唐婉秋，王中良，翁昌國，岳峰林

(四川省紅魚洞水庫建設(shè)管理局，四川 巴中 636600)

瀝青混凝土心墻壩因其具有良好的防滲、變性協(xié)調(diào)和抗震性能，在水利工程中得到廣泛應(yīng)用[1- 4]。熱拌心墻瀝青混凝土是一種典型的溫度敏感材料，其施工溫度一般均在常溫環(huán)境下進(jìn)行，但面臨來年度汛要求時，可能會存在冬季施工的問題，加上施工機(jī)械、拌和設(shè)備等故障，都可能造成在攤鋪上層瀝青混凝土?xí)r下層瀝青混凝土溫度過低，不能滿足規(guī)范要求的70℃的條件[5- 7]。楊樂天等[8]研究了不同終碾溫度對瀝青混凝土密實(shí)程度的影響，提出終碾溫度不得低于100 ℃。朱西超[9- 10]對不同結(jié)合面溫度心墻瀝青混凝土的力學(xué)性能開展了室內(nèi)試驗(yàn)研究，提出下層瀝青混凝土溫度降低至30℃時，瀝青混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能下降不明顯。何建新、余林等[11- 12]對結(jié)合層面的碾壓施工工藝開展了相關(guān)研究，當(dāng)結(jié)合面溫度較低時采用高溫?zé)峁橇霞訜岬姆椒軌蛉〉美硐胄Чａ槍r青結(jié)合面溫度過低的問題，已有研究多采用室內(nèi)試驗(yàn)研究的方法，室內(nèi)試驗(yàn)多為小樣試驗(yàn)，試驗(yàn)條件易于控制，試驗(yàn)精度易于把握，但對工程實(shí)踐而言，現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)果對指導(dǎo)施工更具有說服力和指導(dǎo)意義。因此，本文開展了不同結(jié)合面溫度心墻瀝青混凝土力學(xué)性能的現(xiàn)場試驗(yàn)研究，旨在為寒冷環(huán)境條件下心墻瀝青混凝土的施工提供技術(shù)指導(dǎo)和理論支撐。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)方案

現(xiàn)場試驗(yàn)確定了4種不同結(jié)合面溫度(20、30、40、110℃)，瀝青混合料攤鋪碾壓完成后，待下層瀝青混凝土溫度降至相應(yīng)溫度后，首先攤鋪上層瀝青混凝土，上層熱料溫度控制在160℃左右，攤鋪厚度約為30cm，然后進(jìn)行碾壓，在瀝青混凝土結(jié)合面以下20mm處埋設(shè)溫度傳感器，監(jiān)測下層瀝青混凝土的溫度變化。最后鉆取芯樣，對瀝青混凝土開展相關(guān)力學(xué)性能試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法參照公路工程瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[13]和水工瀝青混凝土試驗(yàn)規(guī)程[14]中要求的試驗(yàn)方法進(jìn)行。

抗剪斷試驗(yàn)：間隔50cm鉆取芯樣，對鉆取芯樣結(jié)合面進(jìn)行標(biāo)注，將試樣切割成Φ100mm×200mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件，使結(jié)合面位置處在正中間，將試件置于10℃環(huán)境條件下8h，然后進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時保持30kPa的恒定正壓力，剪切速率控制為0.01mm/s，每隔20s記錄剪應(yīng)力和剪切位移，試驗(yàn)過程中，剪應(yīng)力出現(xiàn)明顯下降時，即停止試驗(yàn)。每組試驗(yàn)制備3個試件，試驗(yàn)結(jié)果為3次試驗(yàn)結(jié)果的平均值。

拉伸試驗(yàn)：將瀝青混凝土芯樣加工成尺寸為220mm×40mm×40mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，將試件置于10℃環(huán)境條件下3h，然后將試件安裝在自動控溫萬能試驗(yàn)機(jī)上，進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)采用的應(yīng)變速率為2.2mm/min。每組試驗(yàn)制備3個試件，試驗(yàn)結(jié)果為3次試驗(yàn)結(jié)果的平均值。

小梁彎曲試驗(yàn)：將瀝青混凝土芯樣加工成尺寸為250mm×40mm×35mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，將試件置于10℃環(huán)境條件下3h，然后將試件安裝在自動控溫萬能試驗(yàn)機(jī)上，進(jìn)行試驗(yàn)。每組試驗(yàn)制備3個試件，試驗(yàn)結(jié)果為3次試驗(yàn)結(jié)果的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)合面溫度變化規(guī)律

下層料不同溫度條件下，攤鋪上層熱料后的溫度變化曲線如圖1所示，當(dāng)攤鋪上層熱料后，下層料溫度均有明顯的升高趨勢。由曲線變化規(guī)律可以看出，在0～60min時間段內(nèi)，下層料的溫度變化存在一個明顯的上升過程。在180min左右時，下層料溫度變化基本趨于平穩(wěn)。

圖1 下層料不同溫度條件下結(jié)合面溫度變化規(guī)律

當(dāng)下層料溫度為20℃時，攤鋪上層熱料后，溫度上升至67.6℃，基本接近70℃。30℃條件下，攤鋪上層熱料后，下層料溫度升高至70.1℃。當(dāng)下層料溫度為40℃時，攤鋪上層熱料后30min左右下層料溫度即達(dá)到70℃的要求，180min后，下層料溫度升高至84.5℃。結(jié)合施工規(guī)范中提出的70℃的要求，若規(guī)范中考慮了上層熱料攤鋪后對下層料溫度上升的影響，則上述溫度變化規(guī)律不與規(guī)范中的要求存在交叉；若規(guī)范中70 ℃是單純要求在攤鋪上層瀝青混凝土后碾壓時溫度，則上述溫度條件攤鋪上層160 ℃左右的熱料后，下層料溫度基本能滿足規(guī)范的要求。

2.2 抗剪結(jié)果與分析

不同溫度條件下抗剪試驗(yàn)結(jié)果見表1，其強(qiáng)度變化規(guī)律曲線如圖2所示。由密度及強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)結(jié)合面溫度逐漸升高時，試件密度不斷增大，結(jié)合面溫度越高，瀝青混凝土越容易碾壓密實(shí)。試件抗剪強(qiáng)度隨結(jié)合面溫度升高呈現(xiàn)不斷上升趨勢，試驗(yàn)結(jié)果以結(jié)合面溫度為110℃時為參考標(biāo)準(zhǔn)。其中結(jié)合面溫度為20、30、40℃的瀝青混凝土試件的抗剪斷強(qiáng)度，較110℃而言，分別下降了27%、12%、6%。由于施工規(guī)范[7]及設(shè)計(jì)規(guī)范[15]中沒有明確的抗剪強(qiáng)度要求，因此，本文中確定以結(jié)合面溫度110℃條件下試件強(qiáng)度的90%作為為判定不同溫度下試件結(jié)合面強(qiáng)度是否滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)結(jié)合面溫度為20℃的試件抗剪斷強(qiáng)度明顯不滿足，結(jié)合面溫度為30℃的試件基本滿足；由于下層結(jié)合面溫度過低，且在攤鋪時沒有對下層料進(jìn)行加熱，過大的溫差使得上層料溫度散失過快，碾壓過程下層結(jié)合面溫度不能快速升高，下層料溫度較低，碾壓過程中上層瀝青混凝土熱料難以進(jìn)入到下層料中，導(dǎo)致結(jié)合面不密實(shí)，出現(xiàn)薄弱層，結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度較低。

表1 不同結(jié)合面溫度下剪切試驗(yàn)結(jié)果

圖2 抗剪強(qiáng)度隨溫度變化曲線

2.3 拉伸結(jié)果與分析

不同結(jié)合面溫度下拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表2，拉伸強(qiáng)度變化規(guī)律如圖3所示。可以看出拉伸試件的密度隨著結(jié)合面溫度的下降而降低，不同結(jié)合面溫度拉伸試件的抗拉強(qiáng)度以及最大抗拉強(qiáng)度對應(yīng)的拉應(yīng)變也隨結(jié)合面溫度的降低在降低，結(jié)合面溫度為20、30、40℃試件的抗拉強(qiáng)度，較母材試驗(yàn)值而言，滿足母材性能的74%、90%、100%。結(jié)合面溫度為20℃的拉伸試件不滿足母材性能90%的要求，說明結(jié)合面溫度為20℃的結(jié)合區(qū)結(jié)合不夠好。結(jié)合面溫度為30和40℃的試件都滿足母材性能90%的要求，說明結(jié)合面溫度為30℃以上的試件結(jié)合良好。結(jié)合面溫度越高，試件結(jié)合的越好，在進(jìn)行抗拉試驗(yàn)時，試件的抗拉強(qiáng)度就會越大。表明結(jié)合面溫度對試件的抗拉強(qiáng)度影響比較明顯。

表2 不同結(jié)合面溫度下拉伸試驗(yàn)結(jié)果

圖3 拉伸強(qiáng)度隨溫度變化曲線

2.4 小梁彎曲結(jié)果與分析

不同結(jié)合面溫度下小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表3，小梁彎曲強(qiáng)度變化規(guī)律如圖4所示?？梢钥闯觯×簭澢嚰拿芏群涂箯潖?qiáng)度，都在隨著結(jié)合面的溫度降低而降低。以結(jié)合面溫度為110℃的抗彎強(qiáng)度值作為母材參考，結(jié)合面溫度為20，30、40℃成型試件的抗彎強(qiáng)度，它們與母材相比分別下降了10%、2%、1%。結(jié)合面溫度為20、30、40℃試件的最大彎拉應(yīng)變，與母材相比分別下降了33%、9.3%、1%，雖然結(jié)合面溫度為20℃的小梁彎曲試件，抗彎強(qiáng)度相較母材只下降了10%，但是最大彎拉應(yīng)變卻下降了33%，結(jié)果說明，當(dāng)結(jié)合面溫度過低時，瀝青混凝土的抗彎曲性能會受到很大的影響。

表3 不同結(jié)合面溫度下小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

圖4 彎曲強(qiáng)度隨溫度變化曲線

3 結(jié)論

本文結(jié)合工程實(shí)踐中存在的心墻瀝青混凝土結(jié)合面溫度問題，對不同結(jié)合面溫度下瀝青混凝土各項(xiàng)力學(xué)特性開展了現(xiàn)場試驗(yàn)研究，主要得出以下結(jié)論：

(1)不同下層瀝青混凝土溫度條件下，攤鋪160℃的上層熱料后，下層料溫度均有不同程度的升高，在攤鋪上層熱料后1h內(nèi)，下層料升溫過程明顯，約在3h后，下層熱料溫度變化趨于穩(wěn)定。

(2)隨著下層料溫度的升高，結(jié)合面處的抗剪強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度均有不同程度的提高，下層瀝青混凝土溫度為20、30、40℃時，其各項(xiàng)力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)較110℃條件下減小約30%、10%、6%。

(3)下層瀝青混凝土溫度為40℃時，其各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)與下層瀝青混凝土為110℃時基本一致，因此當(dāng)下層料不低于40℃時，心墻的施工質(zhì)量將得到有效滿足。