高速公路瀝青路面罩面修補材料抗裂性能試驗研究

摘要：為了測試高速公路瀝青路面罩面修補材料抗裂性，本文采用萬能伺服液壓試驗機對修補材料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性進行測試。測試得出：當摻加玄武巖纖維含量為10%時，其動態穩定性為6 100次/mm，抗彎拉強度為11.56 MPa，最大彎拉應變為3 500 Re，彎曲勁度模量為3 300 MPa，凍融后修補材料劈裂強度為1.28 MPa，劈裂強度比為84.24%。因此，利用該材料進行修復，高速公路路面的抗裂性最佳。本研究測試方法可為瀝青路面的維護和修復工作提供有益的參考，以達到延長路面壽命、改善行車安全與舒適度的目的。

關鍵詞：高速公路；瀝青路面；罩面修補材料；抗裂性能試驗；萬能伺服液壓試驗機

中圖分類號：TU535"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：2096-2118（2024）06-0052-04

Experimental Study on Crack Resistance Performance of Asphalt

Pavement Cover Repair Materials for Highways

LIU Shangzhi

（China Railway 22nd Bureau Group Fourth Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 301700，China）

Abstract：In order to test the crack resistance of asphalt pavement cover repair materials on highways，this article uses a universal servo hydraulic testing machine to test the high-temperature stability，low-temperature crack resistance，and water stability of the repair materials.The test results show that when the content of basalt fiber is 10%，the dynamic stability is 6 100 times/mm，the flexural tensile strength is 11.56 MPa，the maximum flexural tensile strain is 3 500 Re，the flexural stiffness modulus is 3 300 MPa，the splitting strength of the repair material after freeze-thaw is 1.28 MPa，and the splitting strength ratio is 84.24%.Therefore the use of this material to repair， the highway pavement has the best creak resistance.The testing method of this study can provide useful reference for the maintenance and repair of asphalt pavement，in order to extend the service life of the pavement，improve driving safety and comfort.

Keywords：highways；asphalt pavement；cover repair materials；crack resistance test；universal servo hydraulic testing machine

在高速公路網絡中，瀝青路面因其優良的行車舒適性和耐久性而被廣泛應用。然而，隨著使用年限的增加，青石路面易開裂，嚴重影響了道路的正常使用。為了確保高速公路的暢通和安全，對瀝青路面破損、裂縫進行及時修補至關重要。在修補過程中，選擇合適的修補材料、確定其摻量是關鍵，尤其是材料的抗裂性能[1]。高速公路瀝青路面罩面修補材料的抗裂性能是決定修補質量好壞的關鍵因素之一。抗裂性能良好的材料能有效地抵抗裂縫的進一步擴展，保持路面的完整性。然而，由于高速公路所處的環境復雜多變，如溫度變化、濕度差異、車輛載荷等，對修補材料的抗裂性能提出了更高的要求[2-3]。為了深入了解各種修補材料的抗裂性能，本研究采用試驗的方法，對不同瀝青路面罩面修補材料進行了系統的測試和分析。試驗涵蓋了材料的基本性能、黏結強度、耐久性等多個方面，力求全面評估材料的抗裂性能。希望通過本次研究，提高高速公路瀝青路面裂縫修補效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本次罩面修補材料制備需要應用水泥、乳化瀝青、玄武纖維等材料，具體如下。

1） 水泥

本試驗選用天瑞牌普通硅酸鹽水泥P.O 42.5修補材料[4]，使其在材料中承擔促進材料凝結硬化、提高材料強度和耐久性的作用。為了確保試驗結果的準確性和可靠性，對水泥摻量進行了嚴格的控制，其僅為集料質量的5%。對水泥性能指標進行檢測，結果見表1。

2） 集料

①粗集料指顆粒直徑gt;4.75 mm的碎（礫）石。在水泥混合料中，粗集料起到了重要的力學支撐作用，其性能對整個混合料的力學性能產生深遠的影響。因此，對粗集料的選擇必須謹慎，確保其質量。優質的粗集料應潔凈、光亮，并始終保持干燥狀態，這樣的集料不僅能確保混合料的穩定性[5]，還能提高路面的耐久性。為了滿足工程需求，粗骨料還應具有明顯的棱角，不僅可以增強骨料間的嵌擠作用，提高混合料的穩定性，還有助于提高路面的抗車轍性能。本文所選擇的集料最大粒徑為31.5 mm，此規格粒徑可以確保集料在混合料中起到良好的支撐作用，并滿足高速公路瀝青路面的施工要求。為了進一步驗證所選粗集料的質量，根據《公路工程集料試驗規程》JTG E 42—2005對其進行了詳細的檢測。檢測內容包括含泥量、針片狀含量和壓碎值，檢測結果詳見表2。

②細集料指的是粒徑lt;4.75 mm的集料，常見于天然砂或機制砂中。在瀝青混合料中，細集料與粗骨料按照一定的比例搭配，能夠獲得更高的密實度和更強的嵌鎖力。對于水泥穩定碎石而言，細集料主要起到填充作用，有助于提高整個結構的穩定性[6]。石屑是最佳的細集料選擇，但由于供應緊張，往往會選擇砂或礦粉替代。本試驗選用了鄭州市鄭發市政公司的粒徑在0 mm～2.36 mm之間的河沙和礦粉。為了進一步驗證所選細集料的質量，根據《公路工程集料試驗規程》JTG E 42—2005對其進行了詳細的檢測。檢測內容包括細度模數、含泥量、空隙率等關鍵指標，檢測結果詳見表3。

③乳化瀝青是由瀝青、水、乳化劑和穩定劑按照一定的比例混合而成，本次選取中海油70號B級基質瀝青進行配置，得到高固含量的乳化瀝青，并按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》對各組瀝青蒸發殘留物進行性能檢測[7]，得到乳化瀝青性能指標見表4。

④玄武巖纖維，本次試驗選玄武巖纖維作為外加材料，其特性包括低回潮率、出色的耐高低溫性能及優良的抗拉性能等，其性能指標見表5。

1.2 試驗試件制備

依據上述檢測結果可完成修復材料配合比設計，具體見表6。

在按照設計的配合比稱取材料后，先將模具（包括圓筒鋼模、底座墊塊和套模）和材料一同放入烘箱內加熱4 h以上。待試模從烘箱中取出后，仔細清潔試模內壁、墊塊和套模，再將離型劑均勻地涂在內壁上。然后，把制備好的乳化瀝青拌合料放入試模中，使用預熱過的刮刀進行插搗，確保材料密實，使乳化瀝青混合料的頂面呈現微凸的弧形[8-9]，整個操作過程需在1.5 min內完成。接下來，對試樣進行壓實作業。根據馬歇爾標準壓實次數應按壓實試驗試樣的密度進行計算。完成擊實后，將裝有乳化瀝青混合料的試模固定在擊實儀的平臺上，進行進一步擊實[10]。壓實結束后，將試樣在室溫下自然冷卻并取出。脫模后的試件需靜置24 h，再進行其他相關試驗。試驗使用的脫模劑是由丙三醇和滑石粉按2：1的比例混合制成。對于成型的試件，應根據相關規范進行檢查，其尺寸應為250 mm×120 mm×150 mm，試件孔隙率應lt;6%。對于不合格的試件，應重新制備。本次設計修補材料是采用填補挖槽的方式進行路面修復，即先將裂縫周圍的損壞材料挖除，并清理干凈，然后將修補材料填充進挖槽中。為使其與舊路面進行充分結合，在填充前，需在新修復部分的底部涂抹黏結劑以增強新舊材料之間的附著力，防止新舊路面之間的脫離，在填補過程中，確保填補材料充分填滿挖槽，且與舊路面表面平齊，使用壓實工具將填補材料壓實，使其與舊路面緊密結合。

1.3 試驗方案設計

評估高速公路瀝青路面裂縫修補材料的抗裂性能，采用萬能伺服液壓試驗機模擬實際路面復雜應力條件進行測試。試驗中，通過計算機操作系統控制伺服液壓試驗機，選擇位移加載模式以更好模擬材料實際受力情況。加載周期設為60 s，前50 s以0.5 mm/s速率加載，后10 s以0.05 mm/s速率加載，以接近真實受力條件，觀察材料性能變化及不同受力狀態下的表現，試件測試實物如圖1所示。

2 試驗結果分析

2.1 高溫穩定性能

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》，先檢驗試件的高溫穩定性，將試件置于恒溫環境中，使其達到并維持60 ℃的溫度，然后，利用伺服液壓試驗機在試件上施加0.7 MPa的穩定壓力。在此工況下，采用位移加載模式進行測試，測試結果顯示，所有修補材料的高溫穩定性均滿足規范要求。分析數據可知，摻加玄武巖纖維對修補材料的高溫穩定性有一定的影響。在標準荷載0.7 MPa和60 ℃工況下，隨著玄武巖纖維摻量的增加，動態穩定性表現并不是單調遞增或遞減的關系。從試驗結果來看，摻加玄武巖纖維10%時，動態穩定性能最好，為6 100次/mm；而當摻加15%時，動態穩定性降低到4 400次/mm；之后摻加18%，20%，30%時，動態穩定性分別為3 600次/mm，4 300次/mm，5 400次/mm。由此結果可以初步推斷，摻加玄武巖纖維對修補材料高溫穩定性的影響是非線性的，并不是摻量越多，動態穩定性越好。因此，在制備修補材料時，摻加玄武巖纖維為10%時，其動態穩定性能更好。

2.2 低溫抗裂性能

檢驗試件的低溫抗裂性能，將試件置于-15 ℃的低溫環境中，利用伺服液壓試驗機以50 mm/min的加載速度進行試驗，得到測試結果見表7。

在加載速度為50 mm/min，-15 ℃工況下開展5種修補材料的測試。試驗結果表明，當摻加10%玄武巖纖維時應用效果最優，其抗彎拉強度為11.56 MPa，最大彎拉應變為3 500 Re，彎曲勁度模量為3 300 MPa。這意味著在加載速度為50 mm/min，-15 ℃工況下，摻加10%玄武巖纖維后的修補材料具有較高的抗彎拉強度和彎曲勁度模量，能夠承受相對較大的應變并保持結構的穩定性，適合用于要求低溫抗裂特性的應用場景。

2.3 水穩定性能

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中的瀝青混合料凍融劈裂試驗要求，對5種修復材料進行了抗水破壞性能評估，得出試驗結果見表8。

分析表8數據可知，當摻加玄武巖纖維10%時，凍融后修補材料劈裂強度為1.28 MPa，劈裂強度比為84.24%，隨著玄武巖纖維含量的增加，雖然劈裂強度略有下降，但仍保持較高水平，劈裂強度比也基本保持穩定。然而，當玄武巖纖維摻量達到30%時，劈裂強度比開始顯著下降，這會影響修補材料的整體性能表現。綜上，當修補材料摻加玄武巖纖維10%時，材料應用性能得到最優，表現為較高的劈裂強度和相對穩定的劈裂強度比，更適合用于公路路面裂縫修補。

3 結語

為提高高速公路瀝青路面破損的修復效果，應尋找更優的修補材料。玄武巖纖維是從玄武巖礦石中提取出來的纖維，具有一定的拉伸強度和耐熱性能。將其添加到材料中可以增強材料強度和改善材料耐熱性能。本研究將該材料添加到高速公路瀝青路面裂縫修復材料之中，探究不同摻量下各種材料的應用性能。試驗結果表明，當玄武巖纖維添加含量為10%時，其動態穩定性為6 100次/mm，抗彎拉強度為11.56 MPa，最大彎拉應變為3 500 Re，彎曲勁度模量為3 300 MPa，凍融后修補材料劈裂強度為1.28 MPa，劈裂強度比為84.24%，應用效果更佳。

參 考 文 獻

[1]陳善祥，黃艷芳，姚勇，等.Superflex改性瀝青抗裂層混合料路用性能試驗研究[J].嘉應學院學報，2023，41（6）：64-67.

[2]郅曉，侯可，張迅，等.高摻量改性RAP熱再生瀝青混合料低溫抗裂性能宏微觀機理[J].北京工業大學學報，2023，49（11）：1190-1202.

[3]郭寅川，郝宸偉，郭漢，等.重冰凍區低溫-荷載耦合作用下玄武巖纖維瀝青路面的抗裂性能[J].中外公路，2023，43（3）：61-68.

[4]李小斌.再生膠/SBS復合改性瀝青再生混凝土抗裂性能研究[J].中外公路，2023，43（1）：221-226.

[5]陳春日.鋼橋面鋪裝環氧瀝青混凝土性能試驗分析[J].福建交通科技，2022（11）：43-46，55.

[6]李衛寧，王富強，鄧君.聚氨酯-石灰石粉復合改性瀝青抗高溫性能試驗研究[J].西部交通科技，2022（9）：9-10，104.

[7]李鑫，余紅杰.SBS/納米SiO2復合改性再生瀝青混合料抗裂性能研究[J].城市道橋與防洪，2021（7）：285-288.

[8]閆科偉，史小特，朱月風，等.基于DCT試驗和AHP的瀝青混合料抗裂性能綜合評價[J].河南理工大學學報（自然科學版），2021，40（1）：169-176.

[9]林增華，王鳳池.組合纖維瀝青混凝土的抗裂性能試驗[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2020，36（3）：500-506.

[10]肖田，李具文，閆利峰，等.鐵尾礦碎石瀝青混凝土的低溫抗裂性能試驗研究[J].黑龍江交通科技，2020，43（2）：16-18.

編輯：楊 洋