环氧砂浆粘结沥青混合料压剪疲劳试验研究

李永信

摘 要：本文结合测定环氧砂浆粘结沥青混合料压剪疲劳试验，设计并制作出了试件疲劳试验装置，并顺利地把试验完成，得到了环氧砂浆层与钢板的粘结牢固，没有出现开裂、错动现象及环氧砂浆层没有出现裂纹的相应的结论。

关键词：环氧砂浆；粘结沥青；疲劳试验装置；压剪疲劳试验

中图分类号：G640 文献标识码：

1 试验目的

铺筑于钢箱梁上的沥青混合料桥面，由于车辆载荷、温度变化、雨水浸蚀等原因，常常出现沥青混合料脱落的破坏现象。沥青混合料与钢梁粘结不牢是沥青混合料脱落的直接因素。在二者之间加一层环氧砂浆粘结层，可有效增加沥青混合料桥面的粘结强度，提高其抗剪切破坏的能力。

试验目的：测定环氧砂浆粘结沥青混合料压剪疲劳破坏次数，了解其破坏状况和性能。

2 试验设备

主要仪器设备：PLG-100 高频疲劳试验机（天水红山试验机厂）。

辅助装置：游标卡尺、温度计、试件加载装置。

3 试验原理和方案

3.1 试验原理

通过设置倾角为45°的上下夹头，使45°角倾斜放置的圆柱形试件的环氧砂浆粘结层承受轴向压力与横向剪力的共同作用，而且横截面上的平均压应力与平均剪应力大小相等。为使试件不受冲击力作用，取本次疲劳试验的交变应力循环特征值r = 0.2。于是，本试验为双轴无反向应力的轴向压缩与横向剪切共同作用的疲劳破坏试验。

对于给定的若干个剪应力水平值，在交变应力的作用下，通过试验可以测得与各剪应力水平值所对应的疲劳寿命，从而可绘出反映剪应力水平值与疲劳寿命关系的曲线。

3.2 试验方案

3.2.1 试件

环氧砂浆粘结沥青混合料压缩与剪切疲劳破坏试验的试件形状为直径d0=101mm的圆柱形试件，如图1。试件组合结构自下至上依次为：1.0cm钢板+环氧粘结剂+1cm环氧砂浆+热沥青粘结层+5.5cmSup12.5沥青混合料。

试件制作程序：在钢板上涂环氧粘结剂；浇环氧砂浆；待砂浆固化到一定程度时，在砂浆表面垂直于剪力的方向刻4～5条宽深均为2～3mm的平行槽痕（增强粘结力）；浇热沥青粘结层；按沥青混合料试件制作方法（T 0702-2000）制作5.5cmSup12.5沥青混合料试件。

3.2.2 加载装置

高频疲劳试验机及加载装置如图2。试件下部夹具为斜面倾斜45°的三角形钢块，三角形钢块斜面下部带有厚1cm且直径与试件相同的圆弧面的钢板。试件上部夹具为一侧带圆弧面的直角夹头。圆弧面贴于试件的左上方。沥青混合料环氧砂浆粘结层与疲劳试验机铅垂载荷作用线间的夹角为45°。

3.2.3 试验剪切强度

相应试验剪切强度（剪应力水平值）为：0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa。

3.2.4 试验载荷

试件受力示意图如图3，试件底面倾斜45°时，试件底板上的支反力RN和RS大小相等，且与试验载荷P有如下关系：

由式（1）可算得不同剪应力水平下的最大载荷，以及最小载荷、静载荷和动载荷，如表1。

3.2.5 加载控制模式、荷载频率和波形

沥青混凝土的疲劳响应与加载控制方式有关，本试验采用应力控制方式。在反复加载过程中所施加荷载的峰、谷值始终保持不变，随着加载次数的增加，导致试件破坏后中止试验。

试验频率f=50～120Hz。正弦波形比较接近于实际路面所承受的车轮的荷载波形，本研究采用正弦波荷载进行疲劳试验。由于荷载波形全部处于压力一侧，故称为半正矢波。为加快试验速度，相邻波形之间不插入间歇时间。为避免长时间试验可能出现的试件脱空现象，从而对试件产生冲击作用，本研究设置正弦波形的最小荷载为最大荷载的20%。

3.2.6 温度和数据采集

室温：控制在 18o～20o C之间。数据采集：由仪器自动完成，设置为每分钟采集一次。

3.2.7 破坏判据

出现下列情形之一，认为试件已经破坏，停止试验：

（1）仪器显示的静载荷下降30%，试验无法进行；

（2）试件横截面剪切变形（错位）10mm，就不在进行本试件的疲劳试验；

（3）沥青混合料的纵向裂缝长度扩展至高度的60%，见图4，认为试件破坏。

4 试验结果分析及结论

4.1 试件破坏形式

本次压剪疲劳破坏试验中，所有试件的破坏面均发生在热沥青层，表现形式为错动，如图4。其中，在剪应力水平值为0.7MPa和0.8MPa时，分别有1个试件在静载作用下热沥青层发生破坏，疲劳试验未能进行。环氧粘结剂和环氧砂浆层均未发生破坏，沥青混合料也未出现纵向裂纹。

4.2 试验结果分析

沥青混合料试件的疲劳次数试验数据存在一定的离散性，为此对同一剪应力水平值下的疲劳次数采用算术平均值。压剪疲劳破坏试验结果如表2所示。压剪疲劳寿命曲线图如图5所示。

4.3 结论

1.当剪应力水平值≤0.7MPa时，疲劳次数≥865万次；当剪应力水平值为0.9MPa时，疲劳次数仅为85万次；

2.试件的破坏面均发生在热沥青层，表现形式为错动；

3.环氧砂浆层与钢板的粘结牢固，没有出现开裂、错动现象；

4.环氧砂浆层没有出现裂纹。

5.设计制作的疲劳试验装置可靠、可行，与实际情况相吻合。

（本文审稿 柳立生）