林春梅等：道路灌缝材料性能测定仪开发与应用
道路灌缝材料性能测定仪开发与应用
林春梅，曹丽萍，侯相琛大学生的责任
（哈尔滨工业大学交通科学与工程学院，哈尔滨150090）
【摘要】横向开裂是沥青路面普遍存在的一种病害，灌缝材料的变形性能将直接影响灌缝效果。为此，开
发了新型的道路灌缝材料低温性能测定仪。该仪器采用沥青混合料试块的表面模拟灌缝时的裂缝壁，通过预留一定的宽度来模拟开槽宽度，同时可以调整垫板的尺寸以模拟开槽的宽深比。经过对不同材料的变性能力研究，表明该仪器能够很好的模拟路面灌缝时的真实状态，同时能够准确、合理的评价灌缝材料的变形能力。
【关键词】沥青路面；道路灌缝材料低温性能测定仪；开发与应用；变形能力【中图分类号】TU528.044
【文献标识码】B
【文章编号】1001－6864（2011）10－0001－03
DEVELOPMENT AND APPLICATION OF LOW TEMPERATURE PERFORMANCE TESTER OF SEALANT MATERIAL FOR PAVEMENT
LIN Chun-mei ，CAO Li-ping ，HOU Xiang-chen
（School of Transportation Science ＆Engineering ，Harbin Institute of Technology ，
Harbin 150090，China ）
Abstract ：Transver cracking is a common distress in asphalt pavement．The effect of cracking aling is directly influenced by the deformation performance of alant material．Therefore ，low temper-ature performance tester of alant material for pavement was developed and applied in this paper．The surface of asphalt mixture specimens was ud to simulate the crack sides．The rerved width was ap-plied to imitate the width of notch．Moreover ，the size of cushion was utilized to imitate the width depth ratio of notch．Finally ，the rearch of deformation performance of alant material shows that the test can better simulate the actual condition of cracking．At the same time ，the tester can accurately and rea-sonably evaluate the deformation ability of alant material．
Key words ：asphalt pavement ，low temperature performance tester of alant material for pavement ，development and application ，deformation performance拉拉啥意思
［基金项目］国家自然科学基金（编号：51008099）；中国博士后科学基金（编号：20100471025）；哈尔滨工业大学重点实验室开放基金
（HIT．KLOF．2009104）
沥青混凝土是一种热胀冷缩的材料，其温度收缩
系数常在25ˑ10－6 40ˑ10－6/ħ［1］
，
一次大幅度降温就可能导致沥青路面开裂。黑龙江省公路上每百米有3条以上的横向裂缝，多的达到10条以上。横向裂缝的产生和发展给路表水进入路面结构内部提供了通道，伴随行车荷载的作用，会直接造成或间接诱发诸如唧浆、龟裂、沉陷、坑槽等各种病害，从而破坏路面的使用性能，提高公路的养护成本。为此，研究者们对灌缝材料的试验方法、评价指标以及灌缝工艺等进行了大量研究
［2－10］
，同时美国的ASTM 规范也给出了相应的评价方法
［11－12］
。
然而，黑龙江省地处我国东北部，冬季极端气温较低，因此，这就要求灌缝材料必须具有良好的低温变形
能力，同时与裂缝壁具有良好的粘结力。如果灌缝材料的变形能力不足，
matthew随着气温的降低，灌缝材料本身将会出现开裂，同时灌缝材料也可能从裂缝壁处脱落，这两种情况都严重影响了灌缝效果。因此，本文开发了一种新型的道路灌缝材料低温性能测定仪
［13］
（已经申
请专利），该仪器可以较好的评价灌缝材料本身的低温变性能力以及灌缝材料与裂缝壁的粘结力。1
新型道路灌缝材料低温性能测定仪的开发冬季，由于温度降低，灌缝材料内部将产生温度应力，灌缝
材料会在三种情况下失效：
（1）温度应力大于灌缝材料的抗拉强度，因强度不足发生断裂。
（2）
温度应力产生的拉应变大于灌缝材料的极
1
低温建筑技术2011年第10期（总第160期）限拉应变，因变形能力不足而发生拉伸破坏。
3dmax培训（3）温度应力大于灌缝材料与裂缝壁的粘结力，灌缝材料与裂缝壁的粘结处首先发生局部开裂，继而其他部位发生开裂。
无论发生上述哪种情况，灌缝材料都会失效，从而影响灌缝材料的使用效果。然而，灌缝材料的变形能力以及其与裂缝壁的粘结力是尤为重要的。如果一种灌缝材料具有较好的低温变形能力，即使温度应力很高，也可以通过灌缝材料自身的变形而松弛掉一部分温度应力，从而避免因抗拉强度不足而发生的破坏；同样，只有灌缝材料与裂缝壁较好的粘结，才能避免灌缝材料在较小变形的情况下因局部粘结不好而失效。
影响上述两个方面的主要因素包括：裂缝长、裂缝宽、裂缝宽深比、温度、裂缝壁与灌缝材料的粘结状态以及灌缝材料自身的低温变形能力。因而，测定仪需要充分考虑上述影响因素，并合理评价灌缝材料的变形能力以及灌缝材料与裂缝壁的粘结力。基于上述考虑，本文研制开发了新型道路灌缝材料低温性能测定仪（以下简称测定仪）。
1．1测定仪介绍
沥青路面灌缝材料低温性能测定仪主要用来对灌缝材料的在低温下的变形能力进行测试。设备主要包括加载系统、动力系统、温控系统和数据采集系统等四个部分。
1．2仪器的附属构件
1．2．1缝壁模拟试块
为了更好的模拟灌缝时沥青路面的真实状态，本仪器采用沥青混合料试块的表面模拟路面，对沥青混合料进行切割，以切割面模拟开槽后的裂缝壁。为了保证试验的准确性，可以使用300mmˑ300mmˑ50mm 车辙成型试件进行切割，切割好的试块的尺为150mm ˑ50mmˑ50mm，采用长度方向进行模拟灌缝试验，该长度充分考虑了试验过程中，由于灌缝材料与裂缝壁局部粘结不好而导致的灌缝材料过早开裂的现象。1．2．2裂缝宽度及深度的确定
本仪器通过在缝壁模拟试块中间预设不同宽深比的垫板来模拟实际路面中的开槽情况。垫板厚度用来模拟开槽的宽度，厚度范围为6 18mm，垫板上部凹槽的深度用来模拟开槽的深度，实际路面开槽时的宽深比一般为1ʒ0.5 1ʒ2之间的，因此本仪器中采用的宽深比包括1ʒ0.5，1ʒ1，1ʒ1．5，1ʒ2，试验时也可以根据具体情况来定制。
2试验步骤及特点
试验的流程如图1所示，通过试验可以判断各种灌缝材料的低温抗拉伸性能，并且评价灌缝材料与缝壁粘结的好坏
。
本仪器的主要优点：
（1）采用切割的沥青混合料试块的表面作为模拟裂缝壁，这更加接近真实的路面状态。
（2）采用的是水平方向加载，这与灌缝材料的实际受力状态更加相符。
（3）工作原理清晰、操作简单，不仅能够满足科研工作的需要，也适合于各地方实验室对于灌缝材料性能的评价。
3沥青混合料低温性能试验
3．1试验材料
沥青路面常采用的灌缝材料主要为改性沥青（或普通沥青），乳化沥青以及密封胶等三大类，而近年来尤其以密封胶的使用更为普遍，为此，本试验选用了目前黑龙江省常用的4种密封胶以及1种普通沥青进行试验研究，它们分别以A、B、C、D、S代表这五种灌缝材料。
3．2试验条件
试验温度为－30ħ和－20ħ，采用的预设裂缝宽度为15mm，裂缝的宽深比为1ʒ1.5。试验时采用应变控制式加载，加载速率为5mm/h，试验中记录灌缝材料完全断裂时的变形为最终变形，并计算了变形与裂缝宽度的比值。
佛罗里达国际大学3．3试验结果及分析
试验结果如表1及图2所示。从表1可以看到，使用的五种灌缝材料A和B在拉伸过程中就已经发生断裂损坏，而且A材料在3mm左右时候就已经断裂，故A材料不适合使用在低温地区；B材料在－20ħ时拉伸8mm时断裂，－30ħ时拉伸6mm时失效断裂，因此B灌缝材料只适用于在－30ħ裂缝宽度变化不大于6mm的路段。对于黑龙江省多数公路裂缝宽度冬季可达到15mm左右，因此试验过程中，C、D、S三
2
林春梅等：道路灌缝材料性能测定仪开发与应用
种灌缝材料在变形达到15mm时，试验停止，此时对应
的拉力记录在表1中。由图2可见拉伸力D材料最
大，其次为C，因此我们可以判断这五种灌缝材料的低
温性能为S＞C＞D＞B＞A。
表1不同灌缝材料的低温变形情况
编号灌缝
材料
裂缝宽度
/mm
承担英文宽深比
温度滑雪板英文
/ħ
变形
/mm
拉力
/N
1C151ʒ1．5－301539
2D151ʒ1．5－301550
3B151ʒ1．5－306．5已断
4S151ʒ1．5－301535
5A151ʒ1．5－303．2已断
6C151ʒ1．5－201536
7D151ʒ1．5－201544
8B151ʒ1．5－208．2已断
9S151ʒ1．5－201531
10A151ʒ1．5－203．3已断
从表1和图2可以看出，在裂缝宽度及宽深比固定的情况下，对于所选的5种材料－10ħ的拉伸变形均小于0ħ下的变形，这说明灌缝材料的低温变性能力受温度的影响较大；对于上述5种灌缝材料，其低温变形能力的排序依次是C＞D＞B＞S＞A。其中A在两个温度下均为脆性断裂，而其他几种灌缝材料有的是缝壁处开裂，有的是灌缝材料中部开裂。发生中部开裂的主要与灌缝材料本身的变形能力有关，发生边部开裂的则和灌缝材料与裂缝壁的粘结力有关，此时灌缝材料的还没有充分变形就已经失效。通过对黑龙江省的高速公路的调查表明，因粘结力不足而发生的灌缝材料损坏占相当大的比重，因此对此类损坏的合理评价是十分必要的，通过本测定仪能够恰当反映灌缝材料与裂缝壁的粘结力。
4结语
（1）自行研制开发了道路灌缝材料低温性能测定仪，该仪器充分考虑了裂缝长度、裂缝宽度、裂缝宽深比、温度、灌缝材料与裂缝壁的粘结状况等影响因素，能够实现对灌缝材料的低温变形能力以及灌缝材料与裂缝壁的粘结力的准确测量和评价；
（2）通过对5种灌缝材料两个温度下的变形能力测试表明，测定仪能够合理评价灌缝材料的低温性能以及灌缝材料与裂缝壁的粘结力。
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［收稿日期］2011－06－22
［作者简介］林春梅（1985－），女，黑龙江牡丹江人，硕士，研
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3
