環(huán)氧砂漿粘結(jié)瀝青混合料壓剪疲勞試驗(yàn)研究

李永信

摘 要：本文結(jié)合測(cè)定環(huán)氧砂漿粘結(jié)瀝青混合料壓剪疲勞試驗(yàn)，設(shè)計(jì)并制作出了試件疲勞試驗(yàn)裝置，并順利地把試驗(yàn)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(cuò)動(dòng)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(yàn)裝置；壓剪疲勞試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

1 試驗(yàn)?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(yàn)?zāi)康模簻y(cè)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(yàn)設(shè)備

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

輔助裝置：游標(biāo)卡尺、溫度計(jì)、試件加載裝置。

3 試驗(yàn)原理和方案

3.1 試驗(yàn)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(yàn)的交變應(yīng)力循環(huán)特征值r = 0.2。于是，本試驗(yàn)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(yàn)。

對(duì)于給定的若干個(gè)剪應(yīng)力水平值，在交變應(yīng)力的作用下，通過試驗(yàn)可以測(cè)得與各剪應(yīng)力水平值所對(duì)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(yàn)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(yàn)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(shí)，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(yàn)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(yàn)機(jī)鉛垂載荷作用線間的夾角為45°。

3.2.3 試驗(yàn)剪切強(qiáng)度

相應(yīng)試驗(yàn)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(yàn)載荷

試件受力示意圖如圖3，試件底面傾斜45°時(shí)，試件底板上的支反力RN和RS大小相等，且與試驗(yàn)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(dòng)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(yàn)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(yàn)。

試驗(yàn)頻率f=50～120Hz。正弦波形比較接近于實(shí)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(yàn)。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(yàn)速度，相鄰波形之間不插入間歇時(shí)間。為避免長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)可能出現(xiàn)的試件脫空現(xiàn)象，從而對(duì)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(dòng)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(yàn)：

（1）儀器顯示的靜載荷下降30%，試驗(yàn)無法進(jìn)行；

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

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

4 試驗(yàn)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(yàn)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(cuò)動(dòng)，如圖4。其中，在剪應(yīng)力水平值為0.7MPa和0.8MPa時(shí)，分別有1個(gè)試件在靜載作用下熱瀝青層發(fā)生破壞，疲勞試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果分析

瀝青混合料試件的疲勞次數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的離散性，為此對(duì)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(yàn)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(shí)，疲勞次數(shù)≥865萬次；當(dāng)剪應(yīng)力水平值為0.9MPa時(shí)，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(cuò)動(dòng)；

3.環(huán)氧砂漿層與鋼板的粘結(jié)牢固，沒有出現(xiàn)開裂、錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象；

4.環(huán)氧砂漿層沒有出現(xiàn)裂紋。

5.設(shè)計(jì)制作的疲勞試驗(yàn)裝置可靠、可行，與實(shí)際情況相吻合。

（本文審稿 柳立生）