隨著國內(nèi)交通基礎設施網(wǎng)絡的不斷完善，瀝青路面的公里數(shù)持續(xù)上升，相當一部分的瀝青路面將逐漸進入設計年限的后期階段，各種路面病害發(fā)生愈加頻繁。其中，裂縫是瀝青路面zui主要、zui常見的病害之一，若在自然、交通條件惡劣的情況下，甚至會出現(xiàn)在公路運營的中前期。裂縫的存在不僅會使得水分更容易進入路面結(jié)構(gòu)，導致坑槽、剝落等水損害，還會削弱路面的結(jié)構(gòu)承載力，加速路面的破壞，對于路面壽命與行車安全都是不利的。

因此，合理的裂縫修補對于保證瀝青路面長期高質(zhì)量運營意義重大。根據(jù)不同裂縫的形成機理，根據(jù)實際情況采取zui適合的裂縫修補技術(shù)，并選取合適的填縫構(gòu)造、灌縫粘結(jié)劑種類與用量，從而利用有限的養(yǎng)護資金對瀝青路面裂縫進行高質(zhì)量的養(yǎng)護修補，使瀝青路面服務水平重新回升。

瀝青路面裂縫形成機理

瀝青路面在車輛荷載與自然因素(溫度變化、雨水浸入等)的作用下，常見的裂縫類型有龜裂、塊裂、橫向裂縫、縱向裂縫、反射裂縫等，其產(chǎn)生的機理各有相同又互有聯(lián)系，主要有以下幾點：

(1)車輛荷載的循環(huán)作用

瀝青路面始終處在一個車輛動荷載交替作用的環(huán)境中，瀝青路面上某一處的應力應變狀態(tài)長時間處于類半正弦波的波動狀態(tài)，在這個持續(xù)的循環(huán)過程中，具有粘彈性質(zhì)的瀝青混合料抗拉強度將逐漸下降，直至低于其抗拉強度ji限時則會發(fā)生疲勞斷裂，在路表面多處發(fā)生微小的疲勞斷裂后則會形成龜裂。

(2)晝夜溫度的循環(huán)變化

瀝青路面始終處在暴露的自然環(huán)境中，其溫度受到晝夜、天氣影響很大，越接近路表的路面結(jié)構(gòu)溫度變化幅度越大。瀝青混合料是典型的受溫度影響ji大的材料，在晝夜溫度變化的過程中，瀝青混合料可能產(chǎn)生膨脹與縮裂，此時若原材料的性質(zhì)不佳(如瀝青粘度不足)將很可能在長期溫度應力的作用下出現(xiàn)松散，從而導致路面出現(xiàn)塊裂、橫向裂縫。

(3)半剛性基層開裂貫通至路面

我國道路普遍采用的半剛性基層在晝夜溫度變化以及水泥混凝土自身水化作用下會發(fā)生溫縮或干縮，當達到一定程度時會發(fā)生開裂，荷載作用時上部路面結(jié)構(gòu)在開裂處所受的zui大拉應力將會驟增，一段時間后將會導致下面層拉應力超過其抗拉強度而開裂，這個過程將逐漸向上發(fā)展，zui后裂縫貫通至路表，形成反射裂縫。

填縫構(gòu)造形式對路面性能的影響

填縫構(gòu)造的形式有許多種，不同構(gòu)造形式之間在填縫效果、成本投入、操作便捷程度等方面存在較大的不同，因此本文選取四種典型的填縫構(gòu)造進行研究，分別為標準槽路表齊平式、標準槽梯形封頂式、淺刻槽梯形封頂式以及無刻槽梯形封頂式，如圖1所示。

采用典型的SMA-13級配與zui佳油石比，成型車轍板試件，成型之前在車轍板模具中部放置相應填縫形式的活動鋼板，成型之后取下以模擬瀝青路面裂縫，并熱熔型聚合物密封膠進行填縫。隨后將車轍板試件切割成小梁，進行四點彎曲疲勞試驗和拉拔試驗，以獲取不同填縫構(gòu)造下瀝青路面小梁試件的疲勞壽命和粘結(jié)強度，探究不同填縫構(gòu)造對于裂縫修補后路面性能的影響。將疲勞試驗得到的疲勞壽命次數(shù)Nf取對數(shù)得到疲勞壽命對數(shù)lgNf，將拉拔試驗得到的粘結(jié)力與小梁橫截面相除得到粘結(jié)強度，如表1、圖2所示。

由圖2可以看出：

(1)對比標準槽路表齊平式與標準槽梯形封頂式，可以發(fā)現(xiàn)按照相應方式填縫后，后者的疲勞壽命與粘結(jié)強度均比前者高，且粘結(jié)強度提升明顯，表明在填縫時進行梯形封頂能夠有效地提高裂縫修補后該段瀝青路面的路面性能，使裂縫兩側(cè)瀝青混合料粘合緊密、受力均勻，能夠維持相當一段時間的優(yōu)良性能。

在填縫過程中若僅僅將填縫材料注滿裂縫，填縫表面處仍然暴露在雨水、空氣與行車荷載之中，填縫材料與兩側(cè)原始的瀝青混合料之間連接仍然不夠牢固;在此基礎上，若將填縫材料在裂縫之上澆灌成以更完全地封住開裂處，則一方面加強了開裂兩側(cè)的連接，另一方面也保護了開裂處直接受到空氣與雨水的作用，有效保護了路面脆弱的部位。同時在開放行車后，在車輛荷載的反復作用下，該梯形封頂將被緩慢碾平，部分填縫材料將被填充進因溫度升高而導致裂縫膨脹的體積中去，進一步強化了開裂處的抗疲勞和剪切能力。

(2)對比標準槽梯形封頂式、淺刻槽梯形封頂式以及無刻槽梯形封頂式，可以發(fā)現(xiàn)按照相應方式填縫后，無刻槽的疲勞壽命與粘結(jié)強度均大幅低于另外兩者有刻槽的填縫形式，而在同樣刻槽的填縫形式中，淺刻槽的疲勞壽命與粘結(jié)強度均略微低于標準刻槽，表明刻槽對于裂縫修補十分關(guān)鍵，能夠明顯提高裂縫修補的質(zhì)量，同時淺刻槽的填縫效果略差于標準刻槽，但仍然處于較高水平，可以根據(jù)道路實際情況選擇合適的填縫形式。

在填縫過程中進行裂縫刻槽的意義在于為填縫材料提供一個穩(wěn)定、平整、清潔的界面，使得填縫材料能夠充分地填充整個空間且受力簡單明確，粘結(jié)效果顯著提升，有利于裂縫修補后路面的長期性能，但因此對于路面養(yǎng)護修補時的人員、儀器與操作提出更高的要求;若不進行刻槽直接進行填縫，能夠節(jié)省一定的養(yǎng)護時間與開支，但填縫后開裂處仍然可能在多次車輛荷載后達到其抗拉強度的ji限，從而再次被撕裂，需要進行再次的養(yǎng)護修補，不利于路面長期性能的保持。

灌縫粘結(jié)劑對路面性能的影響

瀝青路面在車輛和雨水、溫度等自然因素的作用下，裂縫病害可能發(fā)生在任何一個位置，但若在瀝青路面攤鋪施工過程中由于工時安排、天氣因素等中斷攤鋪留下冷接縫，次日繼續(xù)攤鋪時，接縫位置沒有進行妥善的處理，接縫處抗疲勞與剪切能力弱，則在道路運營過程中將很有可能在此位置發(fā)生裂縫病害。因此，在處理該接縫時，粘結(jié)劑的種類與用量將會顯著影響到該接縫后期的力學性能，進而影響到該段瀝青路面的整體路面性能。因此，通過采用不同的粘結(jié)劑以及不同粘結(jié)劑含量，探究灌縫粘結(jié)劑對于路面性能的影響，以尋找一定條件下zui佳的粘結(jié)劑方案。

粘結(jié)劑種類

采用如前述相同的試驗與評價方法，選取常見的三種接縫粘結(jié)劑進行研究，分別為普通乳化瀝青、樹脂乳化瀝青、高粘乳化瀝青，粘結(jié)劑用量統(tǒng)一采用0.6kg·m^-2。試驗結(jié)果如表2、圖3所示。

由圖3可以看出：

對比疲勞壽命，三種乳化瀝青作為粘結(jié)劑，其修補灌縫后的試件疲勞壽命相差有限，其中高粘乳化瀝青灌縫后的試件具有zui高的疲勞壽命，樹脂乳化瀝青灌縫后的試件疲勞壽命則在三者中處于zui低；對比粘結(jié)強度，從普通乳化瀝青到樹脂乳化瀝青再到高粘乳化瀝青，其粘結(jié)強度呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，高粘乳化瀝青灌縫后的路面接縫處的粘結(jié)強度很高。

可以發(fā)現(xiàn)，隨著乳化瀝青粘度的增高，其對于路面疲勞壽命的提高有限，但能夠顯著gai善路面接縫處灌縫后的粘結(jié)強度，因此在三種粘結(jié)劑中采用高粘乳化瀝青具有zui好的后期路面性能，但在實際中需要結(jié)合具體情況與成本限制作出綜合考慮與比選。

粘結(jié)劑用量

采用如前述相同的試驗與評價方法，選取粘結(jié)劑用量為0.3、0.6、0.9kg/㎡三種方案進行試驗，粘結(jié)劑統(tǒng)一采用高粘乳化瀝青。試驗結(jié)果如表3、圖4所示。

由圖4可以看出：

隨著粘結(jié)劑用量的提升，灌縫后試件的疲勞壽命與粘結(jié)強度呈現(xiàn)先升后降的趨勢，由0.3kg·m^-2用量增加至0.6kg·m^-2用量時兩種路面性能提升較為明顯，由0.6kg·m^-2用量增加至0.9kg·m^-2用量時兩種路面性能不僅沒有提升，反而有略微的下降，在0.6kg·m^-2用量下試件的兩種路面性能zui優(yōu)。

可以發(fā)現(xiàn)，隨著粘結(jié)劑用量的增加，試件的疲勞壽命與粘結(jié)強度并不是始終保持增長的，在一定范圍內(nèi)存在一個zui佳用量。這是由于適量的粘結(jié)劑可以充分地填充接縫并與兩側(cè)瀝青混合料接觸并融合，在此基礎上若繼續(xù)增加粘結(jié)劑反而會在一定程度上撐開接縫甚至溢出，多余的粘結(jié)劑反而過渡潤滑了接縫，使得傳力效果下降。因此，在三種粘結(jié)劑用量中采用0.6kg·m^-2具有zui好的后期路面性能，但在實際中需要結(jié)合具體情況與成本限制作出綜合考慮與比選。

結(jié)語

瀝青路面裂縫的存在將導致瀝青路面處于一個ji易受破壞的狀態(tài)，及時、有效地對裂縫進行修補填封是瀝青路面養(yǎng)護工作中的重中之重。在裂縫修補時需要根據(jù)實際情況、養(yǎng)護人員與資金配置合理地選取填封構(gòu)造、粘結(jié)劑的種類與用量，在養(yǎng)護質(zhì)量與成本投入之間尋找一個zui佳平衡點。

參考文獻：

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[3]彭華,尹健，池漪，等.瀝青路面裂縫修補材料性能評價指標及方法，鐵道科學與工程學報，2014(4):90-95.

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[5]何波.瀝青路面裂縫和坑槽破損機理與修補技術(shù)研究.西安：長安大學,2006.

全文完。發(fā)布于《道路工程》2019年第12期。

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設備名稱：獨立式氣動伺服四點彎曲小梁試驗系統(tǒng) 4PB

型? ? ? ?號：B210 KIT

制? 造? 商：意大利Matest-澳大利亞Pavetest

棱柱體小梁四點彎曲試驗是 2011 年交通部行業(yè)標準《公路工程瀝青及瀝青混合料規(guī)程》增加的評價瀝青混合料疲勞性能和測量勁度模量的非常重要的試驗方法。該方法可以在DTS多功能動態(tài)試驗系統(tǒng)中進行，也可以使用單獨式系統(tǒng)，搭配溫控環(huán)境箱進行試驗。尤其對于試驗任務量比較大的單位，因為疲勞試驗可能持續(xù)的時間比較長，幾小時到幾天、甚至幾周。所以配備一套單獨式的瀝青混合料疲勞試驗系統(tǒng)是非常有必要的。

意大利matest-澳大利亞Pavetest氣動伺服四點彎曲疲勞試驗機 (4PB) 是采用數(shù)字控制高性能伺服閥，提供高達60Hz的準確加載波形的氣動伺服試驗儀。四點彎曲疲勞試驗機可加載半正弦波和正弦波，受控應變或受控正弦應力控制模式，測試多種尺寸瀝青混合料小梁的彎曲勁度/模量。

適用規(guī)范

▍ AASHTO T 321 熱拌瀝青混合料重復彎曲疲勞壽命

▍ ASTM D7460 熱拌瀝青混合料重復彎曲疲勞損傷

▍ AG:PT/T233 & ASTM 03 熱拌瀝青混合料重復彎曲疲勞壽命

▍ EN 12697-24 Annex D- 棱柱體試件的四點彎曲試驗

▍ EN 12697-26 Annex B- 棱柱體試件的四點彎曲試驗 (4PB-PR)

▍ T0739-2011 瀝青混合料四點彎曲疲勞壽命試驗

產(chǎn)品特點

1.試樣通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠牢固夾緊，可始終維持預定的夾緊力，并保證測試過程中試樣在產(chǎn)生屈服變形時仍能被持續(xù)夾緊，夾緊力可通過調(diào)節(jié)電機電流控制

2.兩個夾緊開關(guān)在儀器前方，用于試樣梁的左右兩側(cè)和中間側(cè)夾緊點的夾緊和放松。四個試樣夾緊框可實現(xiàn)所有加載點和反力點的旋轉(zhuǎn)和橫向移動

3.頂部夾緊塊的標志線，可幫助操作者在夾緊前橫向?qū)χ性嚇恿?/p>

4.氣動伺服系統(tǒng)使用底部氣動加載作動器，配備高性能氣動伺服閥，PID閉環(huán)控制，運行中的自適應控制，可始終維持測試所需的應力/應變

5.薄型高性能不銹鋼圓形荷載傳感器，用于實時測量和控制荷載。主軸位移傳感器可實現(xiàn)中間加載框架的準確定位

6.試樣表面位移傳感器(On-specimen LVDT)可按設定進行控制并測量試樣梁有效范圍內(nèi)的整體彎曲變形（而不是懸浮式的測量部分變形的方法），符合相關(guān)標準的要求

7.基于 Windows 的 TestLab 軟件提供的用戶界面，簡單、效率高并符合有關(guān)國際標準

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