高分子抗裂贴拉伸强度特性试验研究

孙 慧，刘 军，童 军

( 长江科学院 水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉 430010 )

高分子抗裂贴拉伸强度特性试验研究

孙 慧，刘 军，童 军

( 长江科学院 水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉 430010 )

高分子抗裂贴能有效抵抗层间裂缝处拉应力，限制裂缝宽度发展，对沥青路面局部结构层可起到加筋的作用。考虑抗裂贴试样不同宽度、不同拉伸速率、不同夹持标距以及不同表层土工织物对其拉伸特性的影响，采用微机控制电子万能试验机对其进行了试验研究。试验结果表明：抗裂贴试样随着宽度的增长，拉伸强度逐渐减小且变化显著；随着拉伸速率的不断增加，抗裂贴的拉伸强度逐渐增大；夹持标距对抗裂贴拉伸强度的影响规律性不明显；表层土工织物的性质对抗裂贴的拉伸强度影响较大。

抗裂贴；拉伸特性；表层土工织物；拉伸强度；夹持标距

1 研究背景

水泥混凝土路面加铺沥青层结构后，受行车荷载、温度变化、地基变形等作用，路面会产生各种形式的裂缝。裂缝破坏了路面的连续性和整体性，当雨水从裂缝处不断进入路面后会使道路基层甚至路基软化，从而导致路面承载力下降，在行车荷载作用下，产生冲刷和挤浆现象，这种现象往往会使裂缝附近的沥青混凝土面层碎裂、沉陷，严重影响沥青路面的耐久性，并加速其破坏[1]。高分子抗裂贴作为水泥路面沥青加铺层的新型防裂材料，能够有效地延缓与防治沥青混凝土加铺层反射裂缝的产生[2]。抗裂贴是由沥青基的高分子聚合物、胎基、土工织物、 隔离膜等经过专用机器设备挤压复合而成的具有自粘性的抗裂、防水带状材料[3]。与其他土工防裂材料相比，是一种劲度模量低、抗变形能力强、粘贴牢固、便于施工、价格适宜的优质抗裂材料，具有良好的应用前景。高分子抗裂贴能有效抵抗层间裂缝处拉应力，限制裂缝宽度发展，对沥青路面局部结构层可起到加筋的作用。近年来，一些学者[4-8]对土工格栅的力学特性进行了大量的试验研究，而对抗裂贴的研究则较少。为此本文选取高分子抗裂贴开展了拉伸强度特性试验研究。

2 高分子抗裂贴拉伸强度特性试验

2.1 试验仪器

本试验采用长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室的微机控制电子万能试验机。该设备配备全数字测量控制系统及计算机系统，可实现土工合成材料的拉伸试验，配备相应的夹具后可完成土工合成材料的剪切、剥离、撕裂、握持、顶破、刺破等力学性能试验。拉力由拉力传感器测读，数据采集和处理由单片机自动控制，可自动判断峰值。

2.2 试样制备

将试样平铺在裁样桌上，在离试样边缘100 mm处依据试验设计要求裁剪试样，剪切边缘应整齐，试样表面应平整，不允许有孔洞、缺边和裂口。试验前先将试样置于湿度(65±2)%、温度(20±2)℃的试样室中静置24 h。

2.3 试验方案

为研究抗裂贴拉伸特性，依据《土工合成材料测试规程》[9]、《土工合成材料长丝机织土工布》[10]和《土工合成材料短纤针刺非织造土工布》[11]等规定，考虑抗裂贴试样不同宽度、不同拉伸速率、不同长度以及不同表层土工织物对拉伸强度的影响，采用微机控制电子万能试验机分别对几组试样进行了拉伸试验。第1组试验主要比较分析了试样在标距100 mm、拉伸速率20 mm/min条件下，宽度分别为30，50，70，150 mm时抗裂贴的拉伸强度；第2组试验主要比较分析了试样在宽度50 mm、标距100 mm条件下，拉伸速率分别为20，50，100，150，200 mm/min时抗裂贴的拉伸强度；第3组试验主要比较分析了试样在宽度为50 mm、拉伸速率100 mm/min条件下，夹持标距分别为50，100，200,300 mm时抗裂贴的拉伸强度；第4组试验主要比较分析了试样在宽度50 mm、标距100 mm、拉伸速率100 mm/min条件下，试样表层土工织物分别为机织土工布和聚酯玻纤布2种材料时抗裂贴的拉伸强度。其中，第1组、第2组和第3组试样的表层织物均为聚酯玻纤布。具体试验方案如表1所示。

表1 抗裂贴拉伸强度特性试验方案Table 1 Schemes of tensile strength test of anti-crack paste

3 抗裂贴拉伸强度特性影响因素分析

3.1 宽度的影响

从图1(a)的抗裂贴荷载-变形曲线可以看出，曲线有明显的屈服点，拉力到达峰值后材料发生断裂，一定标距条件下宽度对峰值拉力的影响较明显，随着宽度的不断增长，峰值拉力逐渐变大。变形达到6 mm左右，试样中沥青达到峰值应力，发生破坏。图1(b)为试样宽度和拉伸强度的关系曲线，从图1(b)可以看出，宽度<70 mm的试样拉伸强度变化不大;宽度>70 mm的试样随着宽度的增长，其拉伸强度逐渐减小且变化显著;当宽度为150 mm，拉伸速率为20 mm/min时，拉伸强度较低，<10 kN/m。

图1 抗裂贴宽度对拉伸强度的影响Fig.1 Influence of width on the tensile strength of anti-crack paste

3.2 拉伸速率的影响

从图2(a)中可以看出，试样在宽度50 mm、标距100 mm条件下，随着拉伸速率的逐渐增大，峰值拉力逐渐增大，但是不同拉伸速率对应的峰值应力相差不大。试验中最小拉伸速率20 mm/min对应的峰值拉力为626.54 N，最大拉伸速率200 mm/min对应的峰值拉力为764.75 N。图2(b)为不同拉伸速率对应的拉伸强度曲线，从图2(b)中可以看出，随着拉伸速率的不断增加，抗裂贴的拉伸强度逐渐增大。拉伸速率较低时，拉伸强度增长比较缓慢，曲线比较平缓；当拉伸速率达到100 mm/min以后，拉伸强度随着拉伸速率的增大，增长比较明显，曲线逐渐变得陡峭。

图2 拉伸速率对抗裂贴拉伸强度的影响Fig.2 Influence of tensile rate on the tensile strength of anti-crack paste

图3 夹持标距对抗裂贴拉伸强度的影响Fig.3 Influence of clamping distance on the tensile strength of anti-crack paste

3.3 夹持标距的影响

图3(a)给出了不同夹持标距对应的峰值应力，从图3(a)中可以看出：在试样宽度和拉伸速率一定的条件下，夹持标距100 mm对应的峰值拉力最小，标距50 mm对应的峰值拉力最大；随着夹持标距的增长，抗裂贴试样的变形逐渐增大。从图3(b)中可以看出，夹持标距对抗裂贴拉伸强度的影响规律性不明显，当夹持标距为100 mm时，对应的拉伸强度最小,为15 kN/m。

3.4 表层土工织物的影响

抗裂贴表层土工织物一般选用聚酯玻纤布和有纺机织土工布2种材料。图4为这2种表层土工织物在宽度为50 mm、标距为100 mm、拉伸速率100 mm/min条件下的荷载与变形关系曲线。从图4中可知，表层织物为聚酯玻纤布的抗裂贴的荷载和变形都比较小，且屈服破坏后，逐渐丧失受荷能力；而有纺机织土工布的抗裂贴在达到沥青峰值拉力破坏后，由于表层覆盖有纺机织土工布，抗裂贴仍然具有受荷能力，且远大于之前的承载能力。这是因为抗裂贴中沥青的拉伸强度远小于其表层的有纺机织土工布，沥青屈服破坏后，表层土工织物仍具备较强的承载能力。

图4 不同表层织物的抗裂贴荷载和变形关系曲线Fig.4 Curvesofloadvs.deformationofanti-crackpastewithdifferentsurfacefabrics

4 结 论

通过以上分析研究，可得出以下结论：

(1) 一定标距条件下宽度对抗裂贴峰值拉力的影响较明显，随着宽度的不断增长，峰值拉力逐渐变大。抗裂贴试样随着宽度的增长，拉伸强度逐渐减小且变化显著。

(2) 随着拉伸速率的不断增加，抗裂贴的拉伸强度逐渐增大。

(3) 夹持标距100 mm对应的峰值拉力最小，随着夹持标距的增长，抗裂贴试样的变形逐渐增大。夹持标距对抗裂贴拉伸强度的影响规律性不明显。

(4) 表层土工织物对抗裂贴的承载能力影响较大，因为表层织物材料的性质，可使抗裂贴的拉伸强度达到设计需要的值，且能提高抗裂贴的柔韧性和延展性。

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(编辑：陈 敏)

Tensile Strength Properties of High Polymer Anti-crack Paste

SUN Hui, LIU Jun, TONG Jun

(Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources,Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China)

High polymer anti-crack paste could reinforce local structural layer of asphalt pavement by effectively resisting the tensile stress at the crack of the layer and controlling the crack width. In this article, the influences of width, tensile rate, clamping distance and surface fabric on the tensile properties of crack paste samples were studied with electronic universal testing machine controlled by microcomputer. Results showed that the tensile strength of polymer anti-crack paste decreased and changed remarkably with the increase of width, but increased gradually with the increase of tensile rate. Clamping distance had no obvious regular effect on the tensile strength of the crack paste; while the properties of surface fabric had large impact on the tensile strength of the crack paste.

anti-crack paste; tensile properties; surface fabric；tensile strength；clamping distance

2016-08-03；

2016-11-21

“十二五”国家科技支撑计划课题项目(2015BAB07B04)；中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF2016044/YT，CKSF2014060/YT)；水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室开放基金项目(YK914023)

孙 慧(1980-)，女，湖北随州人，高级工程师，博士，主要研究方向为环境岩土工程，(电话)027-82820427(电子信箱)sunhui_hust@126.com。

10.11988/ckyyb.20161013

TU411

A

1001-5485(2017)02-0005-03

2017,34(2):5-7