瀝青混凝土低溫線收縮系數(shù)試驗(yàn)研究
2006-08-31 00:00
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摘 要： 本文結(jié)合實(shí)際工程，對瀝青混凝土進(jìn)行低溫段線收縮系數(shù)的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)內(nèi)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(yàn)結(jié)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(guān)鍵詞： 水工材料；線收縮系數(shù)；試驗(yàn)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(shè)計(jì)瀝青混凝土?xí)r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(yīng) 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(jì)算瀝青混凝土面板溫度應(yīng)力必不可少的重要參數(shù)。
瀝青混凝土面板溫度應(yīng)力的計(jì)算公式為：
 式中： σ1 、σ2 ———溫度應(yīng)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(yīng)力與線收縮系數(shù)（α） 成正比。本文結(jié)合瀝青混凝土面板工程，對瀝青混凝土線收縮系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果將為實(shí)際工程瀝青混凝土面板溫度應(yīng)力的計(jì)算提供資料。
1 試驗(yàn)原理及方法
1.1 試驗(yàn)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(jié)合該工程，本次試驗(yàn)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(yàn)的結(jié)果，對推薦工程擬使用三種瀝青配成的瀝青混凝土進(jìn)行線收縮系數(shù)試驗(yàn)，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(yàn)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(jié)合工程，本次試驗(yàn)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(yàn)所用儀器設(shè)備
（1） 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(nèi)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。
（3） 位移傳感器夾具及銦鋼棒（尺寸Ф8mm ×120mm） 、石英玻璃基準(zhǔn)棒（尺寸200mm ×40mm ×40mm） 。
?。?） 計(jì)算機(jī)采集和控制系統(tǒng)。
1.3 試驗(yàn)步驟
?。?） 按水工瀝青混凝土試驗(yàn)規(guī)程，用擊實(shí)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(zhǔn)備好后，測定其容重、孔隙率；
?。?） 在常溫下標(biāo)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?yàn)楸M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(jì)算線收縮系數(shù)時應(yīng)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(yàn)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(dāng)溫度降到測試要求的低溫值T（本次試驗(yàn)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(jìn)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)。
（5） 同一試件以第一循環(huán)同樣的方法進(jìn)行第二、第三循環(huán)測試。
 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———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(jì)算見公式（2） ）/mm；
ΔT ———溫度變化范圍/℃，ΔT = T0 - T ， T0 為試驗(yàn)初試溫度， T 為試驗(yàn)終了溫度；
L ———位移傳感器安裝夾具之間的距離/mm ，一般試驗(yàn)L = 100mm。
同一個試件取三個循環(huán)測試的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，若各循環(huán)測試結(jié)果相差10 %以上，應(yīng)重做。同一瀝青混凝土，至少平行試驗(yàn)三個試件，當(dāng)三個試件測定結(jié)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(yàn)結(jié)果。
2 瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)試驗(yàn)
本次試驗(yàn)采用的瀝青混凝土配合比見表2 ，配合比設(shè)計(jì)方法參考文獻(xiàn)介紹的方法。瀝青混凝土的骨料由工地現(xiàn)場運(yùn)來，經(jīng)檢驗(yàn)均滿足試驗(yàn)規(guī)范中的要求。試件先用擊實(shí)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(jìn)行水工瀝青混凝土低溫段線收縮系數(shù)試驗(yàn)。線收縮系數(shù)按公式
?。?） 計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)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(dāng)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 %；
③ 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(jié)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(jié)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(yàn)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(yīng)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?xí)r，不必?fù)?dān)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(yīng)力計(jì)算中要選取相應(yīng)溫度段的線收縮系數(shù)。
④升溫過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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