水利工程論文-壓實方法對水工建筑物中瀝青混凝土特性的影響（下）.doc

水利工程論文-壓實方法對水工建筑物中瀝青混凝土特性的影響（下）摘要：用于水工建筑物防滲的瀝青混凝土具有彈性和韌性，可以避免由于差異位移和剪力變形造成的膨脹、開裂及滲漏，瀝青混凝土的應力-應變-強度特性，明顯取決于配合比及配合材料的特性，然而在很大程度上也取決于為達到規(guī)定密度（空氣孔隙率）而采用的壓實方法。本文通過對4種不同方法壓實至同一初始密度的試驗室試樣以及由振動碾壓實的瀝青混凝土大壩心墻中鉆取的現(xiàn)場試樣進行三軸試驗，并比較試驗結(jié)果對此予以研究。關(guān)鍵詞：壓實方法水工建筑物瀝青混凝土特性影響5應力應變特性差異的可能原因為了確定不同實驗室壓實試樣間差異的原因以及現(xiàn)場壓實試樣為何比任一實驗室試樣顯示較軟的應力應變特性，進行了分析和研究，探討了如下問題：試樣空氣孔隙比的微小不同（見表2），有可能會導致觀測到的特性差異很大。對于一組采用同一方法壓實的三個試樣有這樣一個趨勢：孔隙率最低的試樣，其剛度和強度卻較其余試樣偏高。然而旋轉(zhuǎn)器試樣的孔隙率比所有其它試樣高，其剛度和強度卻較其它試樣高的多。因此空氣孔隙率的微小不同能引起應力應變特性的巨大差別。壓實過程中所施加的正應力的差別會導致壓實后在壓碎程度和骨料顆粒級配方面顯著的不同嗎？為查明這個問題，對沒加瀝青的骨料用靜態(tài)及馬歇爾法壓實，并施加所用壓實方法的最大和最小正應力。表3給出了兩種方法壓實前后的級配情況。壓實前后顆粒粒徑級配有所不同，馬歇爾壓實和靜態(tài)壓實的結(jié)果也不一樣。但這些變化較小并不能解釋隨后應力應變特性的較大變化。骨料在高正應力和壓力下壓實比在較低正應力和壓力下壓實其表面是否會吸收更多瀝青呢？如果是這樣，那么當較高的吸收導致較低的“游離”瀝青含量時便會對觀測到的應力應變特性產(chǎn)生影響。這個問題可通過研究不同水壓力等級下骨料的吸水量得以探明。結(jié)果表明吸水量變化非常小，而且對于更加粘滯的流體狀瀝青而言，這種吸收甚至會更小。因此瀝青吸收量的不同不能解釋顯著的特性差異。實驗室試樣是由實驗室條件下配置的混凝土制備的，而現(xiàn)場試驗是由現(xiàn)場拌和樣制備的，盡管配合比相同，這兩種不同的過程是否會導致混凝土應力特性的顯著差異呢？為查明這個問題，在制備實驗室壓實試樣時即使用現(xiàn)場拌和樓的混凝土，又使用實驗室中制備的混凝土?？捎^測到使用同一方法壓實的試樣，其應力應變特性的差異很小，而且沒有任何趨勢。是鉆取時的擾動引起了現(xiàn)場取芯試樣的低彈性模量及軟應力應變特性嗎？澆注并壓實試驗段瀝青混凝土之后，屆時混凝土已經(jīng)冷卻至大氣溫度，仔細地鉆取試樣，100mm直徑巖芯的表層擾動是可能的，但切開巖芯后，在表面薄層以內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)擾動。表2中現(xiàn)場巖芯孔隙率和旋轉(zhuǎn)壓實的實驗室試樣的孔隙率非常接近。較小的取樣擾動在任何顯著程度上影響到現(xiàn)場試樣的應力應變曲線看來不太可能?？赏普撊缦拢汉芸赡苁枪橇辖Y(jié)構(gòu)，顆粒骨架排布及不同壓實方法，所達到的連鎖程度的差異導致了觀測到的應力應變特性較大的不同。盡管所有試樣的骨料骨架的總孔隙率（即表2中VMA）幾乎相同，但孔隙的分布及最大最小孔隙的差距取決于骨料結(jié)構(gòu)，因而也取決于壓實方法。如果骨料由等徑的球體組成，將不存在骨架結(jié)構(gòu)的影響，孔隙率便成為控制參數(shù)。如果骨料由不同尺寸的球體組成則不同壓實方法所產(chǎn)生的不同骨架結(jié)構(gòu)的形象會非常小。骨料顆粒中的許多針片狀顆粒會對骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非常顯著的影響，這將在很大程度上取決于壓實方法。飽和砂和粉砂顆粒結(jié)構(gòu)對于其應力應變特性的重要性，好多人在土力學中曾給予研究。結(jié)論為：砂的結(jié)構(gòu)，孔隙比對密度的影響都非常顯著，這一現(xiàn)象將在下一部分進一步討論。6骨料結(jié)構(gòu)，連鎖狀況及剛度表3描述的馬歇爾及靜態(tài)骨料壓實試驗在一個直徑為101.6mm，高為76mm的標準Marshall鋼筒中進行。用Marshall錘擊實30次后模子中成塊的骨料顆粒仍可輕易移開。然而靜態(tài)壓實后即使用改錐撬動大于5mm的顆粒也很困難。骨料連鎖阻止了顆粒的移動，也表明了兩種壓實方法結(jié)果的差異。熱瀝青混凝土在澆入模子中制備三軸試樣之前的空氣孔隙率約為15%。熱瀝青對骨料產(chǎn)生潤滑作用，使骨料在壓實期間隨時間和壓力滑動和轉(zhuǎn)動。Marshall振動和靜態(tài)壓實法中有一個剛性圓盤，幾乎覆蓋了整個壓實模子的圓形橫斷面，其側(cè)壁也為剛性。壓實過程中沒有揉捏作用和應力轉(zhuǎn)動，而且空氣只能從圓模壁與頂盤外圍間約2mm的空隙排出。試樣冷卻后切開研究壓實骨料的結(jié)構(gòu)布置。Marshall振動及靜態(tài)壓實中針片狀骨料有一個趨勢，即在壓實期間針片狀骨料會定位于水平或豎直方向。三軸試驗后切割面與水平向成60，這大致與豎直壓縮時試樣的理論破壞面（45度+/2）相符。這些橫斷面明顯表明靜態(tài)壓實的試樣比振動或馬歇爾垂擊的試樣有更大的連鎖性。馬歇爾試樣顯示最弱的連鎖狀態(tài)。此次觀測結(jié)果與表2中結(jié)果相吻合，即三種壓實方法所得試樣組的平均正割彈性模量分別為102MPa,88MPa和40MPa。然而大應變時最初的骨料結(jié)構(gòu)不會對峰值強度產(chǎn)生太大影響，因此三組試樣非常相似。（見圖3，表2）。在壓實過程中旋轉(zhuǎn)器在試樣兩端同時施加垂直應力和剪應力。在繞豎直軸旋轉(zhuǎn)期間在一端的剛性盤上施加逆時針扭矩同時在另一端施加順時針扭矩?；炷林嗅槧罟橇馅呌趶较蚝颓芯€向分布，以試樣軸線為參照，形成狀如圓形石墻的結(jié)構(gòu)及強連鎖，在試樣中間部分形成相對開放的結(jié)構(gòu)。切開試樣便可觀察到這樣的情形。這種骨料連鎖比其它實驗室壓實試樣中連鎖強得多。旋轉(zhuǎn)器法壓實的試樣強度和剛度自成一類并與現(xiàn)場用振動碾壓實的試樣大不相同。因此當試圖用基于旋轉(zhuǎn)器壓實試樣的應力應變特性來預報現(xiàn)場特性時必須十分慎重。附加的三軸試驗用靜態(tài)壓實法制備的試樣來完成，目的是為了研究所施加的軸向壓實應力的值和所持續(xù)的時間對已壓實試樣三軸應力應變特性的影響。試驗分兩個系列進行，其一為持續(xù)時間保持2分鐘恒定不變，但軸向壓實應力可變。另一個系列為軸向壓實應力保持10Mpa恒定不變而持續(xù)時間可變。兩個系列的試驗結(jié)果見圖4圖5。試驗所用瀝青混凝土配比與先前表2中所述試驗中所用相同。圖4表明除壓實應力為10MPa以外，其它不同壓實應力值的試驗結(jié)果差別相對很小。10MPa壓實應力的試樣其彈性模量僅為27MPa，相對而言其它試樣的彈性模量為100MPa。其較低的剛度一方面緣于較高的空氣孔隙率（1-4%）而其它試樣約為0.8%，但主要是因為壓實期間連鎖發(fā)育較弱。圖5表明：軸向壓實應力的持續(xù)時間對試驗有非常顯著的影響。保持相同的軸向應力值不變，當