水工沥青混凝土低温收缩系数影响因素的试验研究

陈 华

福建船政交通职业学院 土木工程学院，福建 福州 350007

水工沥青混凝土低温收缩系数α 是分析沥青混凝土防渗结构低温应力中的主要参数，对使用沥青混凝土防渗面板的水工建筑物来说尤为重要，对其面板应力影响差异也很大［1］。沥青品种、含量以及温度的变化对α 值的影响很大［2］。沥青品种的技术指标包括密度、延度、软化点等。相对于道路沥青混凝土，水工沥青混凝土的沥青含量较高，为了找出各因素对水工沥青混凝土收缩系数α 值的影响，本文将对其进行一系列的试验测定，以期取得一些有意义的结果，对实际工作产生有参考价值的依据。

1 试验原理及方法

1.1 试验方案的确定

结合实际，综合考虑沥青品种、沥青含量以及环境温度这三大因素，本文低温段的线收缩系数包括以下几个方面：

（1）选择两种不同含量的沥青进行试验，研究它们对α值的影响；

（2）选择3 种不同品种的沥青进行试验，研究它们对α值的影响；

（3）研究不同温度段对α值的影响，采用4 种升降温方式来进行研究：-30℃升温至5℃；5℃降温至-15℃；5℃降温至-30℃；-15℃降温至-30℃。而后计算出这4 种情况下的α值，并比较分析所测得的结果。

1.2 试验仪器

（1）高低温箱：内部尺寸100cm ×100cm ×100cm，温控范围+70℃～-50℃，误差±0.5℃，降温速度30℃/h。

（2）高精度位移传感器：市面上常用的传感器中，电感式的受温度变化影响较小，因此，我们采用的也是这种电感式位移传感器，精度值±1μm，量程0.1cm，比较稳定，受温度影响小，通过修正可使用。

（3）石英玻璃基准棒：尺寸为20cm ×4cm×4cm，位移传感器夹具和铟钢量棒：尺寸为Φ0.8cm ×12cm。

（4）计算机数据处理系统。

1.3 试验步骤

（1）采用击实成型法制作板形试件，根据水工沥青混凝土试验步骤，将试件锯成20cm ×4cm×4cm 的长方体，表面平整，并测定其孔隙率（≤3 %）、容重等。

（2）在常温条件下测定位移传感器的系数。

（3）利用温度变化检测变形量测系统的修正值△S修。先将位移传感器安装在石英玻璃上，控制夹具之间的量测距离L 在10cm 左右（见图1）。在高低温箱中放入石英玻璃测量系统，设置5℃作为起始温度T0，保持35min 以上，分别记录下传感器两读数S′01 与S′02，接着下调温度至30℃，作为低温值T，保持35min，再分别记录下传感器两读数S′11 与S′12。那么，变形量测系统计算的修正值为：

测定该量测系统的修正系数需进行3 次平行试验，每次相差应小于10 %，然后取平均值作为最终结果。

（4）将位移量测系统安装在试件上，放入高低温箱，保持起始温度T035min，然后记录下传感器的两读数S01与S02，接着冷却至低温值T，保持35min，记录下此时传感器两读数S11与S12，而后将高低温箱温度上调至起始温度T0，结束第1 次循环。

（5）第2、3 循环测试按照第1 循环的方法进行。

图1 位移传感器安装位置图

1.4 试验结果处理方法

沥青混凝土的线收缩系数α计算公式如下：

式中：α为沥青混凝土的线收缩系数（1/ ℃）；

ΔS为沥青混凝土试件在试验中从初始温度T0 下降到最终温度T 的变形量；计算两次位移传感器的均值，即

式中：ΔS修为量测系统在试验过程随着温度变化的修正值；

ΔT为温度变化量，ΔT=T0-T，T0为试验初始温度，T为试验最后温度；

L为夹具安装在传感器两端的距离，试验L 值为100mm。

试验结果取同一试件三次循环试验测算的均值，如果每次循环试验结果差异超过10 %，则试验无效需重做。对于同样的沥青混凝土，用于平行试验的试件不应少于三个，当测算的结果为最低值与最高值的差值小于平均值的20 %，则试验有效，该平均值即为最终的试验结果。

2 沥青混凝土低温段线收缩系数试验

表1 3 种沥青的技术指标

本次试验结合施工实际，摸拟工地现场，选用工程中使用的骨料及水利工程中普遍使用的1#、2#、3#沥青，它们的技术指标见表1。

本次试验沥青混凝土配合比设计如表2 所示，采用以上三种沥青分别制成沥青混凝土试件，先击实成板型，再锯成20cm×4cm ×4cm 的试件。

表2 4 种沥青混凝土的配合比设计

选取4 种沥青混凝土试件，给予不一样的配合比，进行低温段线收缩系数α的试验研究。α值按公式（3）计算，如表3所示。

表3 不同配合比的4 种沥青混凝土试验结果

由表3 分析可以得出：

①设定的相同降温条件下，当温度从5℃降至-30℃，对线收缩系数α值影响

比较大的是沥青品种。由3#沥青制备的试件其平均线收缩系数值最大，为4.05×10-5/℃，而1 号沥青制备的试件平均线收缩系数值为2.88×10-5/℃，两者之间相差29 %；

②设定的相同降温条件下，当温度从5℃降至-30℃，沥青的品种相同时，

沥青含量对α值的影响不大。3#沥青，7.6%含量时其平均线收缩系数α值为4.05×10-5/℃；当7.1%含量时，其平均线收缩系数α值为4.00×10-5/℃，两者之间只相差1.2%；

③同一种沥青混凝土，在不一样的降温区间，其α值也不同，且相差较大。

当温度从5℃降至-14.9℃时，由1#沥青制备的沥青混凝土试件，其平均线收缩系数α值为3.15×10-5/℃；当温度从-14.9℃降至-30.0℃时，其平均线收缩系数α值为3.01×10-5/℃，两者之间相差44%。由此可见，低温段的线收缩系数α值差异小于高温段；

④相同品种及含量沥青的试件，在升降温过程中，其α值变化不大：如7.6%

含量的3#沥青，当温度从5℃下降至-30℃时，其平均线收缩系数α值为4.05×10-5/℃；当温度从-30℃上升至5℃时，其平均线收缩系数α值为3.71×10-5/℃，两者之间相差8.4%。

3 结论

沥青品种、含量以及降温过程等诸多因素对沥青混凝土低温段线收缩系数α值均有影响，其中沥青品种影响最大；不同的降温区间对线收缩系数影响也不同，其中低温段的α值小于高温段；而沥青含量变化（±0.5%）及升降温过程对其的影响相对较小。