水工沥青混凝土低温收缩系数的研究.pdf

第9卷第3期
中国水利水电科学研究院学报
Vol 9 No. 3
2011年9月
Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research September, 2011
文章编号:1672-3031(2011)03-0200-05
水工沥青混凝土低温收缩系数的研究
单海超,郝巨涛,刘增宏
(中国水利水电科学研究院结构材料硏究所,北京100038)
摘要:为研究温度对沥青混凝土低温收缩系数的影响,采用两种方法(标准试验法和 Jones公式法)进行了沥青混
烻土和沥青玛蹄脂的低温收缔系数试验研究,其结果均随温度的降低而降低。在-1
℃,沥青混凝土的温
度收缩系数随温度的降低呈线性变化,在-35℃以下,温度收缩系数随温度的降低趋势逐渐减缓,并逐渐接近矿
料的低温收缩系数。同时,由试验方法和 Jones公式法得到的沥青混凝土和沥青玛蹄脂的温度收缩系数差别较
大,说明低温时采用 Jones方法估算这类混合料的温度收缩系数有较大误差。
关键词:沥青混凝土;沥青玛蹄脂;低温收缩系数;线膨胀系数
中图分类号:TV431
文献标识码:A
研究背景
水工沥青混凝土低温收缩系数是沥青混凝土防渗结构温度应力分析中的重要参数。以往的温度
应力分析中,无论是水利工程还是道略工程,都将沥青混凝土低温收缩系数作为常数3。我国的《水
工沥青混凝土试验规程(DL/T5362-2006)》“也将沥青混凝土的低温收缩系数在初始温度T.(一般为
0C)和低温值T(一般为-30℃)之间作为常数考虑。国外对沥青混凝土的低温收缩系数曾进行研究
ones等曾根据沥青混凝土各种组分的体积关系提出了一个估算沥青混凝土的低温收缩系数的公
式,该公式也被广泛采用2。已有研究表明,沥青混凝土低温收缩系数并非常数,而是温度的函
数。文献[7研究认为,在10℃~-30℃的温度区间内,沥青混凝土的低温收缩系数随温度降低而先增加
后减小,在0℃附近有最大值,收缩系数约为35x10C~20x10℃,并得到了沥青混凝土、沥青砂石
和沥青碎石不同降温速率下的低温收缩系数一温度曲线。文献[8]的研究也表明,沥青混凝土低温收
缩系数是关于温度的非线性函数。相对于道路沥青混凝土,水工沥青混凝土的沥青含量较高。文献
9]研究了不同沥青品种、沥青含量及温度对水工沥青混凝土低温收缩系数的影响,结果表明,沥青
品种对低温收缩系数影响较大,沥青含量及升温降温过程的影响较小,同一沥青混凝土不同温度段
其低温收缩系数不同,并实测出某一级配的沥青混凝土在5℃~-14.9℃时其收缩系数值为40.8x
0/℃,在-14.9℃~-35.1℃时其收缩系数值为25.4x10°/℃,但该文献并没有对沥青混凝土低温收缩系
数与温度的具体关系进行深入研究。本文对水工沥青混凝土的低温收缩系数进行试验研究,以期取
得了一些有意义的结果。
试验方法
试验采用《水工沥青混凝土试验规程(DLI5362-2006)》“中规定的标准方法。沥青混凝土低温收
缩系数试验系统由高低温箱、精密数字位移传感器、位移传感器夹具、铟钢棒、石英基准棒和采集
系统组成,见图1。
高低温箱:工作室尺寸100omx1000mmx1000mm,工作温度范围:+100℃~-70℃C,温度不均匀
收稿日期:2010-12-07
作者简介:单海超(1986-),男,河南安阳人,硕上生,主要从事湖青混凝土性能研究。E-mail:shanhaichaol@l63.com
水工沥青混凝土低温收缩系数的研究单海超郝巨涛刘增宏
度不大于+0.5℃,降温速度可控制在0~50℃h范围内。采用的
沥青混凝土试件尺寸为200mmx40mmx40m,试件两侧安装位
移传感器,配合采用铟钢棒量测试件的温度收缩位移。精密数
位移传慼器
字位移传感器量程为30mm,线性度不小于95%,额定输出信
铟钢量棒
试件或石英玻璃
号0-2V,分辨率0.01mm/字,工作温度-55℃~70℃,且在该温
粘结版
度范围内的增益温度系数能满足高稳定度和高分辨率的測量要
角版
求。银钢棒尺寸为d8mx120m,收缩系数约为1.0x10F℃"0。
调节夹头
沥青混凝土低温收缩试验的关键是在降温过程中,保证采
螺钉
集到的数据仅为试件的位移量。由于铟钢棒、位移传感器及传
图1量测系统装置
感器夹具材料都有一定的温度收缩系数,位移量测系统的变形
随温度的变化也不可忽略。因此试验之前对量测系统进行了标定。标定采用石英玻璃棒作为基准
器,其尺寸为200mmx25mmx25mm,石英玻璃的温度收缩系数约为0.54x10°/℃"。将铟钢棒、位移
传感器及夹具安装在石英玻璃基准器上,如图1所示。在降温过程中,量测出位移传感器和夹具随温
度变化的位移曲线,并进行曲线回归,将回归关系作为修正曲线S输人计算机。由于石英玻璃的低
温收缩系数为沥青混凝土的1/(15~40),标定中忽略了石英玻璃的变形。标定前,首先在常温下对使
用的两个位移传感器进行了标定,结果表明传感器的输出电压值和输入位移值存在线性关系,相关
系数均为1.0。经试验测定,S与环境温度有关,其温度变化率与温度呈线性关系,AS最△T=
0.0372T(℃)+6.84]x10mm/P℃C
进行低温收缩试验时,位移传感器给出的变形总量S由两部分组成,一部分是试件的变形量S式
另一部分是量测系统的变形量S。将变形总量S减去量测系统的变形量S量,即可得到试件的变形
量S
试一心总一”量0
在温度量测方面,试验中采用了两个温度传感器。除将一个温度传感器置于试验试件表面,以
量测试件表面的环境温度,同时在高低温箱中另放置一个试件作为伴随试件,将另一个温度传感器
插入伴随试件内部,以了解试件内部的温度。试验开始时,在初始温度70下恒温至少1h,待两个温
度传感器的读数相差不到1℃时方可进行降温试验。试验中降温速率为10℃h,达到要求温度值时需
恒温不小于35min,方可记录两个位移传感器的位移读数,并以两个位移传感器读数的平均值为试件
位移值。试件的温度收缩系数α按下式计算
△
式中:a为温度收缩系数,I/RC;△S试为试件在温度变化范围内的位移变化,mm;L为位移传感器夹
具间的标距,mm;△T为温度变化值,℃。
表1沥青性能指标
项目
数值
针人度(25C,100g,5s)
软化点(环球法、℃)
47.3
25C. 5cm/min
>150
延伸度/m
15℃,5cm/min
>
4℃,lcm/min
24.4
软化点升高℃
延伸度(25℃,5cm/min)
137
薄膜加热试验(165℃,5h)
延伸度(15℃,5cm/min)
延伸度(4℃、1cmu/min)
针人度比/%
质量损失/%
0.121