骨料类型对长期浸水条件下沥青混凝土斜坡稳定性的影响

杨树波

(朝阳宏泰建设工程管理有限公司，辽宁 朝阳 122000)

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验中使用的沥青为克拉玛依是由化工有限公司出品的90A级道路石油沥青。其针入度为81 mm，延度>100 cm，软化点为48.5 ℃，均符合相关规范的要求，可以用于此次试验研究。

试验用填料为锦州方东水泥有限公司出品的P·O 42.5普通硅酸盐水泥和石灰石石粉。其中，水泥材料的表观密度为3.06 g/cm3，亲水系数为0.68，含水率为0.37%；石灰石石粉的表观密度为2.65 g/cm3，亲水系数为0.79，含水率为0.49%。

试验用细骨料为普通河砂，其细度模数为2.65，为中砂。试验用粗骨料有两种，分别是人工破碎花岗岩砾石和破碎石灰岩材料，其粒径范围均为5～25 mm，级配良好。

1.2 试件制作

试验中根据面板沥青混凝土的相关施工规范和工程经验确定沥青混凝土配合比，其主要参数为：粗骨料配比为54%，细骨料配比为35%，填料配比为11%(其中，沥青含量为6.6%)。按照试验配合比城区试验所需要的骨料和填料，放入烘箱在105 ℃ 的温度条件下加热烘干；计算并称量好沥青用量并加热至110 ℃脱水，在加热过程中需要人工搅拌[1]。将烘干后骨料和填料放入搅拌机搅拌均匀，然后，在其中心部位挖出一个坑，将热沥青倒入坑内继续搅拌2 min，至粗骨料表面完全被沥青覆盖。将搅拌好的混合料倒入模具铺平并用击实锤均匀击实。然后，将其在室内环境下自然冷却至室温后脱模[2]。

1.3 试验方案

试验中利用斜坡流淌试验的方式测试不同骨料种类沥青混凝土面板的斜坡稳定性。在试验过程中，将试件放置在30 ℃、50 ℃、70 ℃和90 ℃4种不同温度清水中浸泡，浸泡时长分别为2 d、4 d、8 d、16 d、32 d、64 d和128 d。在浸泡结束之后，再将试件在20 ℃的水中恒温2 h，然后，进行斜坡流淌试验，并对试验结果进行对比。

1.4 试验方法

将浸泡到方案规定时间的试件取出擦拭干净，利用AB胶将其和斜坡流淌仪的底座模具粘牢固，然后，将底座用螺丝固定好。在实践黏结之前，需要使用锉刀将试件的边缘磨平，以保证在和试件底部距离50 mm的部位黏结铜片，将万用电表的红头接在铜片上，黑头连接螺旋测微器，调整螺旋测微器测头位置，保证其与铜片良好接触，然后，将万用电表的档位置于电阻档。对螺旋测微器进行调整，保证电路通路，并读取此时时间的读数。将斜坡流淌仪和试件放入烘箱，将温度调节为70 ℃。在70 ℃的条件下恒温48 h后取出，读取试件的变形值[3]。在流淌试验结束之后，将试件取下，利用万能试验机进行劈裂试验。在试验过程中，万能试验机的加载速率设置为50 mm/min，按照规定的加载速率将试件加载劈裂破坏，记录加载过程中所受到的最大荷载。

2 试验结果与分析

2.1 斜坡流淌值

对不同温度、不同浸泡时长条件下试件的斜坡流淌值进行测试，结果如表1和表2所示。由于沥青混凝土是一种黏弹性材料，具有较高的温度敏感性。在阳光直射到沥青混凝土面板上之后，其混凝土的温度可以达到70～90 ℃，因此，其热稳定性会明显下降，可能导致沥青混凝土产生流动变形等危害形式。从试验结果来看，经过不同温度水中的浸泡，各试件的斜坡流淌值均<0.80 mm，变化不大且符合试验规范中的相关要求。随着浸泡温度的升高，沥青混凝土的斜坡流淌值呈现出逐渐增大的变化特征。究其原因，主要是沥青为黏弹性材料，容易受到温度的显著影响，特别是温度升高到超过沥青软化点之后，其形态会逐渐由玻璃态转化为黏流态，也就是由固体转化为流体。水工沥青混凝土与普通公路用沥青混凝土相比，属于典型的富沥青混凝土，因此，渗透系数小，具有良好的防渗性能，在外界环境温度升高的情况下，其热稳定性很容易受到明显的影响，导致试件的斜坡流淌值明显增大。从不同的骨料类型试验结果对比来看，石灰岩骨料沥青混凝土在相同浸泡时间和浸泡温度下的斜坡流淌值相对较小。究其原因，主要是花岗岩材质骨料的粗骨料含量较多，填料用量小于石灰岩沥青混凝土，而自由沥青不与集料直接接触，不会产生相互作用，而结构沥青是改变沥青混凝土性能的关键性因素，因此，石灰岩粗骨料沥青混凝土的斜坡流淌值相对较小。

表1 石灰岩骨料斜坡流淌值试验结果

表2 花岗岩骨料斜坡流淌值试验结果

2.2 劈裂强度

对不同温度、不同浸泡时长条件下试件的劈裂强度进行测试，结果如表3和表4所示。由表中的计算结果可以看出，当沥青混凝土面板经过水分的长期浸泡和阳光的直射之后，其强度产生改变。从具体的变化特征来看，不同骨料沥青混凝土在同一温度下劈裂强度值均随着浸泡时间的延长而减小，和斜坡流淌值之间呈现出比较显著的负相关关系。在同一温度条件下，石灰岩骨料沥青混凝土的劈裂强度值要大于花岗岩骨料。

表3 石灰岩骨料劈裂强度试验结果

表4 花岗岩骨料劈裂强度试验结果

3 结 语

此次研究通过室内试验的方式，探讨了骨料类型对长期浸水条件下沥青混凝土斜坡稳定性的影响。结果显示，在相同浸泡时间和温度条件下，石灰岩骨料沥青混凝土的斜坡流淌值相对较小而劈裂强度相对较大，更有利于提高沥青混凝土面板的质量和耐久性。由于沥青混凝土的热稳定性不足，因此，沥青混凝土面板的变形可以分为剪切变形和斜坡流淌。其中，斜坡流淌的影响因素主要取决于沥青本身的黏度，影响剪切变形的因素则取决于防渗面板的坡度。因此，在后续的研究中可以改变斜坡的坡度进行抗剪试验，研究坡度值对沥青混凝土热稳定性的影响，以便为相关研究和工程建设提供有益的支持和借鉴。