溫度變化對澆筑式瀝青混凝土彎曲性能的影響

焦永寶，郭加付，劉少茂，陳釩，鐘光容

（1.中電建路橋集團有限公司，北京 100048；2.西南交通大學土木工程學院 ，四川 成都 610031）

1 引言

澆筑式瀝青混凝土具有密實、不透水、與橋面板隨從變形能力強的優點以及優良的抗低溫開裂與抗疲勞性能，在施工溫度條件下自動流淌成型，無需碾壓，便于施工[1-4]，在鋼橋面鋪裝工程中得到了廣泛的應用。由于鋼橋面鋪裝自身的特點，鋼橋面鋪裝材料的要求比普通的路用材料更高，同時對澆筑式瀝青混凝土的抗彎拉性能也提出了更高的要求，而瀝青混凝土的抗彎拉性能主要通過小梁彎曲試驗進行測定。本文主要依托筍溪河特大橋橋面鋪裝工程，對澆筑式瀝青混凝土的抗彎拉性能進行研究。

2 配合比設計

澆筑式瀝青混凝土配合比設計是混凝土工程中很重要的一項工作，它直接影響到混凝土的順利施工、混凝土工程的質量和混凝土工程的成本。澆筑式瀝青混凝土的配合比應滿足設計的強度等級、施工要求的和易性、使用要求的耐久性[5]。

2.1 級配組成

級配好的集料，大粒徑的空隙，被小一級的粒徑填滿，小一級的空隙，被更小一級的填滿，使集料的空隙率達到最小。同時級配好的集料拌制的混凝土拌合物工作性好，混凝土節省水泥、密實性好，相應的抗滲性、抗凍性都有所提高。

本研究采用的澆筑式瀝青混合料級配組成如表1所示。

2.2 最佳油石比的確定

油石比是指澆筑式瀝青混凝土中瀝青與礦料質量比的百分數，它是瀝青用量的指標之一，它的用量高低直接影響路面質量。油石比大則路面容易泛油，反之則影響強度和防水效果，故必須對澆筑式瀝青混凝土的油石比進行對比分析，得到最佳油石比。

按設計的CA-10礦料級配進行配料，選擇油石比7.3%、7.6%、7.9%進行試驗，得到不同油石比下流動性、60℃貫入量、60℃貫入量增量等技術指標的試驗值如表2所示[6]。

繪制出拌合溫度為240℃時各油石比下流動性、60℃貫入量和60℃貫入量增量的光滑曲線圖如圖1所示。

圖1 不同油石比下的技術指標圖

從圖1（a）可以看出，隨著油石比從7.3%、7.6%到7.9%的增大，流動性逐漸變好，但當油石比為7.3%時，流動性不能滿足技術要求；從圖1（b）得到，隨著油石比增大，60℃貫入量也逐漸增大，且當油石比為7.9%時，60℃貫入量不滿足要求；從圖1（c）中可以知道，60℃貫入度增量隨油石比增大而增大，且三種油石比下的60℃貫入度增量都滿足要求。綜上所述，油石比為7.6%時，流動性、60℃貫入度及其增量等指標均滿足設計要求，因此采用7.6%為最佳石油比。在后續小梁彎曲試驗中，制作澆筑式瀝青混凝土試件時將采用7.6%最佳油石比。

3 小梁彎曲試驗

3.1 彎曲試驗測定方法

GA-10瀝青混合料級配組成 表1

不同油石比GA-10性能試驗結果 表2

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2001）規定，澆筑式瀝青混合料的低溫彎曲試驗采用30mm×35mm×250mm的棱柱體小梁試件，將試件置于規定溫度的恒溫環境箱中保溫不少于45min，直至試件內部溫度達到試驗溫度±0.5℃為止，保溫時試件應放在支起的平板玻璃上，試件之間的距離應不小于10mm；然后將試件從恒溫箱中取出，取出后的試件應立即對稱安放在支座上，且試件上下方向應與試件成型時方向一致；然后設置位移測定裝置的量程，并對荷載傳感器進行調零處理；最后以規定的速率（本試驗速率為50mm/min）進行中點集中加載，直到試件破壞[7]，如圖2所示；由微機瀝青混合料材料性能試驗系統自動采集數據，根據采集到的不同荷載下小梁跨中的變形值，可繪出荷載與變形曲線。

3.2 加載模式

試驗采用單點加載模式[7～8]，則分別按式（1）、（2）、（3）計算試件破壞時的抗彎拉強度RB、破壞時梁底最大彎拉應變εB及破壞時的彎曲勁度模量SB。

圖2 小梁彎曲試驗

式中RB—試件破壞的抗彎拉強度，MPa；

εB—試件破壞時梁底最大彎拉應變；

SB—試件破壞時的彎曲勁度模量，MPa；

L—試件的跨徑，mm；

PB—試件破壞時的最大荷載，N；

d—試件破壞時的跨中撓度，mm；

b、h—分別為跨中斷面試件的寬度和高度，mm。

3.3 試驗結果

通過試驗，根據式（1）、（2）、（3） 分別計算得到-10℃、0℃、15℃下的抗彎拉強度和最大彎拉應變值如表3所示。

小梁彎曲試驗結果 表3

2.3.1 溫度變化對抗彎拉強度的影響

根據表3試驗數據，繪出抗彎拉強度隨溫度變化的曲線圖，其變化趨勢如圖4所示。

從圖3可以得到，澆筑式瀝青混凝土隨著溫度的升高，抗彎拉強度呈減小趨勢。當溫度從-10℃升高到0℃時，抗彎拉強度從10.26Mpa變化為9.91Mpa，減小了3.41%；而當溫度從-10℃升高到15℃，抗彎拉強度從10.26Mpa變化為9.39Mpa，進一步減小了8.48%。

2.3.2 溫度變化對最大彎拉應變的影響

根據表3試驗數據，繪出最大彎拉應變隨溫度變化的曲線圖，其變化趨勢如圖4所示。

由圖4可以得到，澆筑式瀝青混凝土隨著溫度的升高，最大彎拉應變呈現增大趨勢。當溫度從-10℃升高到0℃時，最大彎拉應變從9.16×10-3με增大為9.87×10-3με，增大了 7.75%；而當溫度從 -10℃升高至15℃時，最大彎拉應變從9.16×10-3με增大為10.21×10-3με，增大了11.46%。但是，不同溫度下的最大彎拉應變值均大于7×10-3με，滿足技術要求。

圖3 溫度變化對抗彎拉強度的影響

圖4 溫度變化對最大彎拉應變的影響

4 結論

通過對澆筑式瀝青混凝土的相關實驗研究，可以得到如下結論：

①澆筑式瀝青混凝土中瀝青用量高低直接影響到混凝土的性能。隨著油石比的增大，60℃貫入量及其增量都呈線性增大趨勢，而流動性呈線性減小的趨勢，當油石比為7.6%時，澆筑式瀝青混凝土的各項性能指標均達到技術要求，取為最佳油石比。因此，為保證澆筑式瀝青混凝土的良好性能，應合理控制油石比。

②當澆筑式瀝青混凝土采用最佳油石比時，隨著溫度升高，澆筑式瀝青混凝土的抗彎拉強度減小，最大彎拉應變增大，瀝青混凝土抗彎拉性能降低。溫度條件對于澆筑式瀝青混凝土抗彎拉性能具有較大影響，今后有必要進一步研究。