邢德兆

（佛山市路橋建設有限公司，廣東佛山528313）

瀝青混凝土路面裂縫EA/PU IP修補組合結構耐久性能相容性研究

邢德兆

（佛山市路橋建設有限公司，廣東佛山528313）

通過疲勞性能試驗、抗沖擊磨耗性能試驗等，研究了瀝青混凝土路面裂縫EA/PU IP修補組合結構耐久性相容性，試驗結果表明，EA/PU IP修補組合結構的耐久性較好，可以應用于瀝青混凝土路面裂縫修補。

瀝青混凝土路面裂縫；EA/PU IP修補組合結構；耐久性

0引言

目前，我國所廣泛使用的修補材料和修補工藝所帶來的修補組合結構較差的耐久性能嚴重地限制了它的使用范圍和優(yōu)勢的發(fā)揮。因此，在滿足路面裂縫修補組合結構的使用功能和基本力學性能的基礎上，進一步了解裂縫修補組合結構的形成特征及其與耐久性之間的關系，對于改善路面裂縫修補材料和修補工藝，提高其使用壽命意義重大。本文基于國內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修補材料EA/PU IP，將修補材料與原瀝青混凝土結構組合成裂縫修補組合結構，對裂縫修補組合結構體系的耐久性相容性進行研究。

1 EA/PU IP［1］修補材料

EA/PU IP修補材料是環(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絡化學裂縫修補材料。該修補材料主要由環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯預聚體、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

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。在路面裂縫修補之后，修補材料與瀝青混合料基體間的粘結界面是整個組合結構的薄弱環(huán)節(jié)，在重復車輛荷載的作用下很容易引起裂縫的再次張開；并且，當修補后的組合結構失效之后，對裂縫進行再修補會更加的困難。因此，組合結構的抗疲勞破壞性能是反映其耐久性能最為關鍵的因素之一。

2.1剪切疲勞試驗

修補后的裂縫主要受到剪應力與拉應力的作用，所以本文著重通過剪切疲勞試驗［2］測試EA/PU IP修補組合結構的剪切疲勞特性。在疲勞荷載作用下，裂縫修補組合結構的剛度會隨著新的裂縫或者是粘結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部開始萌生，在循環(huán)應力（應變）作用下，這些裂紋或破損就會穩(wěn)定地擴展，直到在所施加應力（應變）作用下變得不穩(wěn)定為止。裂紋或破損的擴展速度也是一種材料特性，同時它與應力（應變）強度因子的循環(huán)范圍或能量釋放速率相關。

圖1原狀及組合結構試件的剪切疲勞應變變化圖

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

2.2輪載疲勞試驗

輪載試驗［3］為利用移動車輪荷載評價道路在長期服務條件下使用性能的試驗。目前主要用于測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機的輪載系統(tǒng)來模擬車輪荷載對裂縫修補組合結構的反復作用，以評價修補組合結構在類車輛荷載作用下的修補效果。試驗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，將各組試件進行編號，編號具體情況為：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）。本試驗測量的主要參數(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價裂縫在反復車輪荷載作用下的行為能力。

本試驗的疲勞壽命（試件破壞時的加載周期次數(shù)）結果如下：

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

從上述結果可以看出，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)象主要是因為A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材料粘結界面的過渡區(qū)上，說明修補材料對瀝青混凝土基體本身的抗疲勞破壞性能起到了一定的補強作用，延緩了試件的破壞時間。另外，對于模擬的橫向裂縫，C、D兩組試件的破壞時間及疲勞壽命較為接近，可以看出修補材料對橫向裂縫抵抗疲勞破壞能力的恢復效果較為理想。

圖2輪載疲勞試驗試件變形隨時間變化情況

圖2所示為輪載疲勞試驗時試件變形隨時間的變化情況。從圖2可看出，對于原狀試件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過程。對于修補組合結構試件的B組和C組，試件破壞時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結果相似。

3　　抗沖擊磨耗性能試驗

本研究中的抗沖擊磨耗性能試驗［4］主要用于評價裂縫修補組合結構抵抗路面車輛荷載的循環(huán)沖擊和磨耗的性能。本試驗用于評價透水混凝土的抗磨損性能的指標有兩種：一是質量損失率；二是殘余劈裂抗拉強度。

圖3為原狀試件與修補后試件的抗沖擊磨耗性能試驗結果。從修補后試件和原狀試件的質量損失、質量損失率上來看，兩者的變化趨勢基本一致，沒有出現(xiàn)明顯的差異。對比兩者的質量損失率，隨著加載次數(shù)的增加，修補后試件的質量損失率要逐漸小于原狀試件，這是因為修補材料本身的抗沖擊磨耗性能要優(yōu)于瀝青混合料基體，也可以說明修補材料對瀝青混合料基體具有很好的粘結效果，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原狀試件與修補后試件抗沖擊磨耗性能試驗結果對比

4結語

本文根據(jù)路面裂縫EA/PU IP修補組合結構的使用功能和特點，對修補組合結構的耐久性能進行了綜合的測試與評價，根據(jù)試驗結果，可得出如下結論：

（1）抗沖擊磨耗性能試驗試驗結果表明，修補材料EA/PU IP本身的抗沖擊磨耗性能要優(yōu)于瀝青混合料基體，修補材料對瀝青混合料基體具有很好的粘結效果，對瀝青混合料基體的抗沖擊磨耗性能有一定增強作用。

（2）剪切疲勞破壞試驗表明，修補后的組合結構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）輪載疲勞試驗表明，修補材料對瀝青混凝土基體具有很好的粘結效果，能夠提高瀝青混凝土基體抵抗疲勞荷載的能力，并且在反復車輛荷載的作用下，修補材料與瀝青混合料基體也未出現(xiàn)由于變形協(xié)調性差而出現(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鍵影響因素分析［J］.東南大學學報（自然科學版）,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，從事公路橋梁建設及養(yǎng)護管理工作。