水工瀝青混凝土低溫收縮系數(shù)影響因素的試驗(yàn)研究

陳 華

福建船政交通職業(yè)學(xué)院 土木工程學(xué)院，福建 福州 350007

水工瀝青混凝土低溫收縮系數(shù)α 是分析瀝青混凝土防滲結(jié)構(gòu)低溫應(yīng)力中的主要參數(shù)，對(duì)使用瀝青混凝土防滲面板的水工建筑物來(lái)說(shuō)尤為重要，對(duì)其面板應(yīng)力影響差異也很大［1］。瀝青品種、含量以及溫度的變化對(duì)α 值的影響很大［2］。瀝青品種的技術(shù)指標(biāo)包括密度、延度、軟化點(diǎn)等。相對(duì)于道路瀝青混凝土，水工瀝青混凝土的瀝青含量較高，為了找出各因素對(duì)水工瀝青混凝土收縮系數(shù)α 值的影響，本文將對(duì)其進(jìn)行一系列的試驗(yàn)測(cè)定，以期取得一些有意義的結(jié)果，對(duì)實(shí)際工作產(chǎn)生有參考價(jià)值的依據(jù)。

1 試驗(yàn)原理及方法

1.1 試驗(yàn)方案的確定

結(jié)合實(shí)際，綜合考慮瀝青品種、瀝青含量以及環(huán)境溫度這三大因素，本文低溫段的線收縮系數(shù)包括以下幾個(gè)方面：

（1）選擇兩種不同含量的瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，研究它們對(duì)α值的影響；

（2）選擇3 種不同品種的瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，研究它們對(duì)α值的影響；

（3）研究不同溫度段對(duì)α值的影響，采用4 種升降溫方式來(lái)進(jìn)行研究：-30℃升溫至5℃；5℃降溫至-15℃；5℃降溫至-30℃；-15℃降溫至-30℃。而后計(jì)算出這4 種情況下的α值，并比較分析所測(cè)得的結(jié)果。

1.2 試驗(yàn)儀器

（1）高低溫箱：內(nèi)部尺寸100cm ×100cm ×100cm，溫控范圍+70℃～-50℃，誤差±0.5℃，降溫速度30℃/h。

（2）高精度位移傳感器：市面上常用的傳感器中，電感式的受溫度變化影響較小，因此，我們采用的也是這種電感式位移傳感器，精度值±1μm，量程0.1cm，比較穩(wěn)定，受溫度影響小，通過(guò)修正可使用。

（3）石英玻璃基準(zhǔn)棒：尺寸為20cm ×4cm×4cm，位移傳感器夾具和銦鋼量棒：尺寸為Φ0.8cm ×12cm。

（4）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

1.3 試驗(yàn)步驟

（1）采用擊實(shí)成型法制作板形試件，根據(jù)水工瀝青混凝土試驗(yàn)步驟，將試件鋸成20cm ×4cm×4cm 的長(zhǎng)方體，表面平整，并測(cè)定其孔隙率（≤3 %）、容重等。

（2）在常溫條件下測(cè)定位移傳感器的系數(shù)。

（3）利用溫度變化檢測(cè)變形量測(cè)系統(tǒng)的修正值△S修。先將位移傳感器安裝在石英玻璃上，控制夾具之間的量測(cè)距離L 在10cm 左右（見圖1）。在高低溫箱中放入石英玻璃測(cè)量系統(tǒng)，設(shè)置5℃作為起始溫度T0，保持35min 以上，分別記錄下傳感器兩讀數(shù)S′01 與S′02，接著下調(diào)溫度至30℃，作為低溫值T，保持35min，再分別記錄下傳感器兩讀數(shù)S′11 與S′12。那么，變形量測(cè)系統(tǒng)計(jì)算的修正值為：

測(cè)定該量測(cè)系統(tǒng)的修正系數(shù)需進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)，每次相差應(yīng)小于10 %，然后取平均值作為最終結(jié)果。

（4）將位移量測(cè)系統(tǒng)安裝在試件上，放入高低溫箱，保持起始溫度T035min，然后記錄下傳感器的兩讀數(shù)S01與S02，接著冷卻至低溫值T，保持35min，記錄下此時(shí)傳感器兩讀數(shù)S11與S12，而后將高低溫箱溫度上調(diào)至起始溫度T0，結(jié)束第1 次循環(huán)。

（5）第2、3 循環(huán)測(cè)試按照第1 循環(huán)的方法進(jìn)行。

圖1 位移傳感器安裝位置圖

1.4 試驗(yàn)結(jié)果處理方法

瀝青混凝土的線收縮系數(shù)α計(jì)算公式如下：

式中：α為瀝青混凝土的線收縮系數(shù)（1/ ℃）；

ΔS為瀝青混凝土試件在試驗(yàn)中從初始溫度T0 下降到最終溫度T 的變形量；計(jì)算兩次位移傳感器的均值，即

式中：ΔS修為量測(cè)系統(tǒng)在試驗(yàn)過(guò)程隨著溫度變化的修正值；

ΔT為溫度變化量，ΔT=T0-T，T0為試驗(yàn)初始溫度，T為試驗(yàn)最后溫度；

L為夾具安裝在傳感器兩端的距離，試驗(yàn)L 值為100mm。

試驗(yàn)結(jié)果取同一試件三次循環(huán)試驗(yàn)測(cè)算的均值，如果每次循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果差異超過(guò)10 %，則試驗(yàn)無(wú)效需重做。對(duì)于同樣的瀝青混凝土，用于平行試驗(yàn)的試件不應(yīng)少于三個(gè)，當(dāng)測(cè)算的結(jié)果為最低值與最高值的差值小于平均值的20 %，則試驗(yàn)有效，該平均值即為最終的試驗(yàn)結(jié)果。

2 瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)試驗(yàn)

表1 3 種瀝青的技術(shù)指標(biāo)

本次試驗(yàn)結(jié)合施工實(shí)際，摸擬工地現(xiàn)場(chǎng)，選用工程中使用的骨料及水利工程中普遍使用的1#、2#、3#瀝青，它們的技術(shù)指標(biāo)見表1。

本次試驗(yàn)瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)如表2 所示，采用以上三種瀝青分別制成瀝青混凝土試件，先擊實(shí)成板型，再鋸成20cm×4cm ×4cm 的試件。

表2 4 種瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)

選取4 種瀝青混凝土試件，給予不一樣的配合比，進(jìn)行低溫段線收縮系數(shù)α的試驗(yàn)研究。α值按公式（3）計(jì)算，如表3所示。

表3 不同配合比的4 種瀝青混凝土試驗(yàn)結(jié)果

由表3 分析可以得出：

①設(shè)定的相同降溫條件下，當(dāng)溫度從5℃降至-30℃，對(duì)線收縮系數(shù)α值影響

比較大的是瀝青品種。由3#瀝青制備的試件其平均線收縮系數(shù)值最大，為4.05×10-5/℃，而1 號(hào)瀝青制備的試件平均線收縮系數(shù)值為2.88×10-5/℃，兩者之間相差29 %；

②設(shè)定的相同降溫條件下，當(dāng)溫度從5℃降至-30℃，瀝青的品種相同時(shí)，

瀝青含量對(duì)α值的影響不大。3#瀝青，7.6%含量時(shí)其平均線收縮系數(shù)α值為4.05×10-5/℃；當(dāng)7.1%含量時(shí)，其平均線收縮系數(shù)α值為4.00×10-5/℃，兩者之間只相差1.2%；

③同一種瀝青混凝土，在不一樣的降溫區(qū)間，其α值也不同，且相差較大。

當(dāng)溫度從5℃降至-14.9℃時(shí)，由1#瀝青制備的瀝青混凝土試件，其平均線收縮系數(shù)α值為3.15×10-5/℃；當(dāng)溫度從-14.9℃降至-30.0℃時(shí)，其平均線收縮系數(shù)α值為3.01×10-5/℃，兩者之間相差44%。由此可見，低溫段的線收縮系數(shù)α值差異小于高溫段；

④相同品種及含量瀝青的試件，在升降溫過(guò)程中，其α值變化不大：如7.6%

含量的3#瀝青，當(dāng)溫度從5℃下降至-30℃時(shí)，其平均線收縮系數(shù)α值為4.05×10-5/℃；當(dāng)溫度從-30℃上升至5℃時(shí)，其平均線收縮系數(shù)α值為3.71×10-5/℃，兩者之間相差8.4%。

3 結(jié)論

瀝青品種、含量以及降溫過(guò)程等諸多因素對(duì)瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)α值均有影響，其中瀝青品種影響最大；不同的降溫區(qū)間對(duì)線收縮系數(shù)影響也不同，其中低溫段的α值小于高溫段；而瀝青含量變化（±0.5%）及升降溫過(guò)程對(duì)其的影響相對(duì)較小。