瀝青貼縫條是澆注式瀝青混合料縱向接縫使用最為廣泛的一種接縫材料，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，其性能也有較大差異。本文選用的2種瀝青貼縫條都屬于瀝青基類(lèi)材料，取自在建的鋼橋面鋪裝工程，如圖1所示，其性能參數(shù)如表1所示。

圖1 瀝青貼縫條

表1 2種瀝青貼縫條性能

從表1可見(jiàn)，2種瀝青貼縫條的軟化點(diǎn)接近，但延度和彈性恢復(fù)率性能差異較大，1#瀝青貼縫條較2#瀝青貼縫條優(yōu)異，具有更好的延展性。

1.2 灌縫料

灌縫料在澆注式瀝青混合料縱向接縫中應(yīng)用較少，一般在瀝青路面出現(xiàn)裂縫時(shí)進(jìn)行灌縫使用。本文采用的瀝青灌縫料按應(yīng)用特點(diǎn)分為低溫型和高溫型2種，都是由基質(zhì)瀝青、聚合物、合成橡膠、再生橡膠、樹(shù)脂和UV抑制劑化合而成[14]， 其性能參數(shù)如表2所示。

表2 2種灌縫料性能

由表2可見(jiàn)，2種灌縫料在性能方面差異性明顯。1#灌縫料(6609系列)延度和針入度遠(yuǎn)大于2#灌縫料(AR系列)，具有較好的延展性，適合在冬季比較寒冷地區(qū)使用，2#灌縫料則適合在冬季氣溫較高的地區(qū)使用。

文章數(shù)據(jù)用SPSS19.0軟件處理，計(jì)量資料采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料以χ2檢驗(yàn)，若P＜0.05，則差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.3 熱融改性瀝青

熱融改性瀝青作為一種性能優(yōu)異的施工縫材料，瀝青路面施工中往往噴涂在施工縫側(cè)面作為接縫材料。本文選用鋼橋面鋪裝工程中常用的高彈改性瀝青和聚合物復(fù)合改性瀝青2種熱融改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn)。2種熱融改性瀝青從瀝青儲(chǔ)存罐中取出后，存放在灌縫機(jī)中加熱，待一幅澆注式瀝青混合料施工完畢并冷卻后，將其涂刷在澆注式瀝青混合料鋪裝層縱向接縫側(cè)面。其性能參數(shù)如表3所示。

表3 2種熱融改性瀝青性能

從表3可見(jiàn)，高彈改性瀝青的延度和針入度遠(yuǎn)大于聚合物改性瀝青，具有優(yōu)異的延展性，因此在工程上也主要是用在面層SMA混合料中，有助于提高上面層混合料的疲勞抗開(kāi)裂性能。聚合物改性瀝青軟化點(diǎn)較高彈改性瀝青高，有利于提高澆注式瀝青混合料的高溫性能。

2 試驗(yàn)方案及方法

2.1 試驗(yàn)方案

為了模擬澆注式瀝青混合料實(shí)際鋪裝中縱向接縫的施工過(guò)程，先后成型澆注式瀝青混合料試件，在縱向接縫側(cè)面涂刷或粘結(jié)接縫材料，成型工藝如下：

1) 采用室內(nèi)車(chē)轍試模，按照設(shè)計(jì)厚度3.5 cm成型澆注式瀝青混合料試件，并將切割后的試件放入車(chē)轍試模中。

2) 將貼縫條和不同用量的灌縫料、熱融瀝青粘貼或涂刷在試件側(cè)面，如圖2所示，將拌制好的澆注式瀝青混合料鋪裝鋪筑在另一側(cè)，模擬臨側(cè)澆注式瀝青混合料鋪裝層攤鋪。

3) 切割試件，對(duì)邊緣部分1 cm內(nèi)粘結(jié)效果較差的部分全部舍棄，每塊測(cè)試試件的寬度保證在9 cm～9.5 cm之間，厚度控制在3.3 cm～3.6 cm之間。

圖2 接縫材料粘貼或涂刷

試件成型完成后，分別通過(guò)不同條件下的拉拔試驗(yàn)和疲勞拉伸試驗(yàn)對(duì)接縫材料的粘結(jié)性能和疲勞性能進(jìn)行測(cè)試。拉拔試驗(yàn)采用5 ℃、25 ℃以及60 ℃三種溫度，并且為了探究接縫材料用量對(duì)接縫處理的實(shí)際影響效果，設(shè)計(jì)了3種不同灌縫料和熱融瀝青的用量，如表4所示。

表4 灌縫料和熱融瀝青設(shè)計(jì)用量 kg/m2

2.2 試驗(yàn)方法

1) 拉拔試驗(yàn)

按照J(rèn)TG/T 3364-02—2019《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》[15]中的粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法，采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，如圖3所示。該試驗(yàn)方法荷載由傳感器測(cè)定，最大荷載滿足規(guī)范要求，即介于量程的20%～80%，溫度由環(huán)境保溫性控制，準(zhǔn)確至±0.1 ℃，試驗(yàn)過(guò)程中加載速率保持不變，為10 mm/min的拉伸速率。

圖3 接縫組合結(jié)構(gòu)粘結(jié)性能試驗(yàn)

2) 疲勞拉伸性能試驗(yàn)

疲勞拉伸性能測(cè)試采用Overlay Tester[16]試驗(yàn)方法，該方法最初由美國(guó)德克薩斯州交通研究中心設(shè)計(jì)出并用來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料抗反射裂縫的能力，它通過(guò)對(duì)底部有開(kāi)口的托盤(pán)施加往返水平力，帶動(dòng)粘附于其上的瀝青混合料試件產(chǎn)生循環(huán)拉伸變形，以此來(lái)模擬瀝青路面的裂縫及其擴(kuò)展情況。采用控制水平位移進(jìn)行試驗(yàn)[17]，最大位移量設(shè)定為0.635 mm，試驗(yàn)溫度為25 ℃，試驗(yàn)頻率為1 Hz，最大加載次數(shù)為10 000次。試驗(yàn)方法如圖4所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)

接縫材料的粘結(jié)性能直接表征2幅澆注式瀝青混合料鋪裝層的結(jié)合強(qiáng)度，直接影響到澆注式縱向接縫的結(jié)合效果，并可保證鋪裝層的整體性。通過(guò)對(duì)不同溫度、不同灌縫料和熱融瀝青用量下的接縫組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，其粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表5所示。

圖4 抗裂拉拔試驗(yàn)

表5 接縫組合結(jié)構(gòu)粘結(jié)強(qiáng)度拉拔試驗(yàn)結(jié)果

從表5測(cè)試結(jié)果可以看出，不同溫度條件下，接縫組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強(qiáng)度規(guī)律并不一致。低溫條件下熱融改性瀝青粘結(jié)強(qiáng)度最大，高達(dá)0.989 MPa，由于瀝青被拉伸并未出現(xiàn)拉脫現(xiàn)象；常溫和高溫條件下貼縫條的接縫組合結(jié)構(gòu)粘結(jié)強(qiáng)度最大，出現(xiàn)部分拉脫，而灌縫料和熱融改性瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度相差不大。從整體分布來(lái)看，每2種類(lèi)型的接縫材料都有一種適合低溫條件，一種適用于高溫條件，延度較高的在低溫條件下具有更高的粘結(jié)強(qiáng)度。隨著溫度的升高，接縫組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強(qiáng)度急劇下降，高溫條件下粘結(jié)強(qiáng)度在0.03 MPa～0.05 MPa之間，且溫度越高，不同接縫材料之間的粘結(jié)強(qiáng)度差距變小，說(shuō)明3種接縫材料在高溫條件下優(yōu)勢(shì)并不明顯。

3.2 疲勞粘結(jié)試驗(yàn)

在疲勞拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，采用位移為控制條件，每次加載時(shí)試驗(yàn)輸出值為0.635 mm位移量時(shí)的加載力，各接縫材料各時(shí)期試驗(yàn)力如圖5所示，高彈改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖5 接縫材料各時(shí)期加載力

從圖5可見(jiàn)，受荷載加載速率的影響，疲勞拉伸的初始加載力均比拉拔試驗(yàn)的粘結(jié)強(qiáng)度小。各類(lèi)接縫材料試驗(yàn)時(shí)，如初始加載力較大，加載初期階段接縫材料粘結(jié)強(qiáng)度衰變明顯。在第2次加載過(guò)程中，相同控制位移量下，幾乎所有接縫材料的試驗(yàn)力衰變速率更快，當(dāng)加載次數(shù)達(dá)到10 000次左右時(shí)，迅速衰變至一個(gè)低值，并保持較小的衰變速率。

圖6 高彈改性瀝青試驗(yàn)趨勢(shì)

結(jié)合圖5、圖6試驗(yàn)結(jié)果可知，幾種接縫材料在加載后，高彈改性瀝青在初始加載和10 000次加載后加載力都是最大，初始試驗(yàn)的最大加載力約1.75 kN，隨著加載次數(shù)的增加，試驗(yàn)力急劇減小，隨后一直保持很小的衰變速率，當(dāng)加載次數(shù)達(dá)到最大的 10 000次時(shí)，加載力大小基本保持不變，約為0.5 kN。結(jié)合其3大指標(biāo)等性能測(cè)試結(jié)果，高彈改性瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度和抗疲勞拉伸力學(xué)性能最為優(yōu)異，在工程上可用于面層SMA混合料中，以提高上面層混合料的疲勞抗開(kāi)裂性能。

4 結(jié)論

本文通過(guò)拉拔試驗(yàn)和疲勞拉伸試驗(yàn)2種試驗(yàn)方法，采用2種類(lèi)型瀝青貼縫條、2種灌縫料以及2種瀝青結(jié)合料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

1) 3類(lèi)6種接縫材料中，灌縫料和熱融改性瀝青作為新型接縫材料具有較好的力學(xué)性能，其中以高彈改性瀝青性能最為優(yōu)異；且采用高彈改性瀝青作為接縫材料時(shí)，以縱向接縫界面留存2 mm～3 mm厚瀝青膜，底部聚集有少量瀝青為宜，用量應(yīng)控制在4 kg/m2～5 kg/m2。

2) 低溫條件下熱融改性瀝青粘結(jié)強(qiáng)度最大，常溫和高溫條件下貼縫條的接縫組合結(jié)構(gòu)粘結(jié)強(qiáng)度最大，灌縫料和熱融改性瀝青粘結(jié)強(qiáng)度相差不大。

3) 隨著溫度的升高，接縫組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強(qiáng)度急劇下降，各接縫材料之間的粘結(jié)強(qiáng)度差距變小，高溫條件下優(yōu)勢(shì)并不明顯。