瀝青混凝土低溫線收縮系數(shù)試驗研究
2006-08-31 00:00
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摘 要： 本文結合實際工程，對瀝青混凝土進行低溫段線收縮系數(shù)的試驗研究。試驗內容主要包括瀝青品種、瀝青含量、以及不同溫度段中瀝青混凝土線收縮系數(shù)的測試。試驗結果表明：瀝青品種對瀝青混凝土的線收縮系數(shù)的影響較大，瀝青混凝土在不同溫度段的線收縮系數(shù)相差很大，而瀝青含量（變化范圍±0．3 %） 、升溫或降溫過程對其的影響較小。
關鍵詞： 水工材料；線收縮系數(shù)；試驗研究；瀝青混凝土
0 引言
采用瀝青混凝土面板防滲的水工建筑物，為了具有良好的防滲性能，在設計瀝青混凝土時主要考慮的因素有： （1） 瀝青混凝土在高溫工作時是否流淌； （2） 瀝青混凝土在低溫下工作時是否因溫度應 力而開裂。瀝青混凝土低溫段的線收縮系數(shù)對其低溫性能影響很大，它是計算瀝青混凝土面板溫度應力必不可少的重要參數(shù)。
瀝青混凝土面板溫度應力的計算公式為：
 式中： σ1 、σ2 ———溫度應力；
E ———松弛模量；
α———瀝青混凝土的線收縮系數(shù)；
θ———溫度差；
μ———泊松比。
由公式（1） 可以看出，瀝青混凝土溫度應力與線收縮系數(shù)（α） 成正比。本文結合瀝青混凝土面板工程，對瀝青混凝土線收縮系數(shù)進行試驗研究，主要包括瀝青品種和瀝青含量對瀝青混凝土線收縮系數(shù)的影響，不同溫度段瀝青混凝土線收縮系數(shù)的變化，試驗結果將為實際工程瀝青混凝土面板溫度應力的計算提供資料。
1 試驗原理及方法
1.1 試驗方案的確定
某工程為抽水蓄能電站，其上、下庫均采用瀝青混凝土面板防滲。庫區(qū)氣溫溫差大，上水庫極端最高氣溫為36．2 ℃，極端最低氣溫為- 34．5 ℃，一月份平均氣溫為- 18．4 ℃。結合該工程，本次試驗方案為：
?。?） 研究不同瀝青品種對瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)的影響。根據(jù)其他性能試驗的結果，對推薦工程擬使用三種瀝青配成的瀝青混凝土進行線收縮系數(shù)試驗，瀝青性能見表1。
 ?。?） 研究不同瀝青含量對瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)的影響。瀝青含量選用性能試驗推薦的兩種，即7.8 %和8.1 %。
（3） 研究不同溫度段對瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)的影響。結合工程，本次試驗瀝青混凝土線收縮系數(shù)的測試溫度區(qū)間為5～ - 35 ℃；同時為研究不同低溫段瀝青混凝土線收縮系數(shù)的變化，還測定了5～ - 15 ℃， - 15～- 35 ℃，以及由- 35 ℃升溫到5 ℃等溫度段瀝青混凝土的線收縮系數(shù)。
1.2 試驗所用儀器設備
?。?） 高低溫箱：工作溫度范圍+ 20 ℃～ - 50 ℃，精度±0．5 ℃，降溫速度控制在30 ℃/ h ，內部尺寸為1 000mm ×1 000mm ×1 000mm。
?。?） 高精度位移傳感器：采用電感式位移傳感器，它受溫度變化的影響小，傳感器精度為±1μm ，量程1mm。
?。?） 位移傳感器夾具及銦鋼棒（尺寸Ф8mm ×120mm） 、石英玻璃基準棒（尺寸200mm ×40mm ×40mm） 。
?。?） 計算機采集和控制系統(tǒng)。
1.3 試驗步驟
（1） 按水工瀝青混凝土試驗規(guī)程，用擊實成型方法成型板形試件，并鋸成尺寸為200 ×40 ×40mm3 的試件，試件表面光潔，其孔隙率不大于3 %。試件準備好后，測定其容重、孔隙率；
?。?） 在常溫下標定位移傳感器的系數(shù)；
?。?） 測定變形量測系統(tǒng)隨溫度變化產(chǎn)生的變化值ΔS修。這是因為盡管采用了高精度位移傳感器，變形量測系統(tǒng)本身仍隨溫度變化而變化，因此在計算線收縮系數(shù)時應扣除量測系統(tǒng)本身隨溫度的變化量ΔS修。首先在石英玻璃上安裝位移傳感器，夾具之間的量測距離L 不小于100mm ，見圖1。將裝好位移傳感器的石英玻璃率定系統(tǒng)置于高低溫箱中，在初始溫度T0 （本次試驗T0 = 5 ℃） 下恒溫35min 以上，記錄兩位移傳感器讀數(shù)分別為S′01 和S′02 ，然后降溫。當溫度降到測試要求的低溫值T（本次試驗T = - 35 ℃） 時，恒溫35min ，記錄兩位移傳感器讀數(shù)分別為S′11和S′12 。則變形量測系統(tǒng)隨溫度變化的修正值為：
率定位移量測系統(tǒng)的修正系數(shù)平行進行3 次，如果各次之間相差< 10 % ，則取平均值。
?。?） 按照圖1 ，在試件上安裝位移測量系統(tǒng)，裝好后將其置于高低溫箱中，在初始溫度T0 下恒溫35min ，并記錄此時兩位移傳感器的讀數(shù)分別為S01和S02 。然后降溫至測試要求的低溫值T ，恒溫35min ，記錄兩位移傳感器讀數(shù)分別為S11 和S12 。再將高低溫箱溫度升溫到初始溫度T0 ，此時完成第一次循環(huán)。
?。?） 同一試件以第一循環(huán)同樣的方法進行第二、第三循環(huán)測試。
 1.4 試驗結果處理方法
瀝青混凝土的線收縮系數(shù)α計算公式如下：  式中：α———瀝青混凝土的線收縮系數(shù)，1/ ℃；
ΔS ———瀝青混凝土試件由初始溫度T0 降溫至測試要求的低溫值T時的變形量/mm；取兩個位移傳感器的平均值，即
 ΔS修———量測系統(tǒng)隨溫度變化的修正值（其計算見公式（2） ）/mm；
ΔT ———溫度變化范圍/℃，ΔT = T0 - T ， T0 為試驗初試溫度， T 為試驗終了溫度；
L ———位移傳感器安裝夾具之間的距離/mm ，一般試驗L = 100mm。
同一個試件取三個循環(huán)測試的平均值作為試驗結果，若各循環(huán)測試結果相差10 %以上，應重做。同一瀝青混凝土，至少平行試驗三個試件，當三個試件測定結果最大值與最小值之差不超過平均值的20 %時，取其平均值作為試驗結果。
2 瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)試驗
本次試驗采用的瀝青混凝土配合比見表2 ，配合比設計方法參考文獻介紹的方法。瀝青混凝土的骨料由工地現(xiàn)場運來，經(jīng)檢驗均滿足試驗規(guī)范中的要求。試件先用擊實成型方法制成板型后，再鋸成40mm×40mm ×200mm的試件。  對4 種不同配合比的瀝青混凝土試件進行水工瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)試驗。線收縮系數(shù)按公式
?。?） 計算，試驗結果見表3。
 由表3 分析可以得出：
?、?在相同的降溫條件下（5 ℃～ - 35 ℃） ，瀝青品種對瀝青混凝土的線收縮系數(shù)影響較大。其中由3 號瀝青配制成的瀝青混凝土線收縮系數(shù)最大，平均值為3．76 ×10- 5/℃，而1 號瀝青的線收縮系數(shù)為2．76 ×10- 5 / ℃，兩者相差了27 %；
?、?在相同的降溫條件下（5 ℃～ - 35 ℃） ，瀝青的品種相同，其含量不同，瀝青混凝土的線收縮系數(shù)相差不大。對于3 號瀝青當含量為8．1 %時其線收縮系數(shù)平均值為3．76 ×10- 5/℃，含量為7.5 %時其線收縮系數(shù)平均值為3．69 ×10- 5P℃，兩者只相差了1．9 %；
?、?對于同一種瀝青混凝土，在不同溫度段其線收縮系數(shù)不同，而且相差較大。對于由1 號瀝青配成的瀝青混凝土在5 ℃～ - 14．9 ℃時其線收縮系數(shù)值為3．74 ×10- 5/℃，在- 14．9 ℃～ - 35．1 ℃時其線收縮系數(shù)值為2．54 ×10 – 5/℃，兩者相差了32 % ，說明高溫段的線收縮系數(shù)大于低溫段的線收縮系數(shù)；
?、?瀝青品種相同含量相同的瀝青混凝土，升溫過程和降溫過程，其線收縮系數(shù)相差不大，如含量為8.1 %的3號瀝青降溫過程（5 ℃～ - 35 ℃） 時其線收縮系數(shù)平均值為3．76 ×10- 5/℃，升溫過程（ - 35 ℃～5 ℃） 時其線收縮系數(shù)平均值為4．15 ×10 – 5/℃，兩者相差了9．4 %。
3 結論
通過對不同條件下水工瀝青混凝土線收縮系數(shù)測定可以得出以下結論：
?、贋r青品種對瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)的影響很大，在本次試驗所選的瀝青中，最多相差27 %。因此在其他條件相同的情況下，應選用低溫段線收縮系數(shù)小的瀝青。但一般情況下，不同的瀝青，其瀝青混凝土的松弛模量E 相差很大，所以在選擇瀝青時要綜合考慮各種因素。
?、谠谕粸r青品種的瀝青混凝土中，瀝青含量（變化范圍±0．3 %） 對線收縮系數(shù)影響不大。這對于我們在施工中配制瀝青混凝土時，不必擔心瀝青含量變化±0．3 %時，其線收縮系數(shù)的變化。
?、鄄煌瑴囟榷螢r青混凝土的線收縮系數(shù)相差很大，所以在溫度應力計算中要選取相應溫度段的線收縮系數(shù)。
?、苌郎剡^程和降溫過程瀝青混凝土的線收縮系數(shù)有所不同，但相差不是很大。 |
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