水工沥青混凝土高温性能评价与改善措施.pdf

2 0 1 4年第 1 1 期 ( 第 4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 1 】 2 01 4 ( T o t a l N o 4 2 ) 文章编号 ： 1 0 0 77 5 9 6 ( 2 0 1 4 ) 1 1 0 0 4 0 0 3 水工沥青 混凝 土高温性能评价与改善措施 王应 章 ( 中国葛洲坝集团公司， 湖北 宜昌4 4 3 0 0 2 ) “ ” 8技术论坛 f 巳 目 _ _ 巳 l_ 摘要 ： 沥青混凝土适应基础变形能力强、 防渗性能好、 易于维护和维修等特点 ， 在国外的许多 工程中得到了广泛的应用， 特别是抽水蓄能电站水库中的防渗。文章通过沥青混凝土在水工 防渗面板中的试验研究， 讨论了沥青混凝土高温性能的评价与改善措施， 该试验研究表明采用 纤维混入法可改善混凝土的性能 ， 从而， 提高沥青混凝土高温下抗变形的能力。 关键词： 水工 ； 沥青混凝土； 高温性能； 抗变形能力； 掺人纤维 中图分类号 ： T V 5 2 8 4 2 文献标识码： B Hy dr a ul i c As p ha l t o f Hi g h Pe r f o r ma nc e Co n c r e t e Ev a l ua t i o n a nd I mpr o v e me nt M e a s u r e s W ANG Yi n g z h a ng ( C h i n a G e z h o u b a D a m G r o u p C o m p a n y ， Y i c h a n g 4 4 3 0 0 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： As ph a l t c o n c r e t e h a s t he c h a r a c t e ris t i c s o f a d a pt i n g t o f o u n d a t i o n d e f o r ma t i o n a b i l i t y， g o o d w a t e r p r o o f p e r f o r ma n c e ， e a s y ma i n t e n a n c e a n d r e p a i r a n d i s w i d e l y u s e d i n m a n y p r o j e c t s i n f o r e i g n c o u n t r i e s ， e s pe c i a l l y i n t h e a n t i - s e e p a g e f o r t h e pu mp e d s t o r a g e p o we r s t a t i o nTh r o u g h t h e e x p e rime n t a n d r e s e a r c h o f a s p h a l t c o n c r e t e i n t h e h y d r a u l i c e n g i n e e r i n g a n t i s e e pa g e pa n e l ， t h e p a pe r d i s c u s s e s t h e e v a l u a t i o n a n d i mpr o v e me nt me a s u r e s o f h i g h p e rfo rm a nc e a s ph a l t c o n c r e t eTh e e x p e rime n t i n d i c a t e s t h a t t h e c o n c r e t e p e rfo rm a n c e c a n b e i mp r o v e d b y u s i n g d o p e d fib e r ； t h u s， i mp r o v e t h e a bi l i t y o f t h e h i g h t e mp e r a t u r e de f o rm a t i o n r e s i s t a n c e o f a s p h alt c o n c r e t e Ke y wo r d s：h y d r a u l i c e n g i n e e nn g；a s p h alt c o n c r e t e；h i g h t e mp e r a t u r e p e rfo rm a n c e；d e f o r ma t i o n r e s i s t a n c e； d o pe d fib e r 天然沥青早在五千多年前就已被人类发现并用 作建筑材料， 如今 沥青混凝 土作 为一种人工合 成的 建筑材料 ， 被广泛应用 于道路 、 房屋建筑 、 机场跑道 、 城市垃圾填埋 、 渠道及水工结构等领域。由于沥青 的性能较其他建筑材料复杂 ， 并且 沥青混凝 土是一 种有机材料 与无机材料混合而成 的复合材料 ， 性能 就更加复杂 ， 特别是针对沥青混凝 土的高温稳 定性 能我们还需要更加深入的研究 。文章拟采用 马歇尔 稳定度试验以及沥青混凝土流值等进行沥青混凝土 高温性能的评价 ， 并探索其改善的措施。 l 沥青混凝土热稳定 系数评价指标 1 1 沥青混凝土热稳定系数 沥青混凝土的高温性能一般应用它的热稳定系 数进行评价 ， 热稳定系数 是沥青混凝土2 0抗压 强度与5 0抗压强度的比值 ： Kr = R 2 0 ( 1 ) 式 中： 与这两种温度下的抗压强度变化成正比， 也就 是说 的值越小， 这两种温度下的抗压强度变化就越 小， 代表他的稳定性越好。所以说， 温度敏感性小的沥 收稿 日期 2 0 1 4 0 6 1 8 作者简介 王应章( 1 9 7 0 一) ， 男， 四川中江人， 高级工程师， 工程硕士， 研究方向为水利水电工程。 一 40 王应章： n k 工沥青混凝土高温性能评价与改善措施 第 1 1 期 青不仅有好的低温性能 ， 又有好的热稳定性。 1 2马歇尔稳定度 马歇尔稳定度是指在6 0的条件下 ， 将配置 的 混凝土试件保温4 5 rai n 左右， 然后将试件放在马歇尔 稳定度仪上 ， 以 5 05 m m m i n 的形变速度 加荷 ， 直 至试件破坏时的最 大荷 载称 为马歇尔稳定度 ( 简称 MS ) ， 可以测量 和反映沥青混凝土 的稳定度和流值 等指标。 1 3 沥青混凝土斜坡流淌值( 流值) 沥青材料是一种温度敏感性较高的材料 ， 它在高 温时呈液态 ， 在常温( 2 0 3 0 o C) 和低温状态显固态。 沥青混凝土的性能在很大程度上取决于沥青材料的 性质。沥青混凝土在刚摊铺完成和 阳光长时间照射 下 ， 温度一般可 以达到7 0以上 ， 在高温下易产生流 动变形使骨料与沥青分离( 离析) ， 孔隙率与渗透性都 增大 ， 降低沥青混凝土面板的强度和耐久性 ， 使大面 积的面板在斜坡上变形而失去稳定， 进而影 响大坝 的 使用功能， 这种变形就是斜坡流淌值( 流值) 。 2 沥青混凝土高温稳定性能试验研究 2 1 实验方法简介及实验物理变形分析 斜坡流淌变形和热稳定性 能的实验分析 ， 主要 是模拟面板 实际工作情 况， 在规定 的时间内测定变 形量。在此试验 中试件会在受拉 、 受压 以及 受弯的 作用下发生明显的变形 。物理变形 的不同在一定程 度上能反映沥青混凝 土的性 能好 坏 ， 受力 条件的好 坏也影响最后的试验成果。另外 ， 沥青混凝 土有一 定的黏性 ， 在试验过程中容易和试验平 台黏在一起 ， 增强了试件 的约束条 件 ， 这就容易改变试件 的受力 状态 ， 影响试验结果。 2 2 沥青混合料马歇尔稳定性试验压缩变形分析 在马歇尔稳定试验 中试件在 圆环形压力作用下 受力示意图如图 1和图 2所示。 图 1 马歇尔稳定试验受力示意图 图 2 马歇 尔稳定试验受力分区示意图 将试件的受力情况分为四个区域。如图 2 ， 受外 力作用较强的区域 1 、 2 ， 可看成三向受力状态。而区 域 3 、 4由于受挤压力 ， 约束相对较弱 ， 考虑到试件是 黏弹性材料制成以及内部压力作用， 发生变形。 沥青混凝土高温性 能主要包 括离析变形 ( 表面 现象) 和性能发生变化( 内部现象 ) ， 本次主要对高温 性能的试验方法进行分 析， 用斜坡流淌和热稳定 系 数两个指标来评价 沥青混凝土 的高 温性 能 ， 通过试 验并认真分析筛选出的数据， 能够找到沥青混凝土 高温性能的影响因素。 2 3 沥青含量 、 密度 、 空隙率混合料与热稳定系数 的关系 1 ) 同沥青含量 、 混合料密度 、 空隙率条件下的沥 青混凝土热稳定系数试验数据见表 1 。关系曲线如 图 3和图 4所示 。 沥青含 壁， 图 3 沥青含量与热稳定 系数关系曲线 7 6 5 4 3 2 1 0 2 0 5 2 1 2 1 5 2 2 2 2 5 2 3 2 3 5 2 4 试忭空隙率， 图 4 混合料空隙率与热稳定 系数关系曲线 一 41 2 O S O S O 5 O S O 5 7 6 6 S S l t 3 3 2 赧峨 繇蒜 辍 懈 辫壤 2 0 1 4年第 1 1 期 ( 第 4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 1 1 2 Ol 4 ( T o t a l N o 4 2 ) 从图 3可以看 出， 在沥青混凝土 中沥青含量越 大， 沥青混 合料 的热稳 定系数 就越 大， 当含 量超 过 4 时 ， 其热稳定增加系数减缓。另外从 图 3中还 可 以看出， 混合料热稳定 系数 随着试件密度 的增加 而 减小。见图4混合料空隙率与热稳定系数的关系曲 线， 它反映混合料 的空隙率与试件 的热稳定 系数成 反比的关系。从综合沥青用量、 密度和空隙率来考 虑 ， 混合料 热稳定系数都 在 4左右 曲线发 生突变。 因此 ， 全面分析可知沥青含量 、 混合料密度和空隙率 三者本身存在着联系， 共同影响沥青混凝土的热稳 定性能。 表 1 沥青混凝土热稳定试验数据 2 ) 沥青混凝土碾压温度与热稳定关系试验数据 见表 2 。 表 2 沥青混凝土热稳定试验数据 沥青混合料一般是 由骨料 、 填 充料 以及其他 用 料用沥青黏结起来的 ， 从表 2中可以看出 ， 碾压温度 对于沥青混合料面板的施工有很大的影响。 3 沥青混凝土高温性能评价 沥青混凝土面板的斜坡流淌值是测量高温沥青 混合料发生的离析变形 ， 试验时我们主要是针对复 合式结构面板的防渗层， 所以在试验时沥青含量取 7 左右 ， 并将纤维含量 的因素也考虑进来 了。通过 比较分析得出 ： 1 ) 沥青含量 7 5 、 纤维含量 0 3 对于有防渗 要求的混合料而言是较有利有控制变形的。 2 ) 对于沥青含量在 7 左右的沥青混合料 ， 一般 密度取2 3 22 3 5 s c m ， 空 隙率一般 在 1 3 2 3 ， 在这些范围内变化可以保证混合料流值不会 出现大的变动 ， 有利于控制质量 。 3 ) 当沥青混合料的沥青含量为7 5 ， 纤维含量 42 在0 2 一 0 3 变化对沥青混合料流值影响较大， 但是随着纤维含量继续增加 ， 这个影响变小 ， 说明纤 维过多破坏 了沥青混合料的结构组成 ， 这要 引起我 们的特别注意。 4 沥青混凝土高温性能改善措施 根据沥青混凝 土的性 能， 在沥青混合料 中可掺 加植物纤维掺料 ， 纤 维与纤维 间搭接成三维立体结 构， 从而提高了结构的稳定性 ， 对沥青混凝土起到改 善的作用以提高沥青混合料 的性 能。不同的沥青含 量和纤维含量的条件下测得 的流值见表 3 ， 在不同的 沥青含量、 混合料密度、 空隙率的条件下测得的流值 的最后结果见表 4 。 表 3 沥青混凝土流值试验数据 沥青含量 7 7 4 7 5 7 7 8 8 3 8 5 9 密度 g c m一 2 3 4 5 2 3 4 2 3 39 2 3 3 3 2 3 27 2 3 2 2 31 4 2 2 9 6 空隙率 2 3 1 8 1 7 1 7 I 5 1 3 1 3 1 3 通过对水工沥青混凝土高温性能 的评价 可知， 在最佳沥青用量 下， 不同的纤维含量对混凝 土的高 温性能的改善有不 同的作用。所 以说 ， 纤维 掺入提 高沥青混凝土的抗高温变形能力不是 随便加 入的， 它有一个最佳值 ， 如果超过这个最佳值 ， 或者比这个 最佳值低 ， 混凝土 的抗高温变形能力都不能得到很 好的提高 ， 甚至会有适得其反的作用。 5 结语 高温变形是 沥青混凝土最 常见的现象之一 ， 需 要我们采用一定的方法避免这种现象的发生。通过 实验研究 ， 可以采用纤维混入法来改善混凝土 的性 能 ， 从而提高它的高温抗变形能力 。 参考文献 ： 1 栗东海 不同纤维沥青混凝土高低温性能试验研究 J 交通标 准化 ， 2 0 1 2 ( 1 4 ) ： 6 2 6 4 一 引蚰 H 值一 n n L i 流一