温度变化对浇筑式沥青混凝土弯曲性能的影响

焦永宝，郭加付，刘少茂，陈钒，钟光容

（1.中电建路桥集团有限公司，北京 100048；2.西南交通大学土木工程学院 ，四川 成都 610031）

1 引言

浇筑式沥青混凝土具有密实、不透水、与桥面板随从变形能力强的优点以及优良的抗低温开裂与抗疲劳性能，在施工温度条件下自动流淌成型，无需碾压，便于施工[1-4]，在钢桥面铺装工程中得到了广泛的应用。由于钢桥面铺装自身的特点，钢桥面铺装材料的要求比普通的路用材料更高，同时对浇筑式沥青混凝土的抗弯拉性能也提出了更高的要求，而沥青混凝土的抗弯拉性能主要通过小梁弯曲试验进行测定。本文主要依托笋溪河特大桥桥面铺装工程，对浇筑式沥青混凝土的抗弯拉性能进行研究。

2 配合比设计

浇筑式沥青混凝土配合比设计是混凝土工程中很重要的一项工作，它直接影响到混凝土的顺利施工、混凝土工程的质量和混凝土工程的成本。浇筑式沥青混凝土的配合比应满足设计的强度等级、施工要求的和易性、使用要求的耐久性[5]。

2.1 级配组成

级配好的集料，大粒径的空隙，被小一级的粒径填满，小一级的空隙，被更小一级的填满，使集料的空隙率达到最小。同时级配好的集料拌制的混凝土拌合物工作性好，混凝土节省水泥、密实性好，相应的抗渗性、抗冻性都有所提高。

本研究采用的浇筑式沥青混合料级配组成如表1所示。

2.2 最佳油石比的确定

油石比是指浇筑式沥青混凝土中沥青与矿料质量比的百分数，它是沥青用量的指标之一，它的用量高低直接影响路面质量。油石比大则路面容易泛油，反之则影响强度和防水效果，故必须对浇筑式沥青混凝土的油石比进行对比分析，得到最佳油石比。

按设计的CA-10矿料级配进行配料，选择油石比7.3%、7.6%、7.9%进行试验，得到不同油石比下流动性、60℃贯入量、60℃贯入量增量等技术指标的试验值如表2所示[6]。

绘制出拌合温度为240℃时各油石比下流动性、60℃贯入量和60℃贯入量增量的光滑曲线图如图1所示。

图1 不同油石比下的技术指标图

从图1（a）可以看出，随着油石比从7.3%、7.6%到7.9%的增大，流动性逐渐变好，但当油石比为7.3%时，流动性不能满足技术要求；从图1（b）得到，随着油石比增大，60℃贯入量也逐渐增大，且当油石比为7.9%时，60℃贯入量不满足要求；从图1（c）中可以知道，60℃贯入度增量随油石比增大而增大，且三种油石比下的60℃贯入度增量都满足要求。综上所述，油石比为7.6%时，流动性、60℃贯入度及其增量等指标均满足设计要求，因此采用7.6%为最佳石油比。在后续小梁弯曲试验中，制作浇筑式沥青混凝土试件时将采用7.6%最佳油石比。

3 小梁弯曲试验

3.1 弯曲试验测定方法

GA-10沥青混合料级配组成 表1

不同油石比GA-10性能试验结果 表2

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2001）规定，浇筑式沥青混合料的低温弯曲试验采用30mm×35mm×250mm的棱柱体小梁试件，将试件置于规定温度的恒温环境箱中保温不少于45min，直至试件内部温度达到试验温度±0.5℃为止，保温时试件应放在支起的平板玻璃上，试件之间的距离应不小于10mm；然后将试件从恒温箱中取出，取出后的试件应立即对称安放在支座上，且试件上下方向应与试件成型时方向一致；然后设置位移测定装置的量程，并对荷载传感器进行调零处理；最后以规定的速率（本试验速率为50mm/min）进行中点集中加载，直到试件破坏[7]，如图2所示；由微机沥青混合料材料性能试验系统自动采集数据，根据采集到的不同荷载下小梁跨中的变形值，可绘出荷载与变形曲线。

3.2 加载模式

试验采用单点加载模式[7～8]，则分别按式（1）、（2）、（3）计算试件破坏时的抗弯拉强度RB、破坏时梁底最大弯拉应变εB及破坏时的弯曲劲度模量SB。

图2 小梁弯曲试验

式中RB—试件破坏的抗弯拉强度，MPa；

εB—试件破坏时梁底最大弯拉应变；

SB—试件破坏时的弯曲劲度模量，MPa；

L—试件的跨径，mm；

PB—试件破坏时的最大荷载，N；

d—试件破坏时的跨中挠度，mm；

b、h—分别为跨中断面试件的宽度和高度，mm。

3.3 试验结果

通过试验，根据式（1）、（2）、（3） 分别计算得到-10℃、0℃、15℃下的抗弯拉强度和最大弯拉应变值如表3所示。

小梁弯曲试验结果 表3

2.3.1 温度变化对抗弯拉强度的影响

根据表3试验数据，绘出抗弯拉强度随温度变化的曲线图，其变化趋势如图4所示。

从图3可以得到，浇筑式沥青混凝土随着温度的升高，抗弯拉强度呈减小趋势。当温度从-10℃升高到0℃时，抗弯拉强度从10.26Mpa变化为9.91Mpa，减小了3.41%；而当温度从-10℃升高到15℃，抗弯拉强度从10.26Mpa变化为9.39Mpa，进一步减小了8.48%。

2.3.2 温度变化对最大弯拉应变的影响

根据表3试验数据，绘出最大弯拉应变随温度变化的曲线图，其变化趋势如图4所示。

由图4可以得到，浇筑式沥青混凝土随着温度的升高，最大弯拉应变呈现增大趋势。当温度从-10℃升高到0℃时，最大弯拉应变从9.16×10-3με增大为9.87×10-3με，增大了 7.75%；而当温度从 -10℃升高至15℃时，最大弯拉应变从9.16×10-3με增大为10.21×10-3με，增大了11.46%。但是，不同温度下的最大弯拉应变值均大于7×10-3με，满足技术要求。

图3 温度变化对抗弯拉强度的影响

图4 温度变化对最大弯拉应变的影响

4 结论

通过对浇筑式沥青混凝土的相关实验研究，可以得到如下结论：

①浇筑式沥青混凝土中沥青用量高低直接影响到混凝土的性能。随着油石比的增大，60℃贯入量及其增量都呈线性增大趋势，而流动性呈线性减小的趋势，当油石比为7.6%时，浇筑式沥青混凝土的各项性能指标均达到技术要求，取为最佳油石比。因此，为保证浇筑式沥青混凝土的良好性能，应合理控制油石比。

②当浇筑式沥青混凝土采用最佳油石比时，随着温度升高，浇筑式沥青混凝土的抗弯拉强度减小，最大弯拉应变增大，沥青混凝土抗弯拉性能降低。温度条件对于浇筑式沥青混凝土抗弯拉性能具有较大影响，今后有必要进一步研究。