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（上）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瀝青混凝土可用于多種水工建筑物防滲，諸如大壩、堤、水庫(kù)及渠道。用于大壩時(shí)，防滲部分可能由上游面襯砌或內(nèi)部心墻組成，其瀝青混凝土中瀝青含量比公路和機(jī)場(chǎng)鋪面所用的瀝青混凝土中瀝青含量高，并且通常被壓實(shí)至某一密度，使其空氣孔隙率小于3%。水工建筑物中所用瀝青混凝土的最重要的工程特性是其澆注和壓實(shí)期間的施工性能，不透水性以及可避免因不良的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力和變形條件而產(chǎn)生開(kāi)裂的彈性與韌性。瀝青混凝土的粘稠性使其具有優(yōu)越的裂隙自愈能力。當(dāng)設(shè)計(jì)瀝青混凝土配比時(shí)，其應(yīng)力-應(yīng)變特性由試驗(yàn)室壓實(shí)的三軸試樣確定。這些特性經(jīng)常用于比如分區(qū)土石壩的有限元分析以確定瀝青混凝土心墻和相鄰漸變區(qū)中的應(yīng)力和變形。以對(duì)照為目的，從現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)的瀝青混凝土中取出原狀樣，以確?，F(xiàn)場(chǎng)特性滿(mǎn)足基于試驗(yàn)室試樣的設(shè)計(jì)規(guī)程。在進(jìn)行此項(xiàng)比較時(shí)發(fā)現(xiàn)盡管現(xiàn)場(chǎng)和試驗(yàn)室的瀝青混凝土完全一樣，而且，所用試樣的密度也相同，但現(xiàn)場(chǎng)取芯試樣和試驗(yàn)室制備試樣的應(yīng)力-應(yīng)變特性卻可能截然不同。觀察到含有瀝青混凝土心墻的土石壩與上述現(xiàn)場(chǎng)試樣及試驗(yàn)室試樣間的差異。比如奧地利的Finstertal大壩1998.6，南非的GreaterCeres大壩1997及中國(guó)的Maopingxi大壩，后者現(xiàn)在作為三峽工程的一部分正在施工。這種現(xiàn)象帶來(lái)了不確定性并受到關(guān)注，但還沒(méi)有人對(duì)其系統(tǒng)地進(jìn)行研究并給予滿(mǎn)意的解釋。本文所述研究范圍如下：確定試驗(yàn)室壓實(shí)方法對(duì)三軸應(yīng)力應(yīng)變強(qiáng)度特性的影響；比較試驗(yàn)室壓實(shí)和現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)瀝青混凝土的應(yīng)力應(yīng)變特性，并解釋材料特性的差異；推薦所產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變特性和現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)碾壓實(shí)法所得的應(yīng)力應(yīng)變特性最為相似的一種試驗(yàn)室壓實(shí)方法。1本研究所用的瀝青混凝土配合比整個(gè)研究過(guò)程中瀝青混凝土配合比及配合材料性質(zhì)均保持不變。骨料顆粒粒徑分布服從Fuller分布：式中Pi為小于等效粒徑顆粒所占重量百分比，di（見(jiàn)表1）最大粒徑限制在16mm，和通常現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用一樣。骨料為壓碎的石灰?guī)r（比重為2.72），填料由石灰?guī)r粉末組成（比重為2.74）?？偟奶盍虾浚?.075mm為礦物重量的12%。所用瀝青為B180級(jí)，相當(dāng)軟，由85.5%的B85和14.5%的MB1000組成。瀝青含量為總重量的6.7%（為礦物重量的7.2%）2不同的壓實(shí)方法2.1試驗(yàn)室試樣壓實(shí)試驗(yàn)室三軸試樣是在一個(gè)直徑為101.6mm的模子中制備的。這樣，其壓實(shí)模子直徑相同，但高度大得多。干骨料和填料的重量比見(jiàn)表1，并在160下預(yù)熱4小時(shí)。瀝青在145下預(yù)熱2小時(shí)。（對(duì)于粘滯性較高發(fā)瀝青如B60要用較高的溫度預(yù)熱）將熱骨料和瀝青置于拌和機(jī)中，并將裝有此混合物的罐加熱5分鐘。在140150的溫度下將混合物澆注到已預(yù)熱的圓筒狀模子中壓實(shí)，圓筒內(nèi)徑為101.6mm，等于要測(cè)試的三軸試樣的直徑。經(jīng)壓實(shí)并冷卻后，將試樣從模子中取出。在5下冷卻10小時(shí)，并用鋸將長(zhǎng)度修整為200mm。用4種試驗(yàn)室壓實(shí)方法制備試樣，并達(dá)到相同的規(guī)定密度：Marshall（馬歇爾）方法，使用標(biāo)準(zhǔn)錘壓實(shí)；持續(xù)軸向荷載振動(dòng)壓實(shí)；通過(guò)不斷施加軸向承壓力而靜態(tài)壓實(shí)；旋轉(zhuǎn)器方法；以下分別介紹：Marshall方法：瀝青混凝土分四層逐層壓實(shí)，每層最初約為60mm厚，每層用標(biāo)準(zhǔn)Marshall錘30擊壓實(shí)（每秒一擊）。擊實(shí)錘有一個(gè)平的圓形搗實(shí)面，直徑為98.4mm，重4.5公斤，落距為457mm。在路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)Marshall試驗(yàn)中，試樣最終高度為63.5mm，單層澆注，并且在試樣的頂部和底部表面都錘擊75次。振動(dòng)壓實(shí)方法：將瀝青混凝土分為四層，逐層澆注，每層約60mm，用一個(gè)重70kg，頻率為50Hz，具有直徑96.8mm的圓形平面承載板振搗器壓實(shí)30s。靜態(tài)壓實(shí)方法：將瀝青混凝土分為四層，逐層澆注，每層約60mm，用一個(gè)具有子彈頭狀凸頭，直徑為10mm的鋼桿，每層貫入25次，以整平各層并使混凝土內(nèi)空氣排出。當(dāng)四層都已澆注后，將一直徑為98.4mm平的鋼性鋼盤(pán)，置于模子中圓柱狀試樣的頂部。接著施加軸向力2分鐘。本研究加在試樣上的軸向應(yīng)力為15Mpa，第7部分所述試樣除外。旋轉(zhuǎn)器法：模子被單層填充（厚230250mm），然后在模子繞其豎直軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度（23）的同時(shí)，施加一個(gè)軸向應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合以壓實(shí)混凝土拌合物。軸向應(yīng)力下的剪位移對(duì)粒狀材料而言是一種非常有效的壓實(shí)方法，當(dāng)混凝土密度達(dá)到規(guī)定容重（空氣孔隙率）時(shí)停止壓實(shí)。市面上可用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，軸向應(yīng)力可由0.05到0.9Mpa不等，旋轉(zhuǎn)頻率在1240rpm之間。制備本次試驗(yàn)所用試樣的軸向應(yīng)力為0.4Mpa，頻率為30rpm。2.2現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)方法現(xiàn)場(chǎng)試樣（直徑100mm）從專(zhuān)門(mén)為此項(xiàng)目修建的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)中被小心地鉆取出來(lái)，并切成高度為200mm的柱。15m長(zhǎng)的試驗(yàn)段模擬土石壩中0.5m寬瀝青混凝土心墻