环氧沥青混凝土铺装材料低温断裂性能研究
                     柳仁军　徐飞　汤瑛
     摘　要:采用劈裂试验、小梁三点弯曲试验、断裂性能试验对环氧沥青混凝土的低温性能进行全面的试验研究,研究表 明:在低温条件下环氧沥青混凝土具有 优良的抗断裂能力,完全满足国内大部分钢箱梁桥面铺装的低温抗裂设计要求。
    关键词:钢桥面,环氧沥青混凝土,低温性能
长期以来,国内外研究学者针对环氧沥青混凝土的使用性能 进行了很多研究:在强度性能方面,东南大学桥面铺装课题组采 用自制大吨位马歇尔稳定仪测出环氧沥青混凝土固化后的稳定 度大于50 kN[1],远远高出常用铺面沥青混合料稳定度(10 kN~ 15 kN);在高温稳定性方面,钱振东、罗桑在武汉阳逻长江公路大 桥铺装技术项目研究中,进行了80℃高温条件下的车辙试验,环 氧沥青混凝土动稳定度可达到20 138次/mm[2],这是普通路用沥 青混凝土(<6 000次/mm)远不可能达到的。疲劳性能方面,东 南大学桥面铺装课题组采用自制复合结构疲劳试验模型测出环 氧沥青混凝土在5 kN(等效于实际钢桥梁铺装中的汽超—20)荷 载下经过1 200万次未见疲劳裂纹出现[1,2]。综上所述,针对环 氧沥青混凝土材料性能的研究,多集中于强度性能、高温稳定性 以及抗疲劳性能方面,而对环氧沥青混凝土低温性能研究却鲜见 报道。因此,本文采用SHRP研究计划中提出的低温劈裂试验、 小梁三点弯曲试验、低温断裂试验对环氧沥青混凝土的低温抗裂 性能进行了全面评价[3-5],为环氧沥青混凝土铺装低温使用设计 提供依据。
1　材料性能
1.1　环氧沥青结合料
环氧沥青结合料是由环氧树脂与掺配固化剂的石油沥青在 特定温度下按一定配合比混合后形成的热固性沥青结合料,其性 能技术参数如表1所示。

1.2　集料及级配
试验所用集料选用优质耐磨的玄武岩(6档集料)以及优质石 灰岩矿物填料,如表2所示。
1.3　最佳油石比
采用马歇尔试验对121℃固化4 h后的标准马歇尔试件进行 试验后,得出环氧沥青混凝土最佳油石比为6.5%。
2　低温性能试验研究
2.1　劈裂试验
试验按照JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规 程中“沥青混合料劈裂试验”(T 0716-1993)试验方法进行。其结 果如表3所示。

从表3数据结果来看,环氧沥青混凝土在低温条件下具有很 高的劈裂强度和劈裂抗拉模量,且数值随着温度下降而增大,而 最大荷载时水平变形几乎保持不变,表明环氧沥青混凝土在低温 下有很好的间接抗拉强度性能和稳定变形能力。
2.2　小梁三点弯曲试验
试验按照JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规 程执行。不同温度条件下的弯曲试验荷载—位移曲线如图1所示。

由图1可以看出,环氧沥青混合料在低温条件下荷载—位移 曲线近似于线性分布,表明环氧沥青混合料在低温条件下接近于 弹性材料,因此,在低温季节环氧沥青混凝土铺装时会发生脆性 破坏现象。
对试验机采集的荷载、位移数据进行处理分析,并用Matla 求解小梁断裂时实际应力、应变关系曲线下的面积作为弯曲应变 能密度临界值,不同温度条件下小梁弯曲试验结果如表4所示。
 
2.3　断裂性能试验
 
为研究环氧沥青混凝土的低温断裂特性,采用切口三点弯曲 梁法测定低温下沥青混凝土的断裂性能参数,试验装置示意图见 图2。试验过程中利用摄像机同步实时录像记录预制切口裂缝的 扩展过程。根据MTS机所记录的加载力临界荷载值和摄像机影 像测出的裂缝长度,按照式(1)得出环氧沥青混凝土断裂强度因子:
 
环氧沥青混凝土的断裂性能试验结果如表5所示。

从表5试验结果可以看出,在低温条件下,环氧沥青混凝土 断裂韧性随着温度降低而变大,且相同试验温度情况下,环氧沥 青混凝土的抗断裂性能要优于其他沥青混凝土。
3　结语
1)通过对环氧沥青混凝土进行全面的低温性能试验评价,研 究表明环氧沥青混凝土在低温条件下具有很高的抗拉和抗弯拉 强度、优良的抗断裂能力、稳定的变形能力以及良好的追从性能, 完全满足国内大部分钢箱梁桥面铺装的低温设计要求。 2)小梁三点弯曲试验表明,低温下环氧沥青混凝土会出现脆 性开裂破坏现象,因此在冬季低温季节,应该对钢箱梁环氧沥青 混凝土铺装层进行及时的跟踪养护。
参考文献:
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