水工瀝青混凝土低溫收縮系數影響因素的試驗研究

陳 華

福建船政交通職業學院 土木工程學院，福建 福州 350007

水工瀝青混凝土低溫收縮系數α 是分析瀝青混凝土防滲結構低溫應力中的主要參數，對使用瀝青混凝土防滲面板的水工建筑物來說尤為重要，對其面板應力影響差異也很大［1］。瀝青品種、含量以及溫度的變化對α 值的影響很大［2］。瀝青品種的技術指標包括密度、延度、軟化點等。相對于道路瀝青混凝土，水工瀝青混凝土的瀝青含量較高，為了找出各因素對水工瀝青混凝土收縮系數α 值的影響，本文將對其進行一系列的試驗測定，以期取得一些有意義的結果，對實際工作產生有參考價值的依據。

1 試驗原理及方法

1.1 試驗方案的確定

結合實際，綜合考慮瀝青品種、瀝青含量以及環境溫度這三大因素，本文低溫段的線收縮系數包括以下幾個方面：

（1）選擇兩種不同含量的瀝青進行試驗，研究它們對α值的影響；

（2）選擇3 種不同品種的瀝青進行試驗，研究它們對α值的影響；

（3）研究不同溫度段對α值的影響，采用4 種升降溫方式來進行研究：-30℃升溫至5℃；5℃降溫至-15℃；5℃降溫至-30℃；-15℃降溫至-30℃。而后計算出這4 種情況下的α值，并比較分析所測得的結果。

1.2 試驗儀器

（1）高低溫箱：內部尺寸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，比較穩定，受溫度影響小，通過修正可使用。

（3）石英玻璃基準棒：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）計算機數據處理系統。

1.3 試驗步驟

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

（2）在常溫條件下測定位移傳感器的系數。

（3）利用溫度變化檢測變形量測系統的修正值△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距離L 在10cm 左右（見圖1）。在高低溫箱中放入石英玻璃測量系統，設置5℃作為起始溫度T0，保持35min 以上，分別記錄下傳感器兩讀數S′01 與S′02，接著下調溫度至30℃，作為低溫值T，保持35min，再分別記錄下傳感器兩讀數S′11 與S′12。那么，變形量測系統計算的修正值為：

測定該量測系統的修正系數需進行3 次平行試驗，每次相差應小于10 %，然后取平均值作為最終結果。

（4）將位移量測系統安裝在試件上，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S01與S02，接著冷卻至低溫值T，保持35min，記錄下此時傳感器兩讀數S11與S12，而后將高低溫箱溫度上調至起始溫度T0，結束第1 次循環。

（5）第2、3 循環測試按照第1 循環的方法進行。

圖1 位移傳感器安裝位置圖

1.4 試驗結果處理方法

瀝青混凝土的線收縮系數α計算公式如下：

式中：α為瀝青混凝土的線收縮系數（1/ ℃）；

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

式中：ΔS修為量測系統在試驗過程隨著溫度變化的修正值；

ΔT為溫度變化量，ΔT=T0-T，T0為試驗初始溫度，T為試驗最后溫度；

L為夾具安裝在傳感器兩端的距離，試驗L 值為100mm。

試驗結果取同一試件三次循環試驗測算的均值，如果每次循環試驗結果差異超過10 %，則試驗無效需重做。對于同樣的瀝青混凝土，用于平行試驗的試件不應少于三個，當測算的結果為最低值與最高值的差值小于平均值的20 %，則試驗有效，該平均值即為最終的試驗結果。

2 瀝青混凝土低溫段線收縮系數試驗

表1 3 種瀝青的技術指標

本次試驗結合施工實際，摸擬工地現場，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，它們的技術指標見表1。

本次試驗瀝青混凝土配合比設計如表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計

選取4 種瀝青混凝土試件，給予不一樣的配合比，進行低溫段線收縮系數α的試驗研究。α值按公式（3）計算，如表3所示。

表3 不同配合比的4 種瀝青混凝土試驗結果

由表3 分析可以得出：

①設定的相同降溫條件下，當溫度從5℃降至-30℃，對線收縮系數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值最大，為4.05×10-5/℃，而1 號瀝青制備的試件平均線收縮系數值為2.88×10-5/℃，兩者之間相差29 %；

②設定的相同降溫條件下，當溫度從5℃降至-30℃，瀝青的品種相同時，

瀝青含量對α值的影響不大。3#瀝青，7.6%含量時其平均線收縮系數α值為4.05×10-5/℃；當7.1%含量時，其平均線收縮系數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，在不一樣的降溫區間，其α值也不同，且相差較大。

當溫度從5℃降至-14.9℃時，由1#瀝青制備的瀝青混凝土試件，其平均線收縮系數α值為3.15×10-5/℃；當溫度從-14.9℃降至-30.0℃時，其平均線收縮系數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，在升降溫過程中，其α值變化不大：如7.6%

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

3 結論

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