沥青混凝土芯样与室内试件三轴试验差异分析.pdf

第 3 5卷第 3期 2 0 1 3年 3月 人民黄河 YE L L OW RI VER Vo 1 ． 35． No ． 3 Ma r ．． 2 0 l 3 【 水 利水 电工程 】 沥青混凝土芯样与室内试件三轴试验差异分析 杨晓征 ， 何建新 ， 郭鹏飞 ( 新疆农业大学 水利与土木工程学院， 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 5 2 ) 摘要： 对沥青混凝土室内试件和现场芯样分别进行了三轴试验。结果表明： 室内成型试件黏聚力以及 值明显大于现 场芯样。现场施工中沥青用量较少， 沥青不足以形成沥青薄膜而将骨料裹覆， 导致 值偏小， 但是沥青用量过度增加时， 将导致 自由沥青比例增大、 结构沥青的比例减小， K值也会偏小， 因此施工中要严格控制沥青用量。 关键词：沥青混凝土；芯样；室内试件 ；静三轴试验 中图分类号：T V 4 3 1 文献标志码： A d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 — 1 3 7 9 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 0 3 6 Co mp a r i s i o n o f Tr i a x i a l Te s t Be t we e n t h e As p h a l t Co n c r e t e Co r e S a mp l e s a n d I n d o o r Sp e c i me ns YA NG Xi a o — z h e n g ，HE J i a n — x i n，GUO P e n g - f e i ( C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， X i n j i a n g Ag r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ， U r u m q i 8 3 0 0 5 2， C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e a s p h a l t c o n c r e t e i n t e rio r s p e c i me n a n d t h e c o r e s a mp l e s e p a r a t e ly w e r e c a r r i e d o n t h e t r i a x i al t e s t ．T h e r e s u l t s s h o w t ha t ，t h e c o h e — s i o n o f i n d o o r mo l d i n g s p e c i me n s a n d K v a l u e i s s i g n i fic a n t l y g r e a t e r t h an t h a t o f t h e c o r e s a mp l e ．Be c a u s e o f l e s s a mo u n t o f a s p h a l t i n s i t e c o n s t r u c — t i o n，b i t u me n i s i n s u f fic i e n t t o f o r m t h e b i t u me n fi l m o v e d y i n g t h e a g g r e g a t e wr a p p e d，l e a d i n g t o t h e K v alu e s ma l l e r ．Bu t a n e x c e s s i v e i n c r e a s e o f t h e am o u n t o f a s p h a l t wi l l r e s u l t i n i n c r e a s e s o f t h e f r e e a s p h a l t r a t i o，d e c r e a s e s o f t h e p r o p o r t i o n o f s t r u c t u r al as p h alt ，a n d t h e v alu e o f K wi l l b e s ma l l ，S O it i s n e c e s s a r y t o s t ric t l y c o n t r o l t h e am o u n t o f a s p h a l t in t h e c o n s t r u c t i o n s i t e ． Ke y wo r d s：a s p h a l t c o n c r e t e；c o r e s a mp l e s ；i n d o o r s p e c i me n s ；t ria x i al t e s t 水工沥青 昆 凝土在我国的发展 比较晚 ， 但发展得很快并且 具有广阔的应用前景， 其防渗性能比较好， 适应变形能力较强 ， 特别是在其产生裂缝后的自愈能力较强 ， 同时沥青混凝土的 防渗体比土质防渗体易于施工 J 。因此 ， 充分认识与了解沥青 混凝土室内试件与芯样对三轴试验结果参数的影响规律具有 重要 意义。 1 原材料及技术指标 原材料的组成包括粗骨料 、 细骨料、 填料、 沥青。粗骨料为 石灰岩， 细骨料为新疆常见的天然砂， 填料选用新疆屯河水泥 有限公司布尔津水泥分公司生产的矿粉 ， 沥青选用克石化公司 产 7 0号( A级) 道路石油沥青。经过试验检测， 原材料指标都 可以达到标准 ， 具体技术指标见表 1～ 表 3 。 表 1 骨料 的技术性 能试验 结果 骨料 c密 m 荔 压 碎 值 ／ 吸 矿 耐 久 _ItU~l 135 科( g I3 ) 附 性 级 别 粒 含 量 ／ ％ ％ ％ ％ 项 目 素 娄含 ／ 填料 2 ． 8 2 0 ． 9 4 0 ． 2 8 1 0 0 ． O 0 9 8 ． 6 7 9 6 ． 3 2 1 08 表3 道路石油沥青样品的技术性能 注 ： 严格按照试验规范操作 ， 针入度试 验温度 为2 5℃ ， 针及针 的连杆 质量为 1 0 0 g ， 数据读取时 间为5 s ； 延度仪速 率为 5 c m ／ m i n ， 试验温度为 1 O c C。 2 沥青混凝土试样制备 2 ． 1 试验配合 比 试验配合比见表 4 ， 该配合 比中最佳沥青用量( 油水比) 为 6 ． 9 ％ 表 4 沥青混凝土试验配合比 ％ 2 ． 2 试件成型方法 室内试件的成型： 将沥青混合料制备成块板式大试件 ， 试 件尺寸为 1 2 c m 2 4 c mx 2 5 c m， 分 4层进行击实， 每层击 1 0 5 次 ； 待块板式大试件 自然冷却后 ， 再钻取尺寸为 1 0 0 i n n( 直 收稿 日期： 2 0 1 2 —1 l _ 2 9 基金项目： 新疆水利水电重点学科基金资助项目( X J X Z一 2 0 0 3— 1 6 ) 。 作者简 介： 杨晓征( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 新疆昌吉人 ， 硕士研究生， 研究方向为岩土工程 。 E- ma i l ：y x z —x in j ia n g @1 2 6． c o ll l 人 民 黄 河2 0 1 3年第 3期 径) 2 0 0 m m( 长) 的试件， 试件尺寸偏差为 2 m m。测定每一 试件密度， 计算孔隙率。 芯样试件与室内试件成型方法有所不同， 芯样试件由施工 单位采用钻机取样送至实验室， 芯样直径为 1 0 0 mm， 在实验室 切割成 2 0 0 mm长试件 ， 试件尺寸偏差为 2 mm。测定每一试 件密度 ， 计算孔隙率。 2 ． 3 试验条件及方法 室内成型试件及现场芯样的试验条件和方法相同， 试验温 度均为 l 0℃， 试验轴向加载速率为0 ． 1 8 m m ／ mi n ， 应变速率为 0． 0 9 ％ ／mi n。 试验方法： 将试件放入压力室， 对中， 在试验规定的温度下 放置不少于3 h 。调整试验仪轴向量力环， 与试件顶部压盖接 触， 并使体变管油面稳定。开启量测系统 ， 施加设定的围压， 并 保持恒压 3 0 m i n 。按规定变形速率施加轴向压力进行试验， 同 时记录轴向压力、 轴向变形、 体积变形 ， 试验过程中保持 围压、 温度和变形速度恒定。当轴向压力出现峰值后停止试验， 试验 结束后 ， 卸去轴向压力和围压， 取出试样， 对试样外观进行描述 记 录 3 沥青混凝土三轴试验结果分析 3 ． 1 三轴试验莫尔圆及结果分析 室内成型试件和现场芯样在不同应力下 的莫尔圆分别见 图 1 、 图2 。试验结果表明， 在压力较大的应力范围内， 沥青混 凝土强度和法向应力的关系并不是常数， 而是随着围压的增大 莫尔 一 库伦准则来拟合黏聚力 C和内摩擦角 。由拟合结果 可见 ， 室内试件的内摩擦角小于芯样的内摩擦角， 室内试件的 黏聚力大于芯样的黏聚力。芯样中沥青用量偏少， 形成不了黏 稠的沥青胶浆 ， 在骨料之间起不到黏结作用， 黏聚力偏小， 芯样 并未按设计要求成为悬浮密实结构， 而是成 了骨架孔隙结构。 室内试件的各项性能均好于芯样， 在实际工程中为了使现场芯 样的力学指标接近实验室指标应适当调整沥青用量。 1 5 0 0 l 0 0 0 巷5 0 0 辘 0 ~ r ／ k lX a 图 1 室内成型试件在不 同围压下的莫尔圆 量 ＼ —R 5 0 0 『 C = 2 83 0 52 。,7 商 如 图 2 现场芯样在不 同围压下的莫尔圆 3 ． 2 沥青混凝土三轴试验及结果分析 三轴试验轴向力采用量力环量测， 轴向变形采用百分表量 测， 体积变形由体变管量测 。 室内成型试件分别在围压 0 ． 2 、 0 ． 4 、 0 ． 6 、 0 ． 8 M P a 下进行三 轴试验， 而现场芯样分别在围压0 ． 2 、 0 ． 3 、 0 ． 4、 0 ． 6 MP a 下进行三 轴试验， 3个试件为 1组， 分别进行了4组室内试件及现场芯样 试验， 每组试验结果取 3 个试件试验结果的平均值。按 E— B模 有所降低 ， 材料强度包线表现出非线性特征， 因此仍采用经典 型进行回归得到非线性参数 ， 沥青混凝土三轴试验结果见表5 。 表 5 E—B模 型不同试 件类型三轴试验参数结果 对比沥青混凝土室内试件与芯样三轴试验结果发现， 芯样 试件的密度比室内成型试件 的密度小。混合料在一定配合 比 下制备的沥青混凝土所能达到的最佳击实效果可用孔隙率来 反映， 芯样密度小则孔隙率大。一般而言， 现场碾压得到的沥 青混凝土的孔隙率比室内试验得到的孔隙率大 1 ． 0 ％ ～1 ． 5 ％， 但是该工程已经超出这个范围。因此， 在后续施工中应加大沥 青用量， 从而改善沥青混凝土的性能， 同时需要注意的是 ， 增加 沥青用量后需要 相应 改变施工碾压参数 ， 防止沥青 混凝土过碾 返 油。 沥青混凝土室内试件和芯样三轴试验表明， 室内试件的 K 值 ( 试验常数) 远大于芯样的 值。现场施工中沥青用量较少 时， 将不足以形成沥青薄膜而裹覆骨料 ， 这时 K值偏小， 但是沥 青用量过度增加时， 会导致 自由沥青比例增大、 结构沥青比例 减小， 这时 值也会偏小， 因此施工现场要严格控制沥青用量。 4 结语 现场芯样的密度比室内成型试件小， 主要原因是现场施工 碾压遍数不够， 沥青用量控制不当。室内成型试件黏聚力及 K 值明显大于现场芯样 ， 这说明室内试件严格按照设计最佳沥青 用量成型， 性能较好， 而现场芯样物理力学性能较差。因此， 在 后续的现场施工中应严格控制沥青用量， 尽量使现场碾压沥青 混凝土与室内击实沥青混凝土的各项物理力学性能指标更加 贴近 。 参考文献 ： [ 1 ] 张怀生． 水工沥青混凝土[ M] ． 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 钱家欢 ， 殷宗泽． 土工原理及计算[ M] ． 北京： 中国水利水电出版社， 1 9 9 6 ． [ 3 ] 何昌荣， 杨桂芳． 邓肯一张模型参数变化对计算结果的影响[ J ] ． 岩土工程 学报 ， 2 0 0 2 ( 2 ) ： 1 7 0—1 7 4 ． [ 4 ] 朱悦． 沥青混凝土心墙基本性能研究 ： 静三轴试验与应力松驰试验研究 [ D ] ． 西安： 西安理工大学， 2 0 0 4 ． [ 5 ] 中华人民共和国国家发展和改革委员会． D L ／ T 5 3 6 2 --2 0 0 6水工沥青混凝 土试验规程[ s ] ． 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 7 ． 【 责任编辑张华岩】 1 0 9