土木工程专业 沥青混凝土心墙层间结合质量影响因素研究

1、沥青混凝土心墙层间结合质量影响因素研究摘要：心墙结合面是沥青混凝土心墙中的薄弱环节，容易受气温、降雨等因素的影响。本文结合大伙房水库的具体工程，根据相关实验模拟了-3、25、45、125四种层面温度和采取向层面洒水措施且层面温度为55、65、75、85八种工况进行沥青心墙碾压施工模拟。结果表明，低温条件不影响沥青混凝土的力学性能，心墙施工无需人为加热层面的允许最低温度为45；采取向层面洒水的措施具有良好的防粘效果，并且沥青混凝土的防渗性能也得以保证，心墙施工无需人为加热层面的允许最低温度为75，为相关工程建设提供了依据。关键词：沥青混凝土；大伙房水库；心墙结合面；洒水措施Research on

2、 Factors Affecting the Binding Quality of Asphalt Concrete Core WallsAbstract: The combination of heart and wall is the weak link in the asphalt concrete core wall and is easily influenced by the factors such as temperature and rainfall. According to the specific engineering of Dahuofang reservoir,

3、the temperature of -3 oC, 25 oC, 45 oC, 125 oC are simulated and the water level is sprayed to the surface at the level of 55 oC, 65 oC, 75 oC, 85 oC eight kinds of conditions for asphalt core wall rolling construction simulation. The results show that the low temperature does not affect the mechani

4、cal properties of asphalt concrete. The allowable minimum temperature of the wall without artificial heating is 45 oC. The water spray to the surface has good anti-sticking effect and the impermeability of asphalt concrete is also Ensure that the minimum allowable minimum temperature for core wall c

5、onstruction without artificial heating is 75 oC, which provides the basis for the construction of relevant projects.Key words: asphalt concrete; Dahuofang reservoir; core-wall combined surface; sprinkling measures0 引言沥青混凝土心墙具有强裂缝自愈性、高压抗渗性和良好的抗震性能1等优点，被广泛应用于堤防等水利工程建设中2。沥青混凝土结合面是沥青混凝土心墙中的薄弱环节，容易受气温、降雨

6、等因素的影响3，并且施工过程中，沥青混合料容易粘在心墙碾轮上4，因此研究合理的施工的防粘措施对于推广沥青混凝土心墙的使用具有十分重要的意义。本文结合大伙房水库的具体工程，根据相关实验模拟了-3、25、45、125四种层面温度和采取向层面洒水措施且层面温度为55、65、75、85八种工况进行沥青心墙碾压施工模拟，为相关水利工程建设提供了依据。1沥青混凝土相关实验1.1 劈裂实验按照JTG E20-2011的规定，沥青混凝土试件的破坏拉伸应变与劈裂抗拉强度5根据以下公式进行计算： （1） （2）式中，T表示破坏拉伸应变，%；RT表示劈裂抗拉强度，MPa；表示泊松比；XT表示水平方向总变形，mm；P

7、T表示试件荷载的最大值，N；h表示试件高度，mm。1.2小梁弯曲试验小梁弯曲试验在弯曲试验机上进行，首先在试件跨中部位施加荷载，然后通过位移传感器采集挠度与荷载，按照DL/T 5362-2006规定进行沥青混凝土的相关计算。 （3） （4） （5） （6）式中：b表示最大弯拉应变，%；f表示试件破坏时的跨中点挠度，mm；h表示跨中断面试件高度，mm；L表示试件的跨径，mm；Rb表示抗弯强度，MPa；Pb表示试件破坏时的最大荷载，N；b表示跨中断面试件宽度，mm；Wb表示挠跨比，%；Eb表示弯曲变形模量，MPa。2 温度施工因素对沥青混凝土心墙层间结合质量影响研究2.1 心墙模拟依据大伙房水库沥

8、青混凝土心墙配合比（油石比为6.9%、填料含量为12%、级配指数为0.42、最大骨料粒径19 mm）作为试验配合比。试验试件所用模具包括两种，渗透试件和劈裂试件采用272716cm(高)的模具，小梁弯曲试件采用251225cm(高)的模具。2.2 低温条件下沥青混凝土结合面渗透试验结合面温度为-3，通过观察成型试件结合面，发现其上层与下层沥青混凝土密实，结合效果良好，通过渗气仪测定其结合面的防渗性，结果见表1。表1 沥青混凝土结合面渗气性检测结果编号时间（min）负压（MPa）压升（MPa）速率（MPa/min）A-150.090.0000.0000A-250.090.0010.0002A-3

9、50.090.0000.0000A-450.090.0010.0002由表1可知，对层面温度为-3时，沥青混凝土结合面渗气速率皆小于0.005 MPa/min，能够满足水利工程防渗性要求。由此表明，静置上层的160热沥青混合料半小时能够做到对下层沥青混凝土进行加热，并且得到的沥青混凝土上层与下层结合效果良好。2.3 低温条件下沥青混凝土劈裂试验劈裂试验试件取自渗气试验完成后的试件，然后进行劈裂试验并计算其间接拉伸应变与间接拉伸强度，结果见表2。表2 沥青混凝土劈裂试验结果部位编号间接拉伸应变（%）间接拉伸强度（MPa）部位编号间接拉伸应变（%）间接拉伸强度（MPa）结合面A-1-12.790.

10、34非结合面A-1-22.760.39A-2-12.720.35A-2-22.370.41A-3-12.440.35A-3-22.430.39A-4-11.720.36A-4-22.260.39平均值2.420.35平均值2.460.39由表2可知，与沥青混凝土非结合面相比，结合面的间接拉伸应变降低了0.04%，间接拉伸应力降低了0.04 MPa，两者变化幅度很小，表明沥青混凝土的力学性能不受低温条件的影响。2.4 不同层面温度下结合面小梁弯曲试验根据大伙房水库的具体工程，选择-3、25、45和125四种层面温度模拟沥青心墙碾压施工，然后对标准试件进行小梁弯曲试验，结果见表3。表3 不同结合面

11、温度小梁弯曲试验结果层面温度（）编号挠度（mm）孔隙率（%）密度（g/cm3）抗弯强度(MPa)变形模量（MPa）弯曲应变（%）挠跨比（%）-3A-1-13.160.612.4240.9851.301.891.58A-2-13.080.412.4291.1461.781.841.53A-3-12.500.662.4231.2382.521.401.25A-4-13.080.942.4161.1663.201.841.54平均值2.960.652.4231.1364.711.771.4825B-1-15.080.612.4241.5349.953.052.55B-2-15.250.452.428

12、1.6151.133.152.63B-3-15.250.402.4291.5649.353.152.62B-4-15.170.692.4221.5048.703.102.59平均值5.190.542.4261.5549.783.122.5945C-1-16.590.702.4221.7142.923.953.29C-2-16.500.372.4311.8447.053.903.25C-3-16.920.412.4291.9647.044.153.46C-4-16.420.662.4241.7846.173.853.20平均值6.610.532.4261.8245.793.973.30125D-

13、1-17.000.612.4251.9546.274.213.51D-2-18.010.202.4351.8939.194.814.01D-3-17.590.572.4261.9141.844.553.80D-4-17.590.122.4371.8540.524.563.79平均值7.550.372.4301.8941.954.533.77由表3可知：不同结合面温度下的结合面抗弯强度与弯曲应变均大于DL/T 5411-2009规范中抗弯强度（0.4 MPa）与弯曲应变（1.0%）的要求。然后以层面温度125为研究本体，得到层面沥青混凝土小梁弯曲各项力学性能与温度的关系，见图1。图1 各项力学性

14、能随层面温度变化关系曲线由图1可知，以125为研究本体，挠度、抗弯强度、弯曲应变与挠跨比都随着层面温度的减小而降低，其中挠度、弯曲应变与挠跨比降低趋势相同，几乎重合，而抗弯强度下降趋势较缓。随着层面温度的降低弯曲变形模量出现增大的趋势，层面温度为45，弯曲变形模量增大了4%，因此，沥青混凝土心墙施工加热层面温度应该不低于45，在此条件下上层摊铺的沥青混凝土可以加热下层物料，层面间结合效果良好，并且抗弯强度与弯曲应变能够满足标准。3 洒水措施对心墙层间质量影响研究3.1 模拟心墙施工试验试件混凝土配合比与模具与2.1相同，分层制备混凝土上下层，首先进行沥青心墙下层振动碾压法击实模拟，为了解决碾压

15、过程中振动碾沾料的问题，击实过程中向层面洒水（见图2），再将160沥青混合料铺到下层试块，传热30min，再对上层热料进行击实。 图2 不洒水层面与洒水后层面的比较3.2 防粘效果 试验模拟过程中发现，通过在向心墙层面上洒水，可以使击实机不沾沾沥青混合料，具有良好的防粘效果。3.3 渗透试验通过观察结合面洒水后的切割试件，发现其上层与下层沥青混凝土仍然能够良好的结合，通过渗气仪测定其结合面的防渗性，结果见表4。表4 层面洒水后沥青混凝土结合面渗气性检测结果编号时间（min）负压（MPa）压升（MPa）速率（MPa/min）E-150.090.0000.0000E-250.090.0000.00

16、00E-350.090.0000.0000E-450.090.0010.0002由表4可知，沥青混凝土结合面洒水后不仅具备良好的防粘效果，并且能够满足水利工程防渗性要求，说明该措施具有可行性与可靠性。3.4 劈裂试验劈裂试件通过钻取渗气试验完成后的试件获得，然后进行劈裂试验并计算其间接拉伸应变与间接拉伸强度，结果见表5。表5 层面洒水后结合面与非结合面试件劈裂试验结果部位编号间接拉伸应变（%）间接拉伸强度（MPa）部位编号间接拉伸应变（%）间接拉伸强度（MPa）结合面F-1-11.770.38非结合面F-1-21.960.38F-2-11.710.37F-2-22.000.34F-3-12.0

17、00.39F-3-22.220.39F-4-11.620.40F-4-22.120.38平均值1.770.38平均值2.080.39由表5可知，采取洒水措施以后，与沥青混凝土非结合面相比，结合面的间接拉伸应变降低了0.31%，间接拉伸应力降低了0.01 MPa，两者下降幅度皆较小，表明洒水措施对沥青混凝土的力学性能产生的影响可以忽略不计。3.5. 采用洒水法时不同层面温度下结合面小梁弯曲试验由于层面洒水不利于层间结合，因此结合第二章中沥青混凝土心墙施工加热层面温度应该不低于45的结论，选择55、65、75与85四种层面温度进行沥青心墙碾压施工模拟，然后通过得到的试件进行小梁弯曲试验，结果见表6

18、。表6 层面洒水后不同结合面温度小梁弯曲试验结果层面温度（）编号挠度（mm）孔隙率（%）密度（g/cm3）抗弯强度(MPa)变形模量（MPa）弯曲应变（%）挠跨比（%）55E-1-13.250.532.4261.5177.801.941.62E-2-13.160.772.4201.5682.531.891.58E-3-12.830.572.4251.5591.651.691.41E-4-13.250.812.4191.5881.241.941.62平均值3.120.672.4221.5583.301.861.5665E-1-13.250.772.4201.6886.241.941.62E-2-

19、13.500.732.4211.6679.252.341.74E-3-13.750.692.4221.6774.462.241.87E-4-13.330.892.4101.6683.271.991.66平均值3.450.772.4181.6780.812.131.7275F-1-15.250.452.4281.8157.543.152.62F-2-15.750.572.4251.8954.953.452.87F-3-15.420.662.4231.7754.733.252.70F-4-15.420.672.4221.8055.583.252.70平均值5.460.592.421.8255.70

20、3.272.7285G-1-16.920.532.4261.9647.314.153.46G-2-17.090.662.4231.9646.194.253.54G-3-17.340.612.4241.9343.944.403.66G-4-16.670.812.4192.0551.264.003.33平均值7.010.652.4231.9747.174.203.49由表6可知：结合面采取洒水措施之后，不同温度下的结合面抗弯强度与弯曲应变均大于DL/T 5411-2009规范中抗弯强度（0.4 MPa）与弯曲应变（1.0%）的要求。然后以层面温度85为研究本体，得到层面洒水后沥青混凝土小梁弯曲各项力学性能与温度的关系，见图2。图2 层面洒水后各项力学性能随层面温度变化关系曲线由图2可知，以85为研究本体，采取洒水措施后，挠度、抗弯强度、弯曲应变与挠跨比都随着层面温度的减小而降低，层面温度为75时，挠度、弯曲应变与挠跨比均下降24%，抗弯强度下降7%；随着层面温度的降低弯曲变形模量呈现增大的趋势，层面温度为75，弯曲变形模量增大23%，因此，沥青混凝土心墙施工中采取层面洒水措施并且保证弯曲应变与抗弯强度等力学性能不受影响的加热层最低温度为75。3结论本文根据大伙房水库