本發(fā)明屬于鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面評價技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測試鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面抗裂性能測試方法。

背景技術(shù)：

由于鋼板和環(huán)氧瀝青混合料是兩種不同的材料，在鋼橋面板鋪裝過程中，道路的破壞通常發(fā)生在鋼板和環(huán)氧瀝青混合料的鋪裝界面。鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面中抗裂性能的存在顯著地影響路面的使用壽命和服務(wù)水平。

鋼板和環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面開裂后，重復(fù)的交通荷載在溫度等外界各種因素的作用下產(chǎn)生裂縫尖端處的應(yīng)力集中，造成大面積開裂。一方面破壞了結(jié)構(gòu)的整體性和連續(xù)性，另一方面會促使裂縫進(jìn)一步發(fā)展，在雨水的沖刷下會使鋼板銹蝕從而縮短路面的使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種測試鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面抗裂性能測試方法，克服了將界面層和鋪裝層作為一個整體的研究方法，從而忽略界面層本身的力學(xué)特性。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種測試鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面抗裂性能的方法，方法步驟如下：

步驟1、環(huán)氧瀝青混合料鋪裝鋪設(shè)在待測鋼橋面板頂面，將待測鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝制備成長方體梁試件，在待測鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝的界面處預(yù)留縫隙，所述預(yù)留縫隙的留設(shè)方向為在環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層上自長方體梁試件的任意一條邊向其中心方向留縫，澆筑長方體梁試件完成脫模后，在0～60℃環(huán)境下保溫60±5min。

步驟2、將長方體梁試件設(shè)有預(yù)留縫隙的邊所在的平面作為底面，豎直放置，在待測鋼橋面板的底面中心與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝的底面中心分別設(shè)有支座。

步驟3、利用MTS伺服液壓系統(tǒng)對長方體梁試件的頂面界面處施加集中荷載，加載速率為0.5～2mm/min，預(yù)留縫隙頂面向上產(chǎn)生裂縫。

步驟4、MTS伺服液壓系統(tǒng)實時采集荷載和跨中撓度，直到長方體梁試件被劈裂成兩半。

步驟5、確定測試鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面抗裂性能，即斷裂能G_f和抗折強(qiáng)度f_fb：

根據(jù)步驟4中采集到的荷載和跨中撓度，以跨中撓度為橫軸，荷載為縱軸，作出荷載-跨中撓度曲線，計算跨中撓度從0至CTOD區(qū)間與荷載-跨中撓度曲線圍成的面積，即為鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面的斷裂能G_f，公式如下：

其中，ω₀為荷載-撓度(P-δ)全曲線下的面積，單位為N·mm；N₁為兩胯間長方體梁試件的實際重量，單位為N，δ_max為長方體梁試件破壞時加載點的撓度，單位為mm，取P-δ曲線中的最大撓度；A_lig為產(chǎn)生的裂縫面積，單位為mm²，所述裂縫面積為裂縫底邊長度乘以裂縫開展深度。

鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面的抗折強(qiáng)度f_fb計算公式如下：

其中，P_max加載時測得的最大荷載，單位為N，N₂為長方體梁試件的實際重量，單位為N，l為長方體梁試件的長，單位為mm；b為長方體梁試件的寬，即為裂縫底邊長度，單位為mm；d為長方體梁試件的高，單位為mm，a₀為長方體梁試件的預(yù)留裂縫深度，單位為mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：通過研究鋪裝結(jié)構(gòu)界面層的力學(xué)行為特性，得到界面層對整個結(jié)構(gòu)的影響，試驗方法所需設(shè)備簡單便宜，測試方法簡便易行，測試結(jié)果穩(wěn)定可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明測試鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面抗裂性能的方法流程圖。

圖2為本發(fā)明長方體梁試件示意圖。

圖3為本發(fā)明長方體梁試件加載狀態(tài)示意圖。

圖4為荷載-跨中撓度(P-δ)曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1至圖3，一種測試鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面抗裂性能的方法，方法步驟如下：

步驟1、環(huán)氧瀝青混合料鋪裝鋪設(shè)在待測鋼橋面板頂面，將待測鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝制備成長方體梁試件，在待測鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝的界面處預(yù)留縫隙，所述預(yù)留縫隙的留設(shè)方向為在環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層上自長方體梁試件的任意一條邊向其中心方向留縫，澆筑長方體梁試件完成脫模后，在0～60℃環(huán)境下保溫60±5min。

步驟2、將長方體梁試件設(shè)有預(yù)留縫隙的邊所在的平面作為底面，豎直放置，豎直方向即為長方體梁試件的高度方向，在待測鋼橋面板的底面中心與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝的底面中心分別設(shè)有支座。測量長方體梁試件的幾何尺寸并計算N₁和N₂的值。

步驟3、利用MTS伺服液壓系統(tǒng)對長方體梁試件的頂面界面處施加集中荷載，加載速率為0.5～2mm/min，預(yù)留縫隙頂面向上產(chǎn)生裂縫。

步驟4、MTS伺服液壓系統(tǒng)實時采集荷載和跨中撓度，直到長方體梁試件被劈裂成兩半。

步驟5、確定測試鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面抗裂性能，即斷裂能G_f和抗折強(qiáng)度f_fb：

根據(jù)步驟4中采集到的荷載和跨中撓度，以跨中撓度為橫軸，荷載為縱軸，作出荷載-跨中撓度曲線，計算跨中撓度從0至CTOD區(qū)間與荷載-跨中撓度曲線圍成的面積，即為鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面的斷裂能G_f，公式如下：

其中，ω₀為荷載-撓度(P-δ)全曲線下的面積，單位為N·mm；N₁為兩胯間長方體梁試件的實際重量，單位為N，δ_max為長方體梁試件破壞時加載點的撓度，單位為mm，取P-δ曲線中的最大撓度；A_lig為產(chǎn)生的裂縫面積，單位為mm²，所述裂縫面積為裂縫底邊長度乘以裂縫開展深度。

鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面的抗折強(qiáng)度f_fb計算公式如下：

其中，P_max加載時測得的最大荷載，單位為N，N₂為長方體梁試件的實際重量，單位為N，l為長方體梁試件的長，單位為mm；b為長方體梁試件的寬，即為裂縫底邊長度，單位為mm；d為長方體梁試件的高，單位為mm，a₀為長方體梁試件的預(yù)留裂縫深度，單位為mm。

所述預(yù)留縫隙的深度a₀與長方體梁試件的高度d之間滿足：a₀/d≤0.1。

實施例1

結(jié)合圖1～圖4，一種測試鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面抗裂性能的方法，方法步驟如下：

步驟1、將待測試的環(huán)氧瀝青混合料緩慢加熱后倒入模具中成型，澆筑完成后放置室溫冷卻，達(dá)到脫模條件時，拆掉模具，將試件從中轉(zhuǎn)移出來，得到單側(cè)邊緣預(yù)留縫隙的長方體梁試件，如圖2所示，脫模后將試樣放入達(dá)到實驗溫度的恒溫箱中，在45℃內(nèi)恒溫保持60min。鋼橋面板與鋪裝界面的粘結(jié)材料使用If型環(huán)氧瀝青，其主要技術(shù)性能如表1所示。

表1 粘結(jié)材料技術(shù)性能

瀝青鋪裝采用環(huán)氧瀝青混合料，結(jié)合料為V型環(huán)氧瀝青，油石比為6.5％，試件空隙率為2.2％。環(huán)氧瀝青混合料的級配見表2。

表2 瀝青混合料級配

步驟2、將長方體梁試件設(shè)有預(yù)留縫隙的邊所在的平面作為底面，豎直放置，豎直方向即為長方體梁試件的高度方向，用游標(biāo)卡尺測量長方體梁試件的幾何尺寸并計算N₁和N₂的值。

步驟3、利用MTS伺服液壓系統(tǒng)對長方體梁試件的頂面界面處施加集中荷載，加載速率為0.5mm/min，預(yù)留縫隙頂面向上產(chǎn)生裂縫，如圖3所示。

步驟4、MTS伺服液壓系統(tǒng)的應(yīng)力位移傳感器實時采集荷載和長方體梁試件跨中的撓度并將測得的數(shù)據(jù)傳給計算機(jī)，應(yīng)力傳感器和位移傳感器的傳遞時間為0.5s，傳感器的測試精度為99％，直到長方體梁試件斷裂成兩半。

步驟5、計算機(jī)根據(jù)步驟4記錄的荷載和跨中撓度，以跨中撓度為橫軸，荷載為縱軸，做出荷載-跨中撓度曲線，計算跨中撓度從0至CTOD區(qū)間與荷載-跨中撓度曲線圍成的面積即為鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面的斷裂能G_f，計算公式如下：

其中，ω₀為荷載-撓度(P-δ)全曲線下的面積，單位為N·mm；N₁為兩胯間長方體梁試件的實際重量，單位為N，δ_max為長方體梁試件破壞時加載點的撓度，單位為mm，取P-δ曲線中的最大撓度；A_lig為產(chǎn)生的裂縫面積，單位為mm²，所述裂縫面積為裂縫底邊長度乘以裂縫開展深度。

界面的抗折強(qiáng)度f_fb計算公式如下：

其中，P_max加載時測得的最大荷載，單位為N，N₂為長方體梁試件的實際重量，單位為N，l為長方體梁試件的長，單位為mm；b為長方體梁試件的寬，即為裂縫底邊長度，單位為mm；d為長方體梁試件的高，單位為mm，a₀為長方體梁試件的預(yù)留裂縫深度，單位為mm。

從而確定出鋼橋面板與環(huán)氧瀝青混合料鋪裝界面的抗裂性能。