测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能的方法

摘要

本发明涉及一种测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能的方法，其在模拟试样中部预留缝隙，对试样中部施加荷载并通过位移传感器和应力传感器实时检测其荷载与跨中挠度，根据荷载‑跨中挠度曲线计算出钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面的断裂能Gf和界面的抗折强度ffb，本发明的试验方法所需设备简单便宜，测试方法简便易行，测试结果稳定可靠，采用界面断裂能和抗折强度可以准确的评价钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面的抗裂性能及裂缝的开展情况。

说明书

技术领域

本发明属于钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面评价技术领域，具体涉及一种测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能测试方法。

背景技术

由于钢板和环氧沥青混合料是两种不同的材料，在钢桥面板铺装过程中，道路的破坏通常发生在钢板和环氧沥青混合料的铺装界面。钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面中抗裂性能的存在显著地影响路面的使用寿命和服务水平。

钢板和环氧沥青混合料铺装界面开裂后，重复的交通荷载在温度等外界各种因素的作用下产生裂缝尖端处的应力集中，造成大面积开裂。一方面破坏了结构的整体性和连续性，另一方面会促使裂缝进一步发展，在雨水的冲刷下会使钢板锈蚀从而缩短路面的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能测试方法，克服了将界面层和铺装层作为一个整体的研究方法，从而忽略界面层本身的力学特性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能的方法，方法步骤如下：

步骤1、环氧沥青混合料铺装铺设在待测钢桥面板顶面，将待测钢桥面板与环氧沥青混合料铺装制备成长方体梁试件，在待测钢桥面板与环氧沥青混合料铺装的界面处预留缝隙，所述预留缝隙的留设方向为在环氧沥青混合料铺装层上自长方体梁试件的任意一条边向其中心方向留缝，浇筑长方体梁试件完成脱模后，在0～60℃环境下保温60±5min。

步骤2、将长方体梁试件设有预留缝隙的边所在的平面作为底面，竖直放置，在待测钢桥面板的底面中心与环氧沥青混合料铺装的底面中心分别设有支座。

步骤3、利用MTS伺服液压系统对长方体梁试件的顶面界面处施加集中荷载，加载速率为0.5～2mm/min，预留缝隙顶面向上产生裂缝。

步骤4、MTS伺服液压系统实时采集荷载和跨中挠度，直到长方体梁试件被劈裂成两半。

步骤5、确定测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能，即断裂能G_f和抗折强度f_fb：

根据步骤4中采集到的荷载和跨中挠度，以跨中挠度为横轴，荷载为纵轴，作出荷载-跨中挠度曲线，计算跨中挠度从0至CTOD区间与荷载-跨中挠度曲线围成的面积，即为钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面的断裂能G_f，公式如下：

其中，ω₀为荷载-挠度(P-δ)全曲线下的面积，单位为N·mm；N₁为两胯间长方体梁试件的实际重量，单位为N，δ_max为长方体梁试件破坏时加载点的挠度，单位为mm，取P-δ曲线中的最大挠度；A_lig为产生的裂缝面积，单位为mm²，所述裂缝面积为裂缝底边长度乘以裂缝开展深度。

钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面的抗折强度f_fb计算公式如下：

其中，P_max加载时测得的最大荷载，单位为N，N₂为长方体梁试件的实际重量，单位为N，l为长方体梁试件的长，单位为mm；b为长方体梁试件的宽，即为裂缝底边长度，单位为mm；d为长方体梁试件的高，单位为mm，a₀为长方体梁试件的预留裂缝深度，单位为mm。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：通过研究铺装结构界面层的力学行为特性，得到界面层对整个结构的影响，试验方法所需设备简单便宜，测试方法简便易行，测试结果稳定可靠。

附图说明

图1为本发明测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能的方法流程图。

图2为本发明长方体梁试件示意图。

图3为本发明长方体梁试件加载状态示意图。

图4为荷载-跨中挠度(P-δ)曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图3，一种测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能的方法，方法步骤如下：

步骤1、环氧沥青混合料铺装铺设在待测钢桥面板顶面，将待测钢桥面板与环氧沥青混合料铺装制备成长方体梁试件，在待测钢桥面板与环氧沥青混合料铺装的界面处预留缝隙，所述预留缝隙的留设方向为在环氧沥青混合料铺装层上自长方体梁试件的任意一条边向其中心方向留缝，浇筑长方体梁试件完成脱模后，在0～60℃环境下保温60±5min。

步骤2、将长方体梁试件设有预留缝隙的边所在的平面作为底面，竖直放置，竖直方向即为长方体梁试件的高度方向，在待测钢桥面板的底面中心与环氧沥青混合料铺装的底面中心分别设有支座。测量长方体梁试件的几何尺寸并计算N₁和N₂的值。

步骤3、利用MTS伺服液压系统对长方体梁试件的顶面界面处施加集中荷载，加载速率为0.5～2mm/min，预留缝隙顶面向上产生裂缝。

步骤4、MTS伺服液压系统实时采集荷载和跨中挠度，直到长方体梁试件被劈裂成两半。

步骤5、确定测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能，即断裂能G_f和抗折强度f_fb：

根据步骤4中采集到的荷载和跨中挠度，以跨中挠度为横轴，荷载为纵轴，作出荷载-跨中挠度曲线，计算跨中挠度从0至CTOD区间与荷载-跨中挠度曲线围成的面积，即为钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面的断裂能G_f，公式如下：

其中，ω₀为荷载-挠度(P-δ)全曲线下的面积，单位为N·mm；N₁为两胯间长方体梁试件的实际重量，单位为N，δ_max为长方体梁试件破坏时加载点的挠度，单位为mm，取P-δ曲线中的最大挠度；A_lig为产生的裂缝面积，单位为mm²，所述裂缝面积为裂缝底边长度乘以裂缝开展深度。

钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面的抗折强度f_fb计算公式如下：

其中，P_max加载时测得的最大荷载，单位为N，N₂为长方体梁试件的实际重量，单位为N，l为长方体梁试件的长，单位为mm；b为长方体梁试件的宽，即为裂缝底边长度，单位为mm；d为长方体梁试件的高，单位为mm，a₀为长方体梁试件的预留裂缝深度，单位为mm。

所述预留缝隙的深度a₀与长方体梁试件的高度d之间满足：a₀/d≤0.1。

实施例1

结合图1～图4，一种测试钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面抗裂性能的方法，方法步骤如下：

步骤1、将待测试的环氧沥青混合料缓慢加热后倒入模具中成型，浇筑完成后放置室温冷却，达到脱模条件时，拆掉模具，将试件从中转移出来，得到单侧边缘预留缝隙的长方体梁试件，如图2所示，脱模后将试样放入达到实验温度的恒温箱中，在45℃内恒温保持60min。钢桥面板与铺装界面的粘结材料使用If型环氧沥青，其主要技术性能如表1所示。

表1 粘结材料技术性能

沥青铺装采用环氧沥青混合料，结合料为V型环氧沥青，油石比为6.5％，试件空隙率为2.2％。环氧沥青混合料的级配见表2。

表2 沥青混合料级配

步骤2、将长方体梁试件设有预留缝隙的边所在的平面作为底面，竖直放置，竖直方向即为长方体梁试件的高度方向，用游标卡尺测量长方体梁试件的几何尺寸并计算N₁和N₂的值。

步骤3、利用MTS伺服液压系统对长方体梁试件的顶面界面处施加集中荷载，加载速率为0.5mm/min，预留缝隙顶面向上产生裂缝，如图3所示。

步骤4、MTS伺服液压系统的应力位移传感器实时采集荷载和长方体梁试件跨中的挠度并将测得的数据传给计算机，应力传感器和位移传感器的传递时间为0.5s，传感器的测试精度为99％，直到长方体梁试件断裂成两半。

步骤5、计算机根据步骤4记录的荷载和跨中挠度，以跨中挠度为横轴，荷载为纵轴，做出荷载-跨中挠度曲线，计算跨中挠度从0至CTOD区间与荷载-跨中挠度曲线围成的面积即为钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面的断裂能G_f，计算公式如下：

其中，ω₀为荷载-挠度(P-δ)全曲线下的面积，单位为N·mm；N₁为两胯间长方体梁试件的实际重量，单位为N，δ_max为长方体梁试件破坏时加载点的挠度，单位为mm，取P-δ曲线中的最大挠度；A_lig为产生的裂缝面积，单位为mm²，所述裂缝面积为裂缝底边长度乘以裂缝开展深度。

界面的抗折强度f_fb计算公式如下：

其中，P_max加载时测得的最大荷载，单位为N，N₂为长方体梁试件的实际重量，单位为N，l为长方体梁试件的长，单位为mm；b为长方体梁试件的宽，即为裂缝底边长度，单位为mm；d为长方体梁试件的高，单位为mm，a₀为长方体梁试件的预留裂缝深度，单位为mm。

从而确定出钢桥面板与环氧沥青混合料铺装界面的抗裂性能。