水利工程论文-压实方法对水工建筑物中沥青混凝土特性的影响（下）.doc

水利工程论文-压实方法对水工建筑物中沥青混凝土特性的影响（下）摘要：用于水工建筑物防渗的沥青混凝土具有弹性和韧性，可以避免由于差异位移和剪力变形造成的膨胀、开裂及渗漏，沥青混凝土的应力-应变-强度特性，明显取决于配合比及配合材料的特性，然而在很大程度上也取决于为达到规定密度（空气孔隙率）而采用的压实方法。本文通过对4种不同方法压实至同一初始密度的试验室试样以及由振动碾压实的沥青混凝土大坝心墙中钻取的现场试样进行三轴试验，并比较试验结果对此予以研究。关键词：压实方法水工建筑物沥青混凝土特性影响5应力应变特性差异的可能原因为了确定不同实验室压实试样间差异的原因以及现场压实试样为何比任一实验室试样显示较软的应力应变特性，进行了分析和研究，探讨了如下问题：试样空气孔隙比的微小不同（见表2），有可能会导致观测到的特性差异很大。对于一组采用同一方法压实的三个试样有这样一个趋势：孔隙率最低的试样，其刚度和强度却较其余试样偏高。然而旋转器试样的孔隙率比所有其它试样高，其刚度和强度却较其它试样高的多。因此空气孔隙率的微小不同能引起应力应变特性的巨大差别。压实过程中所施加的正应力的差别会导致压实后在压碎程度和骨料颗粒级配方面显著的不同吗？为查明这个问题，对没加沥青的骨料用静态及马歇尔法压实，并施加所用压实方法的最大和最小正应力。表3给出了两种方法压实前后的级配情况。压实前后颗粒粒径级配有所不同，马歇尔压实和静态压实的结果也不一样。但这些变化较小并不能解释随后应力应变特性的较大变化。骨料在高正应力和压力下压实比在较低正应力和压力下压实其表面是否会吸收更多沥青呢？如果是这样，那么当较高的吸收导致较低的“游离”沥青含量时便会对观测到的应力应变特性产生影响。这个问题可通过研究不同水压力等级下骨料的吸水量得以探明。结果表明吸水量变化非常小，而且对于更加粘滞的流体状沥青而言，这种吸收甚至会更小。因此沥青吸收量的不同不能解释显著的特性差异。实验室试样是由实验室条件下配置的混凝土制备的，而现场试验是由现场拌和样制备的，尽管配合比相同，这两种不同的过程是否会导致混凝土应力特性的显著差异呢？为查明这个问题，在制备实验室压实试样时即使用现场拌和楼的混凝土，又使用实验室中制备的混凝土。可观测到使用同一方法压实的试样，其应力应变特性的差异很小，而且没有任何趋势。是钻取时的扰动引起了现场取芯试样的低弹性模量及软应力应变特性吗？浇注并压实试验段沥青混凝土之后，届时混凝土已经冷却至大气温度，仔细地钻取试样，100mm直径岩芯的表层扰动是可能的，但切开岩芯后，在表面薄层以内没有发现扰动。表2中现场岩芯孔隙率和旋转压实的实验室试样的孔隙率非常接近。较小的取样扰动在任何显著程度上影响到现场试样的应力应变曲线看来不太可能。可推论如下：很可能是骨料结构，颗粒骨架排布及不同压实方法，所达到的连锁程度的差异导致了观测到的应力应变特性较大的不同。尽管所有试样的骨料骨架的总孔隙率（即表2中VMA）几乎相同，但孔隙的分布及最大最小孔隙的差距取决于骨料结构，因而也取决于压实方法。如果骨料由等径的球体组成，将不存在骨架结构的影响，孔隙率便成为控制参数。如果骨料由不同尺寸的球体组成则不同压实方法所产生的不同骨架结构的形象会非常小。骨料颗粒中的许多针片状颗粒会对骨架结构产生非常显著的影响，这将在很大程度上取决于压实方法。饱和砂和粉砂颗粒结构对于其应力应变特性的重要性，好多人在土力学中曾给予研究。结论为：砂的结构，孔隙比对密度的影响都非常显著，这一现象将在下一部分进一步讨论。6骨料结构，连锁状况及刚度表3描述的马歇尔及静态骨料压实试验在一个直径为101.6mm，高为76mm的标准Marshall钢筒中进行。用Marshall锤击实30次后模子中成块的骨料颗粒仍可轻易移开。然而静态压实后即使用改锥撬动大于5mm的颗粒也很困难。骨料连锁阻止了颗粒的移动，也表明了两种压实方法结果的差异。热沥青混凝土在浇入模子中制备三轴试样之前的空气孔隙率约为15%。热沥青对骨料产生润滑作用，使骨料在压实期间随时间和压力滑动和转动。Marshall振动和静态压实法中有一个刚性圆盘，几乎覆盖了整个压实模子的圆形横断面，其侧壁也为刚性。压实过程中没有揉捏作用和应力转动，而且空气只能从圆模壁与顶盘外围间约2mm的空隙排出。试样冷却后切开研究压实骨料的结构布置。Marshall振动及静态压实中针片状骨料有一个趋势，即在压实期间针片状骨料会定位于水平或竖直方向。三轴试验后切割面与水平向成60，这大致与竖直压缩时试样的理论破坏面（45度+/2）相符。这些横断面明显表明静态压实的试样比振动或马歇尔垂击的试样有更大的连锁性。马歇尔试样显示最弱的连锁状态。此次观测结果与表2中结果相吻合，即三种压实方法所得试样组的平均正割弹性模量分别为102MPa,88MPa和40MPa。然而大应变时最初的骨料结构不会对峰值强度产生太大影响，因此三组试样非常相似。（见图3，表2）。在压实过程中旋转器在试样两端同时施加垂直应力和剪应力。在绕竖直轴旋转期间在一端的刚性盘上施加逆时针扭矩同时在另一端施加顺时针扭矩。混凝土中针状骨料趋于径向和切线向分布，以试样轴线为参照，形成状如圆形石墙的结构及强连锁，在试样中间部分形成相对开放的结构。切开试样便可观察到这样的情形。这种骨料连锁比其它实验室压实试样中连锁强得多。旋转器法压实的试样强度和刚度自成一类并与现场用振动碾压实的试样大不相同。因此当试图用基于旋转器压实试样的应力应变特性来预报现场特性时必须十分慎重。附加的三轴试验用静态压实法制备的试样来完成，目的是为了研究所施加的轴向压实应力的值和所持续的时间对已压实试样三轴应力应变特性的影响。试验分两个系列进行，其一为持续时间保持2分钟恒定不变，但轴向压实应力可变。另一个系列为轴向压实应力保持10Mpa恒定不变而持续时间可变。两个系列的试验结果见图4图5。试验所用沥青混凝土配比与先前表2中所述试验中所用相同。图4表明除压实应力为10MPa以外，其它不同压实应力值的试验结果差别相对很小。10MPa压实应力的试样其弹性模量仅为27MPa，相对而言其它试样的弹性模量为100MPa。其较低的刚度一方面缘于较高的空气孔隙率（1-4%）而其它试样约为0.8%，但主要是因为压实期间连锁发育较弱。图5表明：轴向压实应力的持续时间对试验有非常显著的影响。保持相同的轴向应力值不变，当