摘 要

澆注式瀝青混合料在施工過程中，采用多幅攤鋪的方式進行施工，這就導致在施工過程中會存在多條縱向冷接縫。選取3類典型接縫處治材料，即瀝青貼縫條、灌縫料和熱熔改性瀝青，對黏結性能、拉伸疲勞性能和施工工藝進行研究。通過研究發現，灌縫料和熱融改性瀝青作為新型接縫材料具有較好的力學性能，其中以高彈改性瀝青性能最為優異瀝青網sinoasphalt.com。

關鍵詞

鋼橋面鋪裝 | 澆注式瀝青混合料 | 接縫材料 | 黏結強度 | 拉伸疲勞性能

澆注式瀝青混合料在施工過程中，采用多幅攤鋪的方式進行施工，每幅的寬度為5~7m。當一幅澆注式瀝青混合料施工完、溫度降至常溫后，才能施工另外一幅，這就導致在施工過程中會存在多條縱向冷接縫[1，2]。鋼結構的震動以及車輛荷載引起的鋼橋面板的局部變形會導致鋼橋面鋪裝反復出現彎曲變形，在縱向冷接縫的位置也就會出現反復拉伸，會導致縱向冷接縫位置出現比較大的應力集中，極易出現開裂。但在實施過程中，采用瀝青貼縫條進行接縫處治存在一些問題，主要表現為瀝青貼縫條的黏結效果會逐漸失效[3]。

在本文中，采用兩種類型瀝青貼縫條、兩種灌縫料以及兩種瀝青結合料進行對比試驗，優選出澆注式瀝青結合料縱向接縫材料。

接縫材料基本性能

瀝青貼縫條

瀝青貼縫條是澆注式瀝青混合料縱向接縫中采用最為廣泛的接縫材料。本文采用的瀝青貼縫條都屬于瀝青基類的材料，兩種貼縫條(圖1)的性能測試結果見表1。

從試驗結果來看，兩種瀝青貼縫條在材料性能上有較大的差別。在軟化點上，兩種瀝青貼縫條相差不大，但在延度和彈性恢復率性能上，1號瀝青貼縫條的性能要較2號瀝青貼縫條的性能優異，具有更好的延展性。

灌縫料

本文的兩種瀝青灌縫料都是采用基質瀝青、聚合物、合成橡膠、再生橡膠、樹脂和UV抑制劑混合而成，按照應用特點分為低溫型和高溫型兩種[4]，見表2和圖2。

從灌縫料的材料性能來看，兩種材料在性能上的差異還是比較明顯的。灌縫料1號(6609系列)具有較好的延展性，適合應用在冬季比較寒冷地區，灌縫料2號(AR系列)則適合應用在冬季氣溫較高的地區。

熱融改性瀝青

熱熔改性瀝青一般具有優異的性能，在瀝青路面施工中往往會噴涂在施工縫側面，作為接縫材料使用。本文采用的分別是高彈改性瀝青和聚合物復合改性瀝青。兩種熱融改性瀝青性能測試結果如表3所示。

高彈改性瀝青具有優異的延展性，在工程上也主要是用在面層SMA混合料中，以提高上面層混合料的抗疲勞開裂性能。聚合物改性瀝青主要是用于澆注式瀝青混合料中，為提高澆注式瀝青混合料的高溫性能而進行改性，其軟化點較高。

接縫材料黏結性能

接縫材料的黏結性能表征兩幅澆注式瀝青混合料鋪裝層直接的結合強度，直接影響到澆注式瀝青路面縱向接縫的結合效果，可保證鋪裝層的整體性。

試件成型

為了模擬澆注式瀝青混合料實際施工過程中縱向接縫的形成過程，先后成型澆注式瀝青混合料，在縱向接縫側面涂刷或黏結接縫材料。試件制作過程如下。

(1)在室內采用車轍試模，按照澆注式瀝青混合料的設計厚度3.5cm成型澆注式瀝青混合料，將切割后一半的試件再裝入車轍試模中，見圖3。

(2)將貼縫條和不同用量的灌縫料、熱融瀝青沾貼或涂刷在試件側面(圖4)，將拌制好的澆注式瀝青混合料鋪裝鋪筑在另外一部分，模擬相鄰側澆注式瀝青混合料鋪裝層攤鋪，見圖5。

(3)切割試件，見圖6。在切割過程中，對邊緣部分1cm內黏結效果較差的部分全部舍棄。每塊測試試件的寬度保證在9.5~9cm之間。

黏結性能

在試驗過程中，接縫組合試件寬度控制在9.5cm~9.0cm之間，厚度控制在3.3~3.6cm之間，采用萬能試驗機進行不同溫度下的黏結強度測試，見圖7。加載速率為10mm/min，測試結果見表4~表6。

從測試結果來看，不同溫度條件下接縫組合結構的黏結強度變化規律并不一致。低溫條件下采用熱融改性瀝青的黏結強度最大，常溫和高溫條件下采用貼縫條的接縫組合結構黏結強度最大，灌縫料和熱融改性瀝青的黏結強度相差不大。

從整體分布來看，接縫組合結構的黏結強度受溫度的影響明顯。隨著溫度的升高，接縫組合結構的黏結強度急劇下降，在60℃時的黏結強度在0.03~0.05MPa之間。而且溫度越高，不同接縫材料之間的黏結強度差距在變小。這也說明3種接縫材料在高溫條件下相互間優勢并不明顯。

疲勞拉伸性能

鋼橋面鋪裝在施工過程中，受車輛荷載的作用，瀝青鋪裝層會出現重復彎曲變形，澆注式瀝青混合料縱向接縫則會受到反復拉伸變形作用，因此，需要研究不同接縫材料在一定位移下的疲勞失效效應。為了模擬接縫材料在反復拉伸變形作用下的疲勞性能，采用OVERTEST抗裂試驗儀(圖8)進行接縫組合結構試驗。試驗過程中，位移量為0.635mm，試驗頻率采用1Hz，試驗溫度采用25℃，試驗終止條件設定為加載次數為10000次或試驗力衰減為初始試驗力的3％。每種接縫材料進行3次平行試驗。

在疲勞拉伸試驗過程中，是采用位移為控制條件。每次加載過程中，試驗輸出值是達到0.635mm位移量時的試驗力。表7、圖9~圖14是各種接縫材料的疲勞拉伸試驗加載次數與試驗力的數據關系趨勢圖。

從試驗結果來看，各種接縫材料在試驗過程中，初始試驗力都較拉拔試驗的最大試驗力大，這與疲勞試驗時采用的速率有關。根據位移和加載時間計算，疲勞試驗的加載速率為0.635mm/s，而拉拔試驗的加載速率為0.167mm/s，加載速率過快，導致初始試驗力偏大。

相對來看，采用灌縫材料和熱融改性瀝青作為接縫材料，其衰變的速率較采用貼縫條的小，殘留試驗力也較貼縫條的大。其中，高彈改性瀝青作為接縫材料，其衰變速率最小，且殘留試驗力也是最大的。

熱熔瀝青類材料工藝研究

根據前述試驗結果，澆注式瀝青混合料接縫材料采用高彈改性瀝青具有非常好的力學性能和疲勞性能，因此進一步研究熱熔瀝青類材料的施工工藝。

加熱溫度控制

采用熱融改性瀝青作為接縫材料時，必須保證改性瀝青能在縱向施工縫側面上形成一定厚度的瀝青膜。但熱融改性瀝青的黏度受溫度影響顯著，因此，將高彈改性瀝青加熱到160℃和120℃兩個溫度，觀察不同加熱溫度下施工縫側面留存的瀝青膜厚度，見圖15、圖16。

從高彈改性瀝青在不同加熱溫度條件下的施工效果來看，當改性瀝青加熱到160℃時，縱向接縫界面留存的瀝青非常少，在施工過程中改性瀝青很快就流淌在鋼板基面上，無法形成具有一定厚度的瀝青膜。當改性瀝青加熱到120℃時，改性瀝青會沿著界面緩慢流淌，在界面形成約2~3mm厚度的瀝青膜，而且瀝青膜均勻分布在接縫界面上。因此，在施工過程中，高彈改性瀝青加熱溫度應為120℃±5℃。

高溫變形性能

一般鋼橋面澆注式施工會選擇氣溫較高的夏季。極端情況下夏季中午鋼橋面板的溫度可達到60℃以上[5]，而接縫材料在高溫環境下會出現軟化和變形，特別是黏附在縱向接縫垂直方向上的改性瀝青會向下流淌，導致界面留存的改性瀝青減少，影響接縫效果。

通過上述研究成果，將高彈改性瀝青噴涂在縱向接縫界面，待改性瀝青冷卻后，在其底部畫出一條白色基準線，通過測試在夏季高溫條件下鋼板表面的改性瀝青邊緣與基準線間的距離，評價和判斷接縫材料的高溫抗變形性能，見圖17、圖18。

通過在夏季連續3d的溫度監測，大氣溫度約為37℃時，澆注式瀝青混合料表面溫度達63.3℃，側面溫度達58.8℃。在連續測試過程中，高彈改性瀝青接縫材料邊緣與基準白線間的距離變化值為0，表明在夏季高溫的施工環境下，接縫材料具有良好的抗變形性能。

結語

通過本文對不同種類接縫材料的性能進行對比試驗研究和工藝參數研究，得出以下結論：

(1)通過對6種接縫材料的黏結強度和疲勞拉伸性能進行對比可知，灌縫料和熱融改性瀝青作為新型接縫材料具有較好的力學性能，其中高彈改性瀝青性能更為優異；

(2)通過施工效果觀察和性能對比可知，采用高彈改性瀝青作為接縫材料時，其采用量應控制為4~5kg/㎡，以縱向接縫界面留存2~3mm厚瀝青膜、底部聚集有少量瀝青為宜；

(3)施工過程中，高彈改性瀝青加熱溫度應控制在120℃左右，該材料滿足夏季炎熱環境下的使用要求。