摻不同細(xì)骨料的碾壓式瀝青混凝土的力學(xué)試驗(yàn)研究

慈 軍,李雙喜,努爾開力·依孜特羅甫

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院,新疆烏魯木齊830052)

0 引 言

目前,在組成瀝青混凝土的細(xì)骨料中主要采用人工砂和天然砂[1-2]。人工砂是將塊石破碎、粉磨后得到的,加工時(shí)需要耗費(fèi)一定的人力、物力及時(shí)間,其特點(diǎn)是潔凈、有棱角。使用人工砂的瀝青混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性在滿足設(shè)計(jì)要求方面有較大的保障,很多瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)把細(xì)骨料作為人工砂擺在首選位置[3];天然砂分布較廣,無(wú)需加工,成本低,相對(duì)人工砂而言級(jí)配較好,但含酸性礦物和泥質(zhì)較多,然而,品質(zhì)符合要求的天然砂和人工砂摻配使用后既可以改善瀝青混凝土的級(jí)配和施工壓實(shí)性,同時(shí)一定比例的天然砂取代部分人工砂后減少了人工砂的用量,在滿足碾壓式瀝青混凝土施工和易性[4-5]及各項(xiàng)力學(xué)性能的基礎(chǔ)上也相應(yīng)降低了整個(gè)瀝青混凝土的成本。

1 設(shè)計(jì)方案

針對(duì)新疆鄯善縣某碾壓式瀝青混凝土心墻壩本次試驗(yàn)采用兩種方案進(jìn)行:方案一是選用級(jí)配指數(shù)為0.42、填料用量為16%、瀝青用量為7.2%,細(xì)骨料全部采用人工砂;方案二是選用級(jí)配指數(shù)為0.42、填料用量為16%、瀝青用量為7.2%,細(xì)骨料采用三分之二的人工砂和三分之一的天然砂;對(duì)以上兩種方案分別進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度、流值試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、水穩(wěn)試驗(yàn)及小梁彎曲等試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)研究

2.1 馬歇爾試驗(yàn)

根據(jù)兩種方案的配合比,按照馬歇爾試件成型方法各制成5個(gè)馬歇爾試件,測(cè)定試件的密度、孔隙率及試件在40℃和60℃[6]時(shí)的馬歇爾穩(wěn)定度和流值,整理后試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 馬歇爾穩(wěn)定度及流值試驗(yàn)結(jié)果

從上述結(jié)果中可以看出,40℃時(shí):人工砂和天然砂混摻后的瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度及流值與單摻人工砂的瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度及流值相當(dāng),而且混摻后的穩(wěn)定度甚至稍有提高,流值則略有降低。60℃時(shí):兩種方案馬歇爾穩(wěn)定度均較40℃時(shí)有明顯的下降,流值也均有較大幅度的增加。人工砂和天然砂混摻后瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度及流值與單摻人工砂瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度及流值相當(dāng),但混摻后的流值及穩(wěn)定度均略有降低。

2.2 壓縮試驗(yàn)

將兩種方案各制備好的5個(gè)試件在10.0℃水槽中恒溫4 h后進(jìn)行試驗(yàn),壓縮試驗(yàn)整理后結(jié)果見表2。

表2 壓縮試驗(yàn)結(jié)果

從上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出,方案二的變形模量明顯要高于方案一,也即混摻人工砂和天然砂后的瀝青混凝土抗變形性能比單摻人工砂的要好,可以看出天然砂的摻入改變了骨料的整體顆粒級(jí)配,提高了整體的穩(wěn)定性。

2.3 水穩(wěn)試驗(yàn)

將相同條件下制備好的6個(gè)試件按密度和孔隙率大致相當(dāng)分成兩組,每組3個(gè)試件。將其中一組試件(3個(gè))置于60℃的水中浸泡48 h后,再在20℃的水中恒溫2 h,然后進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。另一組試件(3個(gè))置于20℃的空氣中恒溫48 h后,直接進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。瀝青混凝土的水穩(wěn)定性系數(shù)為:在60℃的水中浸泡48 h試件的抗壓強(qiáng)度與另一組試件在20℃的空氣中恒溫48 h直接進(jìn)行壓縮試驗(yàn)的試件的抗壓強(qiáng)度之比[7]。方案一試驗(yàn)結(jié)果見表3。方案二試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 方案一水穩(wěn)試驗(yàn)結(jié)果

表4 方案二水穩(wěn)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL501—2010)中對(duì)碾壓式瀝青混凝土水穩(wěn)定系數(shù)要求大于0.90,從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出兩種方案的水穩(wěn)定系數(shù)均達(dá)到0.9以上,也即混摻人工砂和天然砂后的瀝青混凝土的水穩(wěn)定性能也能保證在最低指標(biāo)0.9之上。

2.4 小梁彎曲試驗(yàn)

試件置于10℃恒溫水槽中,利用位移及荷重傳感器采集試驗(yàn)數(shù)據(jù),試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 瀝青混凝土小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL501—2010)中對(duì)碾壓式瀝青混凝土小梁彎曲試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求:10℃時(shí)的彎曲強(qiáng)度應(yīng)大于0.4 MPa,彎曲應(yīng)變應(yīng)大于1%。

由上述小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果可以看出,兩種方案中的小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,也即混摻人工砂和天然砂后的瀝青混凝土的彎應(yīng)變性能也能滿足碾壓式瀝青混凝土的設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 論

(1)由馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可以看出,單摻人工砂與混摻人工砂和天然砂后的瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度及流值相當(dāng),變化幅度不大。

(2)人工砂天然級(jí)配較差,可以通過(guò)摻配一定比例的天然砂來(lái)改善整體骨料級(jí)配,并且還可以保證瀝青混凝土具有足夠的抗壓強(qiáng)度。

(3)單摻人工砂的瀝青混凝土的水穩(wěn)系數(shù)達(dá)到了1.01,混摻天然砂后的水穩(wěn)系數(shù)達(dá)到了0.97,均滿足水穩(wěn)試驗(yàn)0.90以上設(shè)計(jì)要求。

(4)單摻人工砂與混摻人工砂和天然砂后的瀝青混凝土小梁變形性能均滿足設(shè)計(jì)要求。

(5)由上述試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明碾壓式瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)方案中針對(duì)細(xì)骨料采取混摻天然砂和人工砂的方案是可行的,因此也可以相應(yīng)地降低碾壓式瀝青混凝土的成本。

[1]丁樸榮.水工瀝青混凝土材料選擇與配合比設(shè)計(jì)[M].北京:水利水電出版社,1990:155-162.

[2]呂偉民.瀝青混合料設(shè)計(jì)原理與方法[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2001:15-26.

[3]中國(guó)水利水電出版社.SL501-2010.土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2011:32-40.

[4]祁世京.土石壩碾壓式瀝青混凝土心墻施工技術(shù)[M].北京:中國(guó)水利水電出版,2001:112-156.

[5]梁曉東.尼爾基水利樞紐工程碾壓式瀝青混凝土心墻低溫施工技術(shù)研究[D].西安:西安理工大學(xué),2005:26-30.

[6]茅坪溪瀝青心墻土石壩專集[C].中國(guó)三峽建設(shè).1998,(12):25-68.

[7]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T5362-2006.水工瀝青混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2007:97-98.