沥青路面薄层卷材的拉伸特性研究

谭祺琦 赵 宁

（重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074）

沥青路面裂缝病害是较为常见的一种路面病害形式，不管是反射裂缝还是Top-Down 型裂缝，水沿着裂缝进入路面内部结构层，会对路面结构造成破坏，同时在车辆荷载的影响下易形成冲刷和唧浆。裂缝病害本身对路面正常服役没什么影响，但因裂缝扩展、水分下渗等引起其他病害甚至结构损害将会严重影响路面的使用寿命。

在裂缝修补方面，目前主要是通过灌缝和表面填缝技术进行修补，而传统的修补材料与旧路面的粘结强度不足，弹性和韧性较差，裂缝修补之后容易再次开裂，失效率较高。贴缝胶型的修补材料目前也有较广的应用，李汝凯等[1]优选了一种复合型防裂材料-DZFH 型道路抗裂贴，发现其防反效果要明显优于玻纤格栅和聚酯玻纤布；周刚等[2]采用MTS 疲劳加载试验和滚动加载疲劳试验，研究了经编复合聚酯防裂布防治复合式路面反射裂缝的作用效果，结果表明其防反性能明显优于玻纤格栅和聚酯玻纤布；杨艳等[3]研制了土工布全向拉伸试验装置并采用长丝土工布进行试验，与单向拉伸、双向拉伸试验结果进行对比，发现在不同拉伸条件下，土工布的变形特性差异较大，实际工程的应用中应充分考虑土工布的受力情况；李晶晶、葛琦等[4，5]利用小型加速加载设备测试了薄层环氧铺装材料的抗滑性能，结果表明对数模型对抗滑指标的拟合效果较好，且推荐使用大粒径的玄武岩作为抗滑骨料。在沥青路面薄层的研究中，大多都是作为抗滑磨耗层来使用，而本研究开发的薄层卷材是由“抗滑层+防水粘结层+土工布”组合而成，其主要功能是修补沥青路面裂缝，特别是对于网状裂缝的修补非常方便，本文主要研究不同因素对该薄层卷材拉伸性能的影响。

1 试验原材料与方法

1.1 试验原材料

1.1.1 抗滑骨料

抗滑骨料选择粒径在2～4mm 范围内的玄武岩。按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）进行基本物理力学性能测试，试验结果见表1。

表1 玄武岩骨料的相关性能指标

1.1.2 改性乳化沥青粘结剂

采用的粘结材料为SBS 改性乳化沥青，按照《公路工程沥青和沥青混合料试验规程》（JTG E20-2019）测试其基本物理性能，测试结果见表2。

表2 SBS 改性乳化沥青的相关性能指标

1.1.3 土工材料

土工材料选择的是无纺聚酯纤维布，按照《公路工程土工合成材料试验规程》（JTG E50-2006）对其进行基本物理力学性能测试，试验结果见表3。

表3 无纺聚酯纤维布的相关性能指标

1.2 薄层卷材试件制备

在试件的制备过程中，首先应确保原路面平整，将聚酯玻纤布平整铺开，然后将SBS 改性乳化沥青均匀铺洒在聚酯玻纤布上面（掺量约为2kg/m2），最后将粒径为2～4mm 的玄武岩骨料均匀撒布于粘结料中（掺量约为8kg/m2），通过适当的表面处理，确保这种精细结构、光滑表面具有足够的抗滑性能，待粘结剂形成一定强度后将多余的骨料用刷子清除。其结构示意图如图1。

图1 预制可卷曲沥青路面铺装层结构示意图

1.3 试验方案

为评价预制可卷曲沥青路面超薄层的抗裂性能，参考《公路工程土工合成材料试验规程》（JTG E50-2006）中宽条拉伸试验的方法，并考虑已有的仪器和夹具，设计本次拉伸试验。利用万能试验机进行拉伸试验，夹具的最大夹持宽度约为40mm，而薄层试件的宽度越窄，纵向变形就越大，对实验结果的准确性将产生不利影响，因此试件宽度定为40mm。该部分主要分析不同因素对该超薄层拉伸性能的影响，第一组在试件宽度为40mm、标距100mm，拉伸速率分别为20、50、100、150、200mm/min 的条件下进行拉伸试验；第二组在试件宽度为40mm、拉伸速率100mm/min，夹持标距分别为50、100、200、300mm 的条件下进行拉伸试验；第三组在在拉伸速率100mm/min，夹持标距100mm，试件宽度分别为20、40、60、80、100mm 的条件下进行拉伸试验；第四组在试件宽度40mm、标距100mm、拉伸速率100mm/min，试验温度分别控制在-10、20、50、80℃的条件下进行拉伸试验；第五组在试件宽度40mm、标距100mm、拉伸速率100mm/min、试验温度20℃，经过0、3d、7d 浸水处理后进行拉伸试验；第六组在试件宽度40mm、标距100mm、拉伸速率100mm/min 条件下，分别沿纵向、横向及45°斜向进行拉伸试验。

2 试验结果

2.1 拉伸速率

从图2 中可以看出，随着拉伸速率的增加，峰值拉力逐渐增大，且不同拉伸速率对应的峰值应力相差较大。试验中最小拉伸速率20mm/min 对应的峰值拉力约为845N，最大拉伸速率200mm/min 对应的峰值拉力约为1430N。此外，随着拉伸速率的增大，拉伸强度的增长速率较为线性，未出现拉伸强度随拉伸速率增加而陡然增长的情况。

图2 拉伸速率对薄层卷材拉伸强度的影响

2.2 夹持标距

从图3 中可以看出，随着夹持标距的增大，薄层卷材试件的变形量逐渐增加，但其拉伸强度的增长速率减慢。此外，夹持标距对薄层卷材拉伸强度的影响规律不明显，当夹持标距达到100mm 后，其拉伸强度值变化幅度不大。

图3 夹持标距对薄层卷材拉伸强度的影响

2.3 试件宽度

从图4 中可以看出，随着薄层卷材试样宽度的增加，峰值拉力和伸长率逐渐增大，不同试样宽度对应的峰值应力差异较大。宽度为20 mm 的试样其峰值拉力约为3346 N，宽度为100 mm 的试样其峰值拉力约为565 N，两者相差将近6 倍。当试样的宽度小于80 mm 时，抗拉强度随着试样宽度的增加而增加，但当试样宽度超过80 mm 时，其抗拉强度值显著下降。可以看出，不同的试样宽度对拉伸强度和伸长率均有很大的影响。

图4 试件宽度对薄层卷材拉伸强度的影响

2.4 试验温度

从图5 中可以看出，试验温度对薄层卷材的拉伸强度无明显影响，以20℃作为参考温度，随着温度的升高其拉伸强度呈下降趋势，且伸长率也逐渐减小，但当温度降至-10℃时，拉伸强度值基本保持不变，但其伸长率下降明显。可见，高温对其拉伸强度和伸长率均有一定影响，而低温仅对伸长率有影响。

图5 试验温度对薄层卷材拉伸强度的影响

2.5 浸水时间

从图6 中可以看出，经过3d 和7d 浸水处理后，其拉伸强度值无明显变化趋势。可见，是否浸水对薄层卷材的拉伸强度几乎没有影响。

图6 浸水时间对薄层卷材拉伸强度的影响

2.6 拉伸方向

从图7 中可以看到，该薄层沿纵向和横向的荷载- 位移曲线图的变化趋势大体一致，且横向拉伸强度要略高于纵向，45 度斜向拉伸强度要明显低于横纵向，但其伸长率要远大于前两者，说明沿该方向拉伸时其延展性更好。

图7 不同拉伸方向对薄层卷材拉伸强度的影响

3 结论

不同拉伸速率、试件宽度及拉伸方向对薄层卷材的拉伸强度及伸长率的影响较大，横向与纵向的拉伸强度相差不大，而沿45°斜向拉伸时的拉伸强度低于前两者；不同夹持标距仅对伸长率有显著影响，对其拉伸强度的影响并无明显规律；当薄层卷材试件宽度超过80mm 时其拉伸强度值明显降低；高温对其拉伸强度和伸长率均有一定影响，而低温仅对伸长率有影响；是否浸水以及浸水时间对其拉伸强度及伸长率均无明显影响。