瀝青路面薄層卷材的拉伸特性研究

譚祺琦 趙 寧

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074）

瀝青路面裂縫病害是較為常見的一種路面病害形式，不管是反射裂縫還是Top-Down 型裂縫，水沿著裂縫進(jìn)入路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)層，會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成破壞，同時(shí)在車輛荷載的影響下易形成沖刷和唧漿。裂縫病害本身對(duì)路面正常服役沒(méi)什么影響，但因裂縫擴(kuò)展、水分下滲等引起其他病害甚至結(jié)構(gòu)損害將會(huì)嚴(yán)重影響路面的使用壽命。

在裂縫修補(bǔ)方面，目前主要是通過(guò)灌縫和表面填縫技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)，而傳統(tǒng)的修補(bǔ)材料與舊路面的粘結(jié)強(qiáng)度不足，彈性和韌性較差，裂縫修補(bǔ)之后容易再次開裂，失效率較高。貼縫膠型的修補(bǔ)材料目前也有較廣的應(yīng)用，李汝凱等[1]優(yōu)選了一種復(fù)合型防裂材料-DZFH 型道路抗裂貼，發(fā)現(xiàn)其防反效果要明顯優(yōu)于玻纖格柵和聚酯玻纖布；周剛等[2]采用MTS 疲勞加載試驗(yàn)和滾動(dòng)加載疲勞試驗(yàn)，研究了經(jīng)編復(fù)合聚酯防裂布防治復(fù)合式路面反射裂縫的作用效果，結(jié)果表明其防反性能明顯優(yōu)于玻纖格柵和聚酯玻纖布；楊艷等[3]研制了土工布全向拉伸試驗(yàn)裝置并采用長(zhǎng)絲土工布進(jìn)行試驗(yàn)，與單向拉伸、雙向拉伸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在不同拉伸條件下，土工布的變形特性差異較大，實(shí)際工程的應(yīng)用中應(yīng)充分考慮土工布的受力情況；李晶晶、葛琦等[4，5]利用小型加速加載設(shè)備測(cè)試了薄層環(huán)氧鋪裝材料的抗滑性能，結(jié)果表明對(duì)數(shù)模型對(duì)抗滑指標(biāo)的擬合效果較好，且推薦使用大粒徑的玄武巖作為抗滑骨料。在瀝青路面薄層的研究中，大多都是作為抗滑磨耗層來(lái)使用，而本研究開發(fā)的薄層卷材是由“抗滑層+防水粘結(jié)層+土工布”組合而成，其主要功能是修補(bǔ)瀝青路面裂縫，特別是對(duì)于網(wǎng)狀裂縫的修補(bǔ)非常方便，本文主要研究不同因素對(duì)該薄層卷材拉伸性能的影響。

1 試驗(yàn)原材料與方法

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1 抗滑骨料

抗滑骨料選擇粒徑在2～4mm 范圍內(nèi)的玄武巖。按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）進(jìn)行基本物理力學(xué)性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 玄武巖骨料的相關(guān)性能指標(biāo)

1.1.2 改性乳化瀝青粘結(jié)劑

采用的粘結(jié)材料為SBS 改性乳化瀝青，按照《公路工程瀝青和瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2019）測(cè)試其基本物理性能，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 SBS 改性乳化瀝青的相關(guān)性能指標(biāo)

1.1.3 土工材料

土工材料選擇的是無(wú)紡聚酯纖維布，按照《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E50-2006）對(duì)其進(jìn)行基本物理力學(xué)性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 無(wú)紡聚酯纖維布的相關(guān)性能指標(biāo)

1.2 薄層卷材試件制備

在試件的制備過(guò)程中，首先應(yīng)確保原路面平整，將聚酯玻纖布平整鋪開，然后將SBS 改性乳化瀝青均勻鋪灑在聚酯玻纖布上面（摻量約為2kg/m2），最后將粒徑為2～4mm 的玄武巖骨料均勻撒布于粘結(jié)料中（摻量約為8kg/m2），通過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，確保這種精細(xì)結(jié)構(gòu)、光滑表面具有足夠的抗滑性能，待粘結(jié)劑形成一定強(qiáng)度后將多余的骨料用刷子清除。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

圖1 預(yù)制可卷曲瀝青路面鋪裝層結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 試驗(yàn)方案

為評(píng)價(jià)預(yù)制可卷曲瀝青路面超薄層的抗裂性能，參考《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E50-2006）中寬條拉伸試驗(yàn)的方法，并考慮已有的儀器和夾具，設(shè)計(jì)本次拉伸試驗(yàn)。利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，夾具的最大夾持寬度約為40mm，而薄層試件的寬度越窄，縱向變形就越大，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性將產(chǎn)生不利影響，因此試件寬度定為40mm。該部分主要分析不同因素對(duì)該超薄層拉伸性能的影響，第一組在試件寬度為40mm、標(biāo)距100mm，拉伸速率分別為20、50、100、150、200mm/min 的條件下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；第二組在試件寬度為40mm、拉伸速率100mm/min，夾持標(biāo)距分別為50、100、200、300mm 的條件下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；第三組在在拉伸速率100mm/min，夾持標(biāo)距100mm，試件寬度分別為20、40、60、80、100mm 的條件下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；第四組在試件寬度40mm、標(biāo)距100mm、拉伸速率100mm/min，試驗(yàn)溫度分別控制在-10、20、50、80℃的條件下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；第五組在試件寬度40mm、標(biāo)距100mm、拉伸速率100mm/min、試驗(yàn)溫度20℃，經(jīng)過(guò)0、3d、7d 浸水處理后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；第六組在試件寬度40mm、標(biāo)距100mm、拉伸速率100mm/min 條件下，分別沿縱向、橫向及45°斜向進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 拉伸速率

從圖2 中可以看出，隨著拉伸速率的增加，峰值拉力逐漸增大，且不同拉伸速率對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)力相差較大。試驗(yàn)中最小拉伸速率20mm/min 對(duì)應(yīng)的峰值拉力約為845N，最大拉伸速率200mm/min 對(duì)應(yīng)的峰值拉力約為1430N。此外，隨著拉伸速率的增大，拉伸強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率較為線性，未出現(xiàn)拉伸強(qiáng)度隨拉伸速率增加而陡然增長(zhǎng)的情況。

圖2 拉伸速率對(duì)薄層卷材拉伸強(qiáng)度的影響

2.2 夾持標(biāo)距

從圖3 中可以看出，隨著夾持標(biāo)距的增大，薄層卷材試件的變形量逐漸增加，但其拉伸強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率減慢。此外，夾持標(biāo)距對(duì)薄層卷材拉伸強(qiáng)度的影響規(guī)律不明顯，當(dāng)夾持標(biāo)距達(dá)到100mm 后，其拉伸強(qiáng)度值變化幅度不大。

圖3 夾持標(biāo)距對(duì)薄層卷材拉伸強(qiáng)度的影響

2.3 試件寬度

從圖4 中可以看出，隨著薄層卷材試樣寬度的增加，峰值拉力和伸長(zhǎng)率逐漸增大，不同試樣寬度對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)力差異較大。寬度為20 mm 的試樣其峰值拉力約為3346 N，寬度為100 mm 的試樣其峰值拉力約為565 N，兩者相差將近6 倍。當(dāng)試樣的寬度小于80 mm 時(shí)，抗拉強(qiáng)度隨著試樣寬度的增加而增加，但當(dāng)試樣寬度超過(guò)80 mm 時(shí)，其抗拉強(qiáng)度值顯著下降?？梢钥闯觯煌脑嚇訉挾葘?duì)拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均有很大的影響。

圖4 試件寬度對(duì)薄層卷材拉伸強(qiáng)度的影響

2.4 試驗(yàn)溫度

從圖5 中可以看出，試驗(yàn)溫度對(duì)薄層卷材的拉伸強(qiáng)度無(wú)明顯影響，以20℃作為參考溫度，隨著溫度的升高其拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，且伸長(zhǎng)率也逐漸減小，但當(dāng)溫度降至-10℃時(shí)，拉伸強(qiáng)度值基本保持不變，但其伸長(zhǎng)率下降明顯?？梢?，高溫對(duì)其拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均有一定影響，而低溫僅對(duì)伸長(zhǎng)率有影響。

圖5 試驗(yàn)溫度對(duì)薄層卷材拉伸強(qiáng)度的影響

2.5 浸水時(shí)間

從圖6 中可以看出，經(jīng)過(guò)3d 和7d 浸水處理后，其拉伸強(qiáng)度值無(wú)明顯變化趨勢(shì)?？梢?，是否浸水對(duì)薄層卷材的拉伸強(qiáng)度幾乎沒(méi)有影響。

圖6 浸水時(shí)間對(duì)薄層卷材拉伸強(qiáng)度的影響

2.6 拉伸方向

從圖7 中可以看到，該薄層沿縱向和橫向的荷載- 位移曲線圖的變化趨勢(shì)大體一致，且橫向拉伸強(qiáng)度要略高于縱向，45 度斜向拉伸強(qiáng)度要明顯低于橫縱向，但其伸長(zhǎng)率要遠(yuǎn)大于前兩者，說(shuō)明沿該方向拉伸時(shí)其延展性更好。

圖7 不同拉伸方向?qū)Ρ泳聿睦鞆?qiáng)度的影響

3 結(jié)論

不同拉伸速率、試件寬度及拉伸方向?qū)Ρ泳聿牡睦鞆?qiáng)度及伸長(zhǎng)率的影響較大，橫向與縱向的拉伸強(qiáng)度相差不大，而沿45°斜向拉伸時(shí)的拉伸強(qiáng)度低于前兩者；不同夾持標(biāo)距僅對(duì)伸長(zhǎng)率有顯著影響，對(duì)其拉伸強(qiáng)度的影響并無(wú)明顯規(guī)律；當(dāng)薄層卷材試件寬度超過(guò)80mm 時(shí)其拉伸強(qiáng)度值明顯降低；高溫對(duì)其拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均有一定影響，而低溫僅對(duì)伸長(zhǎng)率有影響；是否浸水以及浸水時(shí)間對(duì)其拉伸強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率均無(wú)明顯影響。