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(tuán)有限公司，北京 100048；2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院 ，四川 成都 610031）

1 引言

澆筑式瀝青混凝土具有密實(shí)、不透水、與橋面板隨從變形能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)以及優(yōu)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(yīng)用。由于鋼橋面鋪裝自身的特點(diǎn)，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(yàn)進(jìn)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(jìn)行研究。

2 配合比設(shè)計

澆筑式瀝青混凝土配合比設(shè)計是混凝土工程中很重要的一項(xiàng)工作，它直接影響到混凝土的順利施工、混凝土工程的質(zhì)量和混凝土工程的成本。澆筑式瀝青混凝土的配合比應(yīng)滿足設(shè)計的強(qiáng)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(dá)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(jié)省水泥、密實(shí)性好，相應(yīng)的抗?jié)B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(zhì)量比的百分?jǐn)?shù)，它是瀝青用量的指標(biāo)之一，它的用量高低直接影響路面質(zhì)量。油石比大則路面容易泛油，反之則影響強(qiáng)度和防水效果，故必須對澆筑式瀝青混凝土的油石比進(jìn)行對比分析，得到最佳油石比。

按設(shè)計的CA-10礦料級配進(jìn)行配料，選擇油石比7.3%、7.6%、7.9%進(jìn)行試驗(yàn)，得到不同油石比下流動性、60℃貫入量、60℃貫入量增量等技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)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(shù)指標(biāo)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(dāng)油石比為7.3%時，流動性不能滿足技術(shù)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(dāng)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(biāo)均滿足設(shè)計要求，因此采用7.6%為最佳石油比。在后續(xù)小梁彎曲試驗(yàn)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(yàn)

3.1 彎曲試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果 表2

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2001）規(guī)定，澆筑式瀝青混合料的低溫彎曲試驗(yàn)采用30mm×35mm×250mm的棱柱體小梁試件，將試件置于規(guī)定溫度的恒溫環(huán)境箱中保溫不少于45min，直至試件內(nèi)部溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度±0.5℃為止，保溫時試件應(yīng)放在支起的平板玻璃上，試件之間的距離應(yīng)不小于10mm；然后將試件從恒溫箱中取出，取出后的試件應(yīng)立即對稱安放在支座上，且試件上下方向應(yīng)與試件成型時方向一致；然后設(shè)置位移測定裝置的量程，并對荷載傳感器進(jìn)行調(diào)零處理；最后以規(guī)定的速率（本試驗(yàn)速率為50mm/min）進(jìn)行中點(diǎn)集中加載，直到試件破壞[7]，如圖2所示；由微機(jī)瀝青混合料材料性能試驗(yàn)系統(tǒng)自動采集數(shù)據(jù)，根據(jù)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(yàn)采用單點(diǎn)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(qiáng)度RB、破壞時梁底最大彎拉應(yīng)變εB及破壞時的彎曲勁度模量SB。

圖2 小梁彎曲試驗(yàn)

式中RB—試件破壞的抗彎拉強(qiáng)度，MPa；

εB—試件破壞時梁底最大彎拉應(yīng)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(yàn)結(jié)果

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

小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果 表3

2.3.1 溫度變化對抗彎拉強(qiáng)度的影響

根據(jù)表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出抗彎拉強(qiáng)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(qiáng)度呈減小趨勢。當(dāng)溫度從-10℃升高到0℃時，抗彎拉強(qiáng)度從10.26Mpa變化為9.91Mpa，減小了3.41%；而當(dāng)溫度從-10℃升高到15℃，抗彎拉強(qiáng)度從10.26Mpa變化為9.39Mpa，進(jìn)一步減小了8.48%。

2.3.2 溫度變化對最大彎拉應(yīng)變的影響

根據(jù)表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出最大彎拉應(yīng)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(yīng)變呈現(xiàn)增大趨勢。當(dāng)溫度從-10℃升高到0℃時，最大彎拉應(yīng)變從9.16×10-3με增大為9.87×10-3με，增大了 7.75%；而當(dāng)溫度從 -10℃升高至15℃時，最大彎拉應(yīng)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(yīng)變值均大于7×10-3με，滿足技術(shù)要求。

圖3 溫度變化對抗彎拉強(qiáng)度的影響

圖4 溫度變化對最大彎拉應(yīng)變的影響

4 結(jié)論

通過對澆筑式瀝青混凝土的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，可以得到如下結(jié)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(dāng)油石比為7.6%時，澆筑式瀝青混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)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(yīng)合理控制油石比。

②當(dāng)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(qiáng)度減小，最大彎拉應(yīng)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(jìn)一步研究。