环氧树脂胶的凝固时间(粘韧性指标在旧路加铺排水沥青罩面中的应用)

文章来源：微信公众号“沥青路面”

目前对旧路疲劳特性还没有统一、有效的检测试验和评价指标。在Superpave混合料设计和评价中，抗拉强度作为一项重要指标用来评价路面疲劳寿命和路面强度，但抗拉强度本身更多体现的是混合料的极限强度能力，不能完全代表其疲劳强度。沥青混合料作为粘弹性材料，在荷载、温度等重复作用下，抗疲劳性能更多体现在能保持其良好的粘弹性能和一定的抗拉强度，因此利用拉伸作用下表现出的粘韧性能来评价沥青混合料的拉伸性能和抗疲劳性能是相对有效的途径和方法。

评价方法与评价指标

评价方法

目前粘韧性一般用来评价沥青结合料的拉伸性能，还没有直接用来评价沥青混合料。因此，在进行沥青混合料粘韧性检测时，参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20－2011)中T0624－2011沥青粘韧性试验，并考虑到沥青混合料的试验需求加以改进。试验设备采用万能试验机，并制作了专用拉拔夹具。粘韧性试验所用的试件为现场钻取得到的Ф100mm芯样，根据芯样所处的层位分别切割出上、中、下面层芯样。具体试验流程如下:切取Ф100mm芯样上、中、下面层，并清除切割表面浮尘;芯样上、下表面与拉拔夹具以环氧树脂胶粘接，置于40℃烘箱3～4h，确保环氧树脂胶完全凝固，试件与夹具牢固粘接;将与夹具粘接好的试件置于25℃的水浴中保温1h;从水浴中取出试件，擦干，通过夹具安装在万能试验机上;开始试验，通过试验机对试件进行竖向拉拔，加载速度为50mm/min，计算机自动记录拉应力大小及试件变形位移。当试件在拉拔作用下完全断裂后，仪器自动停止检测;根据所记录拉应力大小及试件变形所构成曲线，计算沥青混合料粘韧性和韧性。

评价指标

分别计算曲线ABD和BCD所包围的面积，记为T0和Te，其中T0为沥青混合料的粘韧性，Te为沥青混合料的韧性。需要注意的是，沥青结合料韧性和沥青混合料韧性计算方式有所不同，沥青结合料韧性包围面积的左边界线是荷载达到峰值之后下降阶段的切线，而沥青混合料韧性包围面积的左边界线则是荷载达到峰值之后直接引出的一条垂线，这是考虑到沥青混合料粘聚力达到峰值后会引起混合料结构内部断裂，而不同于沥青结合料在相同阶段所表现出的韧性。

工程概况

本文以江苏徐淮高速公路、盐靖高速公路的旧路加铺排水沥青罩面工程为依托。进行旧路评价时，在徐淮高速公路徐州至淮安方向K144+440和K158+660的超车道、行车道、应急车道轮迹带位置分别钻取芯样，进行室内粘韧性试验，通过检测旧沥青路面粘韧性，评价旧沥青路面各层位的疲劳特性。为了进一步分析旧沥青路面矿料级配类型对粘韧性的影响，本文还利用盐靖高速公路盐城至靖江方向K89+010行车道芯样的试验数据，与徐淮高速公路的试验数据进行对比分析。

鉴于应急车道通行车辆很少，本文将应急车道的粘韧性检测结果作为沥青路面建成通车时的初始状态，通过计算其它车道与应急车道粘韧性的比值(即残留粘韧性，以百分比计)来评价旧沥青路面在疲劳作用下的残余力学性质。

试验结果与分析

车道位置对沥青混合料粘韧性的影响

可知，旧沥青路面同一层位，同一级配的沥青混合料粘韧性随着车道位置不同差异很大，粘韧性总体表现出的规律是应急车道＞超车道＞行车道。以K144+400处左轮迹带上面层为例，相对于应急车道上面层，超车道上面层的粘韧性降幅为22.4%，而行车道上面层的粘韧性降幅达到44.5%。

不同车道位置沥青混合料粘韧性的差异主要是由车辆荷载作用的差异性引起的，行车道上的重载货车数量和比例要远远大于超车道，而应急车道的通行车辆基本可以忽略。车辆荷载对行车道的作用强度增大，必然带来行车道沥青混合料包括粘韧性在内的力学性能大幅下降。

路面层位对沥青混合料粘韧性的影响

4、由于不同路面层位沥青混合料类型以及原材料性质相差大，各层的粘韧性必然相差也较大，直接将不同层位芯样的粘韧性结果进行简单数值比较并没有实际意义，因此本文采用残留粘韧性来分析不同路面层位沥青混合料粘韧性衰变规律。

可知，旧沥青路面不同层位沥青混合料残留粘韧性有较大的差异，但不同车道位置的沥青混合料残留粘韧性基本上都表现出中面层小于上、下面层的特征。中面层沥青混合料残留粘韧性较小(粘韧性衰变幅度较大)的原因在于，中面层沥青混合料采用普通沥青作为胶结料，其抵抗疲劳作用的能力要弱于上面层改性沥青;此外，虽然下面层沥青混合料同样也采用普通沥青，但由荷载扩散规律可知，下面层承受的荷载作用要远小于中面层。因此中面层变形相对严重，作为旧路面车辙发生的主要层位，其粘韧性也较差。当然，不同层位沥青混合料粘韧性的差异和衰变特性与沥青混合料矿料级配类型也有关。

级配类型对沥青混合料粘韧性的影响

沥青混合料矿料级配类型通过影响沥青胶浆的含量以及集料颗粒之间的骨架作用，对沥青混合料粘韧性产生影响。为了进一步分析级配类型的影响，本文以交通量和通车年限都相近的盐靖高速公路K89+010和徐淮高速公路K144+440路段为例，采用具有相同层厚和相同最大公称粒径的旧沥青路面芯样进行沥青混合料粘韧性试验。不同沥青混合料级配类型和芯样位置条件下。

可知，在车道位置、轮迹带位置以及沥青混合料最大公称粒径和层厚相同的条件下，SMA13沥青混合料粘韧性要远大于AK13，而SUP20沥青混合料粘韧性要远大于AC20。SMA13与SUP20均为嵌挤密实型沥青混合料，混合料内部既有足够多沥青胶浆提供较大的粘聚力，同时粗集料相互嵌挤形成骨架，颗粒之间提供的摩阻力同样有利于提高沥青混合料的粘韧性。

旧沥青路面粘韧性评价指标

旧沥青路面粘韧性评价指标的提出

可知，盐靖高速公路K89+010和徐淮高速公路K144+440两段技术状况中各项常规路面性能评价指标均接近，路面总体状况基本处于同一水平。但是由3.3节的试验结果可知，两处路面粘韧性相差较大，以中面层行车道粘韧性检测结果为例，盐靖高速K89+010处右轮迹带、左轮迹带粘韧性分别为1.842N·m、1.204N·m要远大于徐淮高速K144+440处相同位置的0.198N·m、0.511N·m。由此可见，单纯采用旧沥青路面技术状况评定结果来对旧路面性能进行评估并指导养护维修是不够的，从常规指标评价结果相近而粘韧性相差很大的分析结果来看，在路面评价分析中，采用粘韧性指标对旧沥青路面疲劳拉伸性能进行评价是合适的。

为了进一步验证采用粘韧性指标评价旧沥青路面疲劳拉伸性能的可行性，本文采用UTM－100型万能试验机，参照欧洲规范UTS003(Indirect Tensile Modulus Test Method)，对盐靖高速公路K89+010处行车道位置原路面各结构层的回弹模量进行测定，并与相同位置粘韧性检测结果做对比分析。

回弹模量是路面结构材料在荷载作用下产生的应力与其相应应变的比值，表示路面结构材料抵抗变形能力的优劣，是路面结构强度的综合体现。可知，盐靖高速公路K89+010处行车道位置原路面各结构层回弹模量大小顺序依次为上面层＜中面层＜下面层，而由粘韧性指标试验结果可知，中面层沥青混合料在疲劳作用下，抗拉伸性能已经出现较大程度的衰减，表明中面层的疲劳破坏程度较大，因此中面层模量较大并不代表其抗疲劳的综合力学性能好。

由此可见，如果单纯采用模量评价旧路面力学性能，甚至会得到中面层强度较高的误判，而由粘韧性检测结果可知，中面层已经出现了较严重的疲劳破坏，这个与实际较为吻合。因此本文提出采用粘韧性指标评价旧路面抗疲劳力学性能是合适可行的。

旧沥青路面粘韧性评价标准

本文分别计算徐淮高速公路K144+440不同车道位置各面层粘韧性与应急车道相应层位粘韧性的比值，即残留粘韧性。

可知，徐淮高速公路K144+440不同车道位置各面层现场芯样残留粘韧性大多数在50%以上，只有行车道中面层残留粘韧性小于40%，说明采用普通沥青的中面层使用过程中在车辆荷载的反复作用下疲劳破坏较严重。

本文统计了徐淮高速公路全线芯样的粘韧性试验结果，并结合路面实际破损情况。

对于评分为优、良的旧沥青路面，仅需对表观破损进行正常维修处理，直接加铺罩面即可;对于评分为合格的旧沥青路面，需结合实际情况对旧路面表层进行专门处理后，再加铺罩面;对于评分为不合格的旧沥青路面，需考虑将旧路面进行整体铣刨处理后，再加铺罩面。

结论

(1)由于车辆荷载作用的差异性，行车道路面结构的损坏要大于超车道和应急车道，相应旧沥青路面行车道的粘韧性要差于超车道和应急车道。

(2)中面层沥青混合料采用普通沥青作为胶结料，并承受上面层扩散下来的荷载较大，相对其它层位，中面层沥青混合料粘韧性衰变幅度较大。

(3)骨架密实型的沥青混合料粘韧性要优于悬浮密实型的沥青混合料。

(4)采用粘韧性试验能较好地评价旧路面疲劳拉伸性能，比单一模量力学指标或其它综合性路用评价指标要更能表征路面的实际状况，通过分析确定了以残留粘韧性作为评价指标并制定相应的评判标准，为旧路加铺排水沥青罩面以及其它旧路改造工程的养护方案分析决策提供借鉴。