UHPC-SMA黏层材料动态力学参数研究

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作者所在团队在超高性能混凝土(UHPC)研发工作的基础上,提出钢桥轻型组合桥面体系,即:“钢面板+超高性能混凝土UHPC+表面层”的组合形式,该桥面系有效解决了钢桥面铺装早期破损及桥面疲劳开裂两大难题。UHPC与表面层层间的粘结问题是桥面铺装的主要技术难题,由于桥面承受的是行驶的车辆循环往复的动态荷载,动态加载的试验方法与静力试验方法相比,更符合实际情况,采用动态加载试验方法研究桥面结构层间粘结性能是必然趋势。本文为探究超高性能轻型组合桥面UHPC-SMA黏层材料动态力学性能,开展了基于DSR和UTM的沥青类黏层试样动态剪切流变试验和基于UTM的复合试件层间界面动态剪切试验研究,根据试验结果对比分析两种试验方法的差异,并通过时温等效原则,采用最小二乘绘制黏层材料动态力学参数主曲线和主曲线簇,主要得出如下结论:(1)DSR试验研究表明:常温下SBS改性沥青在较大频率范围内的复数模量大于沥青PG100,当温度高于45℃时,沥青PG100复数模量大于SBS改性沥青;沥青PG100比SBS改性沥青具备更好的高温稳定性;沥青PG100在常温下的疲劳性能明显比SBS改性沥青要好,而后者在高温条件下的疲劳性能优于前者。(2)UTM试验研究表明:温度升高、频率增大时,黏层材料动态模量减小,反之,动态模量增大;而相位角却随着温度的升高而变大,随着频率的增加而减小;黏层材料具有粘弹性材料动力响应特征。在相同温度、相同频率下,树脂202的动态模量明显高于沥青PG100,其相位角明显低于沥青PG100,且随着温度的升高这种现象越明显;60℃时,树脂202动态模量仍大于1.13MPa,而沥青PG100仅为0.15MPa左右;树脂202比沥青PG100具备更好的抗剪性能。UHPC-沥青面层黏层最不利工况为高温与低频;树脂202的高温稳定性系数大于沥青PG100,疲劳因子小于沥青PG100,说明202的高温稳定性和疲劳性能更优;夏季高温重交通路段建议采用树脂类黏层如树脂202等代替沥青类黏层。(3)两种试验方法对比分析表明:两种方式下的黏层沥青PG100的动态模量及相位角与温度频率的变化规律一致,相关性较好。整体而言,UTM剪切下的模量值大于DSR剪切下的模量值,说明经过碎石的撒布与SMA面层的摊铺碾压成型后的层间界面,其抗剪性能、界面刚度要比纯沥青试样大的多。(4)沥青PG100与树脂202黏层材料主曲线回归方程的拟合度优良。通过主曲线模型,不仅可以获得更宽频率(时间)范围内的材料特征,同时也可以预测黏层材料的寿命和长期使用性能,也为“钢-UHPC-SMA”轻型组合桥面的结构分析与设计提供了重要参数。
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