骨料類型對長期浸水條件下瀝青混凝土斜坡穩(wěn)定性的影響

楊樹波

(朝陽宏泰建設(shè)工程管理有限公司，遼寧 朝陽 122000)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中使用的瀝青為克拉瑪依是由化工有限公司出品的90A級道路石油瀝青。其針入度為81 mm，延度>100 cm，軟化點(diǎn)為48.5 ℃，均符合相關(guān)規(guī)范的要求，可以用于此次試驗(yàn)研究。

試驗(yàn)用填料為錦州方東水泥有限公司出品的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥和石灰石石粉。其中，水泥材料的表觀密度為3.06 g/cm3，親水系數(shù)為0.68，含水率為0.37%；石灰石石粉的表觀密度為2.65 g/cm3，親水系數(shù)為0.79，含水率為0.49%。

試驗(yàn)用細(xì)骨料為普通河砂，其細(xì)度模數(shù)為2.65，為中砂。試驗(yàn)用粗骨料有兩種，分別是人工破碎花崗巖礫石和破碎石灰?guī)r材料，其粒徑范圍均為5～25 mm，級配良好。

1.2 試件制作

試驗(yàn)中根據(jù)面板瀝青混凝土的相關(guān)施工規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)確定瀝青混凝土配合比，其主要參數(shù)為：粗骨料配比為54%，細(xì)骨料配比為35%，填料配比為11%(其中，瀝青含量為6.6%)。按照試驗(yàn)配合比城區(qū)試驗(yàn)所需要的骨料和填料，放入烘箱在105 ℃ 的溫度條件下加熱烘干；計(jì)算并稱量好瀝青用量并加熱至110 ℃脫水，在加熱過程中需要人工攪拌[1]。將烘干后骨料和填料放入攪拌機(jī)攪拌均勻，然后，在其中心部位挖出一個(gè)坑，將熱瀝青倒入坑內(nèi)繼續(xù)攪拌2 min，至粗骨料表面完全被瀝青覆蓋。將攪拌好的混合料倒入模具鋪平并用擊實(shí)錘均勻擊實(shí)。然后，將其在室內(nèi)環(huán)境下自然冷卻至室溫后脫模[2]。

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)中利用斜坡流淌試驗(yàn)的方式測試不同骨料種類瀝青混凝土面板的斜坡穩(wěn)定性。在試驗(yàn)過程中，將試件放置在30 ℃、50 ℃、70 ℃和90 ℃4種不同溫度清水中浸泡，浸泡時(shí)長分別為2 d、4 d、8 d、16 d、32 d、64 d和128 d。在浸泡結(jié)束之后，再將試件在20 ℃的水中恒溫2 h，然后，進(jìn)行斜坡流淌試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。

1.4 試驗(yàn)方法

將浸泡到方案規(guī)定時(shí)間的試件取出擦拭干凈，利用AB膠將其和斜坡流淌儀的底座模具粘牢固，然后，將底座用螺絲固定好。在實(shí)踐黏結(jié)之前，需要使用銼刀將試件的邊緣磨平，以保證在和試件底部距離50 mm的部位黏結(jié)銅片，將萬用電表的紅頭接在銅片上，黑頭連接螺旋測微器，調(diào)整螺旋測微器測頭位置，保證其與銅片良好接觸，然后，將萬用電表的檔位置于電阻檔。對螺旋測微器進(jìn)行調(diào)整，保證電路通路，并讀取此時(shí)時(shí)間的讀數(shù)。將斜坡流淌儀和試件放入烘箱，將溫度調(diào)節(jié)為70 ℃。在70 ℃的條件下恒溫48 h后取出，讀取試件的變形值[3]。在流淌試驗(yàn)結(jié)束之后，將試件取下，利用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，萬能試驗(yàn)機(jī)的加載速率設(shè)置為50 mm/min，按照規(guī)定的加載速率將試件加載劈裂破壞，記錄加載過程中所受到的最大荷載。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 斜坡流淌值

對不同溫度、不同浸泡時(shí)長條件下試件的斜坡流淌值進(jìn)行測試，結(jié)果如表1和表2所示。由于瀝青混凝土是一種黏彈性材料，具有較高的溫度敏感性。在陽光直射到瀝青混凝土面板上之后，其混凝土的溫度可以達(dá)到70～90 ℃，因此，其熱穩(wěn)定性會(huì)明顯下降，可能導(dǎo)致瀝青混凝土產(chǎn)生流動(dòng)變形等危害形式。從試驗(yàn)結(jié)果來看，經(jīng)過不同溫度水中的浸泡，各試件的斜坡流淌值均<0.80 mm，變化不大且符合試驗(yàn)規(guī)范中的相關(guān)要求。隨著浸泡溫度的升高，瀝青混凝土的斜坡流淌值呈現(xiàn)出逐漸增大的變化特征。究其原因，主要是瀝青為黏彈性材料，容易受到溫度的顯著影響，特別是溫度升高到超過瀝青軟化點(diǎn)之后，其形態(tài)會(huì)逐漸由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為黏流態(tài)，也就是由固體轉(zhuǎn)化為流體。水工瀝青混凝土與普通公路用瀝青混凝土相比，屬于典型的富瀝青混凝土，因此，滲透系數(shù)小，具有良好的防滲性能，在外界環(huán)境溫度升高的情況下，其熱穩(wěn)定性很容易受到明顯的影響，導(dǎo)致試件的斜坡流淌值明顯增大。從不同的骨料類型試驗(yàn)結(jié)果對比來看，石灰?guī)r骨料瀝青混凝土在相同浸泡時(shí)間和浸泡溫度下的斜坡流淌值相對較小。究其原因，主要是花崗巖材質(zhì)骨料的粗骨料含量較多，填料用量小于石灰?guī)r瀝青混凝土，而自由瀝青不與集料直接接觸，不會(huì)產(chǎn)生相互作用，而結(jié)構(gòu)瀝青是改變?yōu)r青混凝土性能的關(guān)鍵性因素，因此，石灰?guī)r粗骨料瀝青混凝土的斜坡流淌值相對較小。

表1 石灰?guī)r骨料斜坡流淌值試驗(yàn)結(jié)果

表2 花崗巖骨料斜坡流淌值試驗(yàn)結(jié)果

2.2 劈裂強(qiáng)度

對不同溫度、不同浸泡時(shí)長條件下試件的劈裂強(qiáng)度進(jìn)行測試，結(jié)果如表3和表4所示。由表中的計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)瀝青混凝土面板經(jīng)過水分的長期浸泡和陽光的直射之后，其強(qiáng)度產(chǎn)生改變。從具體的變化特征來看，不同骨料瀝青混凝土在同一溫度下劈裂強(qiáng)度值均隨著浸泡時(shí)間的延長而減小，和斜坡流淌值之間呈現(xiàn)出比較顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在同一溫度條件下，石灰?guī)r骨料瀝青混凝土的劈裂強(qiáng)度值要大于花崗巖骨料。

表3 石灰?guī)r骨料劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表4 花崗巖骨料劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 語

此次研究通過室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討了骨料類型對長期浸水條件下瀝青混凝土斜坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果顯示，在相同浸泡時(shí)間和溫度條件下，石灰?guī)r骨料瀝青混凝土的斜坡流淌值相對較小而劈裂強(qiáng)度相對較大，更有利于提高瀝青混凝土面板的質(zhì)量和耐久性。由于瀝青混凝土的熱穩(wěn)定性不足，因此，瀝青混凝土面板的變形可以分為剪切變形和斜坡流淌。其中，斜坡流淌的影響因素主要取決于瀝青本身的黏度，影響剪切變形的因素則取決于防滲面板的坡度。因此，在后續(xù)的研究中可以改變斜坡的坡度進(jìn)行抗剪試驗(yàn)，研究坡度值對瀝青混凝土熱穩(wěn)定性的影響，以便為相關(guān)研究和工程建設(shè)提供有益的支持和借鑒。