水工沥青混凝土高温性能评价与改善措施

2014-10-25王应章

黑龙江水利科技 2014年11期

王应章

(中国葛洲坝集团公司，湖北宜昌443002)

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。

1 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KT是沥青混凝土20 ℃抗压强度与50 ℃抗压强度的比值:

式中:KT与这两种温度下的抗压强度变化成正比，也就是说KT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60 ℃的条件下，将配置的混凝土试件保温45 min左右，然后将试件放在马歇尔稳定度仪上，以50 ±5 mm/min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(20 ～30 ℃)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70 ℃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［1］。

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。

图3 沥青含量与热稳定系数关系曲线

图4 混合料空隙率与热稳定系数关系曲线

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。