水利工程論文-壓實(shí)方法對(duì)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(shí)方法對(duì)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(kāi)裂及滲漏，瀝青混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變-強(qiáng)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(dá)到規(guī)定密度（空氣孔隙率）而采用的壓實(shí)方法。本文通過(guò)對(duì)4種不同方法壓實(shí)至同一初始密度的試驗(yàn)室試樣以及由振動(dòng)碾壓實(shí)的瀝青混凝土大壩心墻中鉆取的現(xiàn)場(chǎng)試樣進(jìn)行三軸試驗(yàn)，并比較試驗(yàn)結(jié)果對(duì)此予以研究。關(guān)鍵詞：壓實(shí)方法水工建筑物瀝青混凝土特性影響5應(yīng)力應(yīng)變特性差異的可能原因?yàn)榱舜_定不同實(shí)驗(yàn)室壓實(shí)試樣間差異的原因以及現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試樣為何比任一實(shí)驗(yàn)室試樣顯示較軟的應(yīng)力應(yīng)變特性，進(jìn)行了分析和研究，探討了如下問(wèn)題：試樣空氣孔隙比的微小不同（見(jiàn)表2），有可能會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)到的特性差異很大。對(duì)于一組采用同一方法壓實(shí)的三個(gè)試樣有這樣一個(gè)趨勢(shì)：孔隙率最低的試樣，其剛度和強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)力應(yīng)變特性的巨大差別。壓實(shí)過(guò)程中所施加的正應(yīng)力的差別會(huì)導(dǎo)致壓實(shí)后在壓碎程度和骨料顆粒級(jí)配方面顯著的不同嗎？為查明這個(gè)問(wèn)題，對(duì)沒(méi)加瀝青的骨料用靜態(tài)及馬歇爾法壓實(shí)，并施加所用壓實(shí)方法的最大和最小正應(yīng)力。表3給出了兩種方法壓實(shí)前后的級(jí)配情況。壓實(shí)前后顆粒粒徑級(jí)配有所不同，馬歇爾壓實(shí)和靜態(tài)壓實(shí)的結(jié)果也不一樣。但這些變化較小并不能解釋隨后應(yīng)力應(yīng)變特性的較大變化。骨料在高正應(yīng)力和壓力下壓實(shí)比在較低正應(yīng)力和壓力下壓實(shí)其表面是否會(huì)吸收更多瀝青呢？如果是這樣，那么當(dāng)較高的吸收導(dǎo)致較低的“游離”瀝青含量時(shí)便會(huì)對(duì)觀測(cè)到的應(yīng)力應(yīng)變特性產(chǎn)生影響。這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)研究不同水壓力等級(jí)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(duì)于更加粘滯的流體狀瀝青而言，這種吸收甚至?xí)?。因此瀝青吸收量的不同不能解釋顯著的特性差異。實(shí)驗(yàn)室試樣是由實(shí)驗(yàn)室條件下配置的混凝土制備的，而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是由現(xiàn)場(chǎng)拌和樣制備的，盡管配合比相同，這兩種不同的過(guò)程是否會(huì)導(dǎo)致混凝土應(yīng)力特性的顯著差異呢？為查明這個(gè)問(wèn)題，在制備實(shí)驗(yàn)室壓實(shí)試樣時(shí)即使用現(xiàn)場(chǎng)拌和樓的混凝土，又使用實(shí)驗(yàn)室中制備的混凝土?？捎^測(cè)到使用同一方法壓實(shí)的試樣，其應(yīng)力應(yīng)變特性的差異很小，而且沒(méi)有任何趨勢(shì)。是鉆取時(shí)的擾動(dòng)引起了現(xiàn)場(chǎng)取芯試樣的低彈性模量及軟應(yīng)力應(yīng)變特性嗎？澆注并壓實(shí)試驗(yàn)段瀝青混凝土之后，屆時(shí)混凝土已經(jīng)冷卻至大氣溫度，仔細(xì)地鉆取試樣，100mm直徑巖芯的表層擾動(dòng)是可能的，但切開(kāi)巖芯后，在表面薄層以內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)。表2中現(xiàn)場(chǎng)巖芯孔隙率和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的實(shí)驗(yàn)室試樣的孔隙率非常接近。較小的取樣擾動(dòng)在任何顯著程度上影響到現(xiàn)場(chǎng)試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線看來(lái)不太可能。可推論如下：很可能是骨料結(jié)構(gòu)，顆粒骨架排布及不同壓實(shí)方法，所達(dá)到的連鎖程度的差異導(dǎo)致了觀測(cè)到的應(yīng)力應(yīng)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(shí)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(shí)方法所產(chǎn)生的不同骨架結(jié)構(gòu)的形象會(huì)非常小。骨料顆粒中的許多針片狀顆粒會(huì)對(duì)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(shí)方法。飽和砂和粉砂顆粒結(jié)構(gòu)對(duì)于其應(yīng)力應(yīng)變特性的重要性，好多人在土力學(xué)中曾給予研究。結(jié)論為：砂的結(jié)構(gòu)，孔隙比對(duì)密度的影響都非常顯著，這一現(xiàn)象將在下一部分進(jìn)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(shí)試驗(yàn)在一個(gè)直徑為101.6mm，高為76mm的標(biāo)準(zhǔn)Marshall鋼筒中進(jìn)行。用Marshall錘擊實(shí)30次后模子中成塊的骨料顆粒仍可輕易移開(kāi)。然而靜態(tài)壓實(shí)后即使用改錐撬動(dòng)大于5mm的顆粒也很困難。骨料連鎖阻止了顆粒的移動(dòng)，也表明了兩種壓實(shí)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(duì)骨料產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，使骨料在壓實(shí)期間隨時(shí)間和壓力滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。Marshall振動(dòng)和靜態(tài)壓實(shí)法中有一個(gè)剛性圓盤(pán)，幾乎覆蓋了整個(gè)壓實(shí)模子的圓形橫斷面，其側(cè)壁也為剛性。壓實(shí)過(guò)程中沒(méi)有揉捏作用和應(yīng)力轉(zhuǎn)動(dòng)，而且空氣只能從圓模壁與頂盤(pán)外圍間約2mm的空隙排出。試樣冷卻后切開(kāi)研究壓實(shí)骨料的結(jié)構(gòu)布置。Marshall振動(dòng)及靜態(tài)壓實(shí)中針片狀骨料有一個(gè)趨勢(shì)，即在壓實(shí)期間針片狀骨料會(huì)定位于水平或豎直方向。三軸試驗(yàn)后切割面與水平向成60，這大致與豎直壓縮時(shí)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(shí)的試樣比振動(dòng)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(cè)結(jié)果與表2中結(jié)果相吻合，即三種壓實(shí)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(yīng)變時(shí)最初的骨料結(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)峰值強(qiáng)度產(chǎn)生太大影響，因此三組試樣非常相似。（見(jiàn)圖3，表2）。在壓實(shí)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)器在試樣兩端同時(shí)施加垂直應(yīng)力和剪應(yīng)力。在繞豎直軸旋轉(zhuǎn)期間在一端的剛性盤(pán)上施加逆時(shí)針扭矩同時(shí)在另一端施加順時(shí)針扭矩。混凝土中針狀骨料趨于徑向和切線向分布，以試樣軸線為參照，形成狀如圓形石墻的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)連鎖，在試樣中間部分形成相對(duì)開(kāi)放的結(jié)構(gòu)。切開(kāi)試樣便可觀察到這樣的情形。這種骨料連鎖比其它實(shí)驗(yàn)室壓實(shí)試樣中連鎖強(qiáng)得多。旋轉(zhuǎn)器法壓實(shí)的試樣強(qiáng)度和剛度自成一類并與現(xiàn)場(chǎng)用振動(dòng)碾壓實(shí)的試樣大不相同。因此當(dāng)試圖用基于旋轉(zhuǎn)器壓實(shí)試樣的應(yīng)力應(yīng)變特性來(lái)預(yù)報(bào)現(xiàn)場(chǎng)特性時(shí)必須十分慎重。附加的三軸試驗(yàn)用靜態(tài)壓實(shí)法制備的試樣來(lái)完成，目的是為了研究所施加的軸向壓實(shí)應(yīng)力的值和所持續(xù)的時(shí)間對(duì)已壓實(shí)試樣三軸應(yīng)力應(yīng)變特性的影響。試驗(yàn)分兩個(gè)系列進(jìn)行，其一為持續(xù)時(shí)間保持2分鐘恒定不變，但軸向壓實(shí)應(yīng)力可變。另一個(gè)系列為軸向壓實(shí)應(yīng)力保持10Mpa恒定不變而持續(xù)時(shí)間可變。兩個(gè)系列的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4圖5。試驗(yàn)所用瀝青混凝土配比與先前表2中所述試驗(yàn)中所用相同。圖4表明除壓實(shí)應(yīng)力為10MPa以外，其它不同壓實(shí)應(yīng)力值的試驗(yàn)結(jié)果差別相對(duì)很小。10MPa壓實(shí)應(yīng)力的試樣其彈性模量?jī)H為27MPa，相對(duì)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?yàn)閴簩?shí)期間連鎖發(fā)育較弱。圖5表明：軸向壓實(shí)應(yīng)力的持續(xù)時(shí)間對(duì)試驗(yàn)有非常顯著的影響。保持相同的軸向應(yīng)力值不變，當(dāng)