不同坑槽修补法界面黏结力学性能的试验研究

李家春，仙 凯，郭柏甫，王 贵

(1.江苏集萃道路工程技术与装备研究所有限公司，江苏 徐州 221004；2.长安大学 公路养护装备国家工程实验室， 陕西 西安 710064)

0 引 言

坑槽是沥青路面常见的病害之一，它的出现会给沥青路面的安全性带来很大影响[1]，因此坑槽的修补工作至关重要。

许多人进行过沥青路面坑槽修补的研究，比如：籍石磊[2]用理论分析的方法研究了坑槽修补的机理。刘凯迪[3]采用数值分析的方法仅研究了不同因素对冷补界面粘结特性的影响，结果表明：温度、湿度越高，界面的粘结能力越低；而粘结剂种类和界面粗糙度是影响界面粘结能力的主要因素。温志广等人[4]对不同修补材料与原路面材料的模量比与界面力学性能展开了理论及数值研究，结果表明：模量比为0.5的纵缝顶部和模量比为8.3的补块表面存在最大剪应力峰值为0.32 MPa。Geng等人[5]研究了一种冷补沥青混合料。

在这些研究中，一些是针对冷补法的研究，一些是对坑槽修补机理的理论及数值研究。然而关于不同修补法下修补界面粘结性能对比的试验研究很少，因此本文分析了两种坑槽修补方法，即热料冷补法(冷补)和微波就地加热修补法(热补)，对沥青混合料修补界面的粘结性能进行研究。

1 试验及评价指标

1.1 试验方法设计

1.1.1 试验概况

本次试验的环境温度为30 ℃。试验用的沥青混合料样本取自路龄达到10年的灌南东G15沈海高速公路入口西北向。此次试验共取3个热补坑槽，2个冷补坑槽，并将它们编号为热001、热002、热003、冷001、冷002。坑槽尺寸为1 m×1 m。

热补采用微波就地加热方式，加热面积为1.1 m×1.1 m，加热时长为16 min，待温度升至约160 ℃，碾压至平整结束。

冷补是将160 ℃的热料填入坑槽，碾压至平整结束。

1.1.2 坑槽接缝处的取样设计

由于混合料试验离散性较大，为减小试验误差，每组试验测试6个芯样。热补工况所需的24个芯样分别在3个热补坑槽中取8个，其中4个为左右层接缝芯样(如图1(a)边1-4)、4个为上下层接缝芯样(如图1(a)中1-4)。而冷补工况共需的24个芯样，分别在2个冷补坑槽中取12个，其中6个左右层接缝芯样(如图1(b)边1-6)、6个为上下层接缝芯样(如图1(b)中1-6)。

图1 取样标记图

1.2 评价指标

本文采用修补界面间的应力对两种修补方法的界面粘结力进行综合评价。因此对芯样分别进行了拉拔试验和剪切试验。

1.2.1 拉拔试验

(1)上下层接缝芯样。将芯样上下表层用环氧树脂与夹具粘结，待树脂充分固化后，采用拉拔仪测试接缝粘结力。如图2所示。

图2 上下层芯样拉拔试验

(2)左右层接缝芯样。由于坑槽修补深度约5 cm，芯样厚度约为10 cm。先用切割机将芯样中的非修补层切除，再将修补层的芯样切割出左右2个与接缝面平行的平面，将环氧树脂涂抹在切割出的平面上并与夹具粘结，待树脂充分固化后，采用拉拔仪测试接缝处粘结力。如图3所示。

图3 左右层芯样拉拔试验

1.2.2 剪切试验

(1)上下层接缝试验。采用自制剪力夹具，受力方向如图4所示。待接缝面与夹具底面之间的距离约为6 cm时，按照图5(a)中的方法放置芯样，并进行剪切试验，测试上下层接缝的抗剪强度。

图4 受力分析

图5 剪切试验

(2)左右层接缝试验。先将下层非修补层切除。仍采用剪力夹具，试验时将芯样横放。因芯样直径为10 cm，待剪接缝面距夹具底面为5 cm，因此放置芯样前预先放置1 cm的垫片。然后按照图5(b)中的方法放置芯样，并进行剪切试验，测试左右层接缝的抗剪强度。

2 试验结果

2.1 坑槽接缝芯样的试验结果

由于冷补接缝粘结力较小，切割过程中，4个冷补芯样从接缝处开裂，不能进行后续试验。其余芯样按照拉力(剪力)与面积之比得到表1所示的应力结果。从表1中可以看出，就应力而言，热003>热002>热001>冷补，冷001和冷002差异并不明显。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中规定的方法进行数据处理，发现热003-边4与冷001-边1试验结果不符合要求，予以舍弃，其余数据取算数平均值。图6显示了热补冷补应力对比结果。

表1 热补、冷补粘结力试验结果

图6 热补冷补应力对比结果

从图6可以看出，相比冷补法，热补法在上下接缝的拉剪应力分别提高了59.5%、49.0%，在左右接缝的拉剪应力也分别提高了41.1%、60.5%。

2.2 完整芯样的试验结果

室内成型4个SMA-13马歇尔芯样，分别取2个进行拉拔、剪切试验，结果为剪切应力2.39 MPa，拉拔试验由于完整芯样应力过大，试验时均从环氧树脂粘结层处断开，因而无法得到实际值，结合接缝芯样的试验数据，可以得出拉拔应力不小于4.5 MPa。图7显示了接缝处与完整芯样的剪切力比值。

图7 接缝处与完整芯样的剪切力比值

3 结 语

通过研究坑槽修补界面的粘结性能，得出以下

结论。

(1)热补坑槽接缝处粘结力比冷补高50%左右。

(2)热补、冷补的上下接缝剪切力分别达到完整芯样的64.9%、43.5%，热补、冷补的左右接缝剪切力分别达到完整芯样剪切力的28.9%、18.0%。