環氧砂漿粘結瀝青混合料壓剪疲勞試驗研究

李永信

摘 要：本文結合測定環氧砂漿粘結瀝青混合料壓剪疲勞試驗，設計并制作出了試件疲勞試驗裝置，并順利地把試驗完成，得到了環氧砂漿層與鋼板的粘結牢固，沒有出現開裂、錯動現象及環氧砂漿層沒有出現裂紋的相應的結論。

關鍵詞：環氧砂漿；粘結瀝青；疲勞試驗裝置；壓剪疲勞試驗

中圖分類號：G640 文獻標識碼：

1 試驗目的

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，常常出現瀝青混合料脫落的破壞現象。瀝青混合料與鋼梁粘結不牢是瀝青混合料脫落的直接因素。在二者之間加一層環氧砂漿粘結層，可有效增加瀝青混合料橋面的粘結強度，提高其抗剪切破壞的能力。

試驗目的：測定環氧砂漿粘結瀝青混合料壓剪疲勞破壞次數，了解其破壞狀況和性能。

2 試驗設備

主要儀器設備：PLG-100 高頻疲勞試驗機（天水紅山試驗機廠）。

輔助裝置：游標卡尺、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氧砂漿粘結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力與平均剪應力大小相等。為使試件不受沖擊力作用，取本次疲勞試驗的交變應力循環特征值r = 0.2。于是，本試驗為雙軸無反向應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力水平值，在交變應力的作用下，通過試驗可以測得與各剪應力水平值所對應的疲勞壽命，從而可繪出反映剪應力水平值與疲勞壽命關系的曲線。

3.2 試驗方案

3.2.1 試件

環氧砂漿粘結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。試件組合結構自下至上依次為：1.0cm鋼板+環氧粘結劑+1cm環氧砂漿+熱瀝青粘結層+5.5cmSup12.5瀝青混合料。

試件制作程序：在鋼板上涂環氧粘結劑；澆環氧砂漿；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（增強粘結力）；澆熱瀝青粘結層；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。瀝青混合料環氧砂漿粘結層與疲勞試驗機鉛垂載荷作用線間的夾角為45°。

3.2.3 試驗剪切強度

相應試驗剪切強度（剪應力水平值）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有如下關系：

由式（1）可算得不同剪應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與加載控制方式有關，本試驗采用應力控制方式。在反復加載過程中所施加荷載的峰、谷值始終保持不變，隨著加載次數的增加，導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行疲勞試驗。由于荷載波形全部處于壓力一側，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的試件脫空現象，從而對試件產生沖擊作用，本研究設置正弦波形的最小荷載為最大荷載的20%。

3.2.6 溫度和數據采集

室溫：控制在 18o～20o C之間。數據采集：由儀器自動完成，設置為每分鐘采集一次。

3.2.7 破壞判據

出現下列情形之一，認為試件已經破壞，停止試驗：

（1）儀器顯示的靜載荷下降30%，試驗無法進行；

（2）試件橫截面剪切變形（錯位）10mm，就不在進行本試件的疲勞試驗；

（3）瀝青混合料的縱向裂縫長度擴展至高度的60%，見圖4，認為試件破壞。

4 試驗結果分析及結論

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生在熱瀝青層，表現形式為錯動，如圖4。其中，在剪應力水平值為0.7MPa和0.8MPa時，分別有1個試件在靜載作用下熱瀝青層發生破壞，疲勞試驗未能進行。環氧粘結劑和環氧砂漿層均未發生破壞，瀝青混合料也未出現縱向裂紋。

4.2 試驗結果分析

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

4.3 結論

1.當剪應力水平值≤0.7MPa時，疲勞次數≥865萬次；當剪應力水平值為0.9MPa時，疲勞次數僅為85萬次；

2.試件的破壞面均發生在熱瀝青層，表現形式為錯動；

3.環氧砂漿層與鋼板的粘結牢固，沒有出現開裂、錯動現象；

4.環氧砂漿層沒有出現裂紋。

5.設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）