摘要
浇注式沥青混合料在施工过程中，采用多幅摊铺的方式进行施工，这就导致在施工过程中会存在多条纵向冷接缝。选取3类典型接缝处治材料，即沥青贴缝条、灌缝料和热熔改性沥青，对黏结性能、拉伸疲劳性能和施工工艺进行研究。通过研究发现，灌缝料和热融改性沥青作为新型接缝材料具有较好的力学性能，其中以高弹改性沥青性能最为优异。
关键词
钢桥面铺装
浇注式沥青混合料
接缝材料
黏结强度
拉伸疲劳性能
浇注式沥青混合料在施工过程中，采用多幅摊铺的方式进行施工，每幅的宽度为5~7m。当一幅浇注式沥青混合料施工完、温度降至常温后，才能施工另外一幅，这就导致在施工过程中会存在多条纵向冷接缝[1，2]。钢结构的震动以及车辆荷载引起的钢桥面板的局部变形会导致钢桥面铺装反复出现弯曲变形，在纵向冷接缝的位置也就会出现反复拉伸，会导致纵向冷接缝位置出现比较大的应力集中，极易出现开裂。但在实施过程中，采用沥青贴缝条进行接缝处治存在一些问题，主要表现为沥青贴缝条的黏结效果会逐渐失效[3]。
在本文中，采用两种类型沥青贴缝条、两种灌缝料以及两种沥青结合料进行对比试验，优选出浇注式沥青结合料纵向接缝材料。
接缝材料基本性能
沥青贴缝条
沥青贴缝条是浇注式沥青混合料纵向接缝中采用最为广泛的接缝材料。本文采用的沥青贴缝条都属于沥青基类的材料，两种贴缝条(图1)的性能测试结果见表1。
从试验结果来看，两种沥青贴缝条在材料性能上有较大的差别。在软化点上，两种沥青贴缝条相差不大，但在延度和弹性恢复率性能上，1号沥青贴缝条的性能要较2号沥青贴缝条的性能优异，具有更好的延展性。
灌缝料
本文的两种沥青灌缝料都是采用基质沥青、聚合物、合成橡胶、再生橡胶、树脂和UV抑制剂混合而成，按照应用特点分为低温型和高温型两种[4]，见表2和图2。
从灌缝料的材料性能来看，两种材料在性能上的差异还是比较明显的。灌缝料1号(系列)具有较好的延展性，适合应用在冬季比较寒冷地区，灌缝料2号(AR系列)则适合应用在冬季气温较高的地区。
热融改性沥青
热熔改性沥青一般具有优异的性能，在沥青路面施工中往往会喷涂在施工缝侧面，作为接缝材料使用。本文采用的分别是高弹改性沥青和聚合物复合改性沥青。两种热融改性沥青性能测试结果如表3所示。
高弹改性沥青具有优异的延展性，在工程上也主要是用在面层SMA混合料中，以提高上面层混合料的抗疲劳开裂性能。聚合物改性沥青主要是用于浇注式沥青混合料中，为提高浇注式沥青混合料的高温性能而进行改性，其软化点较高。
接缝材料黏结性能
接缝材料的黏结性能表征两幅浇注式沥青混合料铺装层直接的结合强度，直接影响到浇注式沥青路面纵向接缝的结合效果，可保证铺装层的整体性。
试件成型
为了模拟浇注式沥青混合料实际施工过程中纵向接缝的形成过程，先后成型浇注式沥青混合料，在纵向接缝侧面涂刷或黏结接缝材料。试件制作过程如下。
(1)在室内采用车辙试模，按照浇注式沥青混合料的设计厚度3.5cm成型浇注式沥青混合料，将切割后一半的试件再装入车辙试模中，见图3。
(2)将贴缝条和不同用量的灌缝料、热融沥青沾贴或涂刷在试件侧面(图4)，将拌制好的浇注式沥青混合料铺装铺筑在另外一部分，模拟相邻侧浇注式沥青混合料铺装层摊铺，见图5。
(3)切割试件，见图6。在切割过程中，对边缘部分1cm内黏结效果较差的部分全部舍弃。每块测试试件的宽度保证在9.5~9cm之间。
黏结性能
在试验过程中，接缝组合试件宽度控制在9.5cm~9.0cm之间，厚度控制在3.3~3.6cm之间，采用万能试验机进行不同温度下的黏结强度测试，见图7。加载速率为10mm/min，测试结果见表4~表6。
从测试结果来看，不同温度条件下接缝组合结构的黏结强度变化规律并不一致。低温条件下采用热融改性沥青的黏结强度最大，常温和高温条件下采用贴缝条的接缝组合结构黏结强度最大，灌缝料和热融改性沥青的黏结强度相差不大。
从整体分布来看，接缝组合结构的黏结强度受温度的影响明显。随着温度的升高，接缝组合结构的黏结强度急剧下降，在60℃时的黏结强度在0.03~0.05MPa之间。而且温度越高，不同接缝材料之间的黏结强度差距在变小。这也说明3种接缝材料在高温条件下相互间优势并不明显。
疲劳拉伸性能
钢桥面铺装在施工过程中，受车辆荷载的作用，沥青铺装层会出现重复弯曲变形，浇注式沥青混合料纵向接缝则会受到反复拉伸变形作用，因此，需要研究不同接缝材料在一定位移下的疲劳失效效应。为了模拟接缝材料在反复拉伸变形作用下的疲劳性能，采用OVERTEST抗裂试验仪(图8)进行接缝组合结构试验。试验过程中，位移量为0.mm，试验频率采用1Hz，试验温度采用25℃，试验终止条件设定为加载次数为次或试验力衰减为初始试验力的3％。每种接缝材料进行3次平行试验。
在疲劳拉伸试验过程中，是采用位移为控制条件。每次加载过程中，试验输出值是达到0.mm位移量时的试验力。表7、图9~图14是各种接缝材料的疲劳拉伸试验加载次数与试验力的数据关系趋势图。
从试验结果来看，各种接缝材料在试验过程中，初始试验力都较拉拔试验的最大试验力大，这与疲劳试验时采用的速率有关。根据位移和加载时间计算，疲劳试验的加载速率为0.mm/s，而拉拔试验的加载速率为0.mm/s，加载速率过快，导致初始试验力偏大。
相对来看，采用灌缝材料和热融改性沥青作为接缝材料，其衰变的速率较采用贴缝条的小，残留试验力也较贴缝条的大。其中，高弹改性沥青作为接缝材料，其衰变速率最小，且残留试验力也是最大的。
热熔沥青类材料工艺研究
根据前述试验结果，浇注式沥青混合料接缝材料采用高弹改性沥青具有非常好的力学性能和疲劳性能，因此进一步研究热熔沥青类材料的施工工艺。
加热温度控制
采用热融改性沥青作为接缝材料时，必须保证改性沥青能在纵向施工缝侧面上形成一定厚度的沥青膜。但热融改性沥青的黏度受温度影响显著，因此，将高弹改性沥青加热到℃和℃两个温度，观察不同加热温度下施工缝侧面留存的沥青膜厚度，见图15、图16。
从高弹改性沥青在不同加热温度条件下的施工效果来看，当改性沥青加热到℃时，纵向接缝界面留存的沥青非常少，在施工过程中改性沥青很快就流淌在钢板基面上，无法形成具有一定厚度的沥青膜。当改性沥青加热到℃时，改性沥青会沿着界面缓慢流淌，在界面形成约2~3mm厚度的沥青膜，而且沥青膜均匀分布在接缝界面上。因此，在施工过程中，高弹改性沥青加热温度应为℃±5℃。
高温变形性能
一般钢桥面浇注式施工会选择气温较高的夏季。极端情况下夏季中午钢桥面板的温度可达到60℃以上[5]，而接缝材料在高温环境下会出现软化和变形，特别是黏附在纵向接缝垂直方向上的改性沥青会向下流淌，导致界面留存的改性沥青减少，影响接缝效果。
通过上述研究成果，将高弹改性沥青喷涂在纵向接缝界面，待改性沥青冷却后，在其底部画出一条白色基准线，通过测试在夏季高温条件下钢板表面的改性沥青边缘与基准线间的距离，评价和判断接缝材料的高温抗变形性能，见图17、图18。
通过在夏季连续3d的温度监测，大气温度约为37℃时，浇注式沥青混合料表面温度达63.3℃，侧面温度达58.8℃。在连续测试过程中，高弹改性沥青接缝材料边缘与基准白线间的距离变化值为0，表明在夏季高温的施工环境下，接缝材料具有良好的抗变形性能。
结语
通过本文对不同种类接缝材料的性能进行对比试验研究和工艺参数研究，得出以下结论：
(1)通过对6种接缝材料的黏结强度和疲劳拉伸性能进行对比可知，灌缝料和热融改性沥青作为新型接缝材料具有较好的力学性能，其中高弹改性沥青性能更为优异；
(2)通过施工效果观察和性能对比可知，采用高弹改性沥青作为接缝材料时，其采用量应控制为4~5kg/㎡，以纵向接缝界面留存2~3mm厚沥青膜、底部聚集有少量沥青为宜；
(3)施工过程中，高弹改性沥青加热温度应控制在℃左右，该材料满足夏季炎热环境下的使用要求。
全文完。首发于《公路》年12月第2期。添加主编