沥青混凝土低温性能试验和工程应用

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1、水利学报年月第卷第期文章编号沥青混凝土低温性能试验和工程应用余梁蜀许庆余王文进吴利言西安交通大学航天航空学院陕西西安西安理工大学水利水电学院陕西西安摘要本文主要介绍了研究沥青混凝土低温性能的试验装置自动补偿式沥青混凝土冻断试验系统以及结合实际工程利用该系统进行的沥青混凝土低温性能试验研究成果自动补偿式沥青混凝土冻断试验系统的特点是能模拟实际温度变化采用测量比较补偿的方法进行试验控制实现试件在长度内的零位移以消除试验机架试件夹具等联结处因温度应力产生的变形对试验结果的影响沥青混凝土低温性能试验研究表明沥青品种对沥青混凝土冻断温度有显著影响沥青含量在范围内变化时对冻断温度影响

2、不显著添加适量的聚酯纤维在改善沥青混凝土高温性能的同时没有降低其低温性能关键词沥青混凝土低温性能冻断试验中图分类号文献标识码研究背景沥青混凝土是一种特殊的材料由于它具有不透水性柔性裂缝自愈性等一系列优点在公路房屋及水工建筑物上得到越来越广泛的应用然而在寒冷地区沥青混凝土在低温时容易出现裂缝严重影响着沥青混凝土材料的应用和推广国内外学者对此进行了大量的理论和试验研究目前用于研究沥青混凝土低温性能的试验方法主要有低温拉伸试验低温弯曲试验低温拉伸蠕变试验和冻断试验亦称约束试件的温度应力试验其中因冻断试验可以直接得到沥青混凝土在低温下的开裂温度和温度应力过程线被认为是研究沥青混凝

3、土低温抗裂性能的最有效的手段广泛应用于寒冷地区抽水蓄能电站和公路沥青混凝土的低温抗裂性能研究当环境温度降低时表面沥青混凝土产生收缩变形这种变形受到下层无限连续板体的约束作用使沥青混凝土内部产生拉应力当拉应力超过材料的极限抗拉强度时沥青混凝土产生温度裂缝冻断试验能够模拟实际情况当试件环境温度下降时能够使试件某一长度保持不变随着温度的降低试件内的温度应力越来越大直到试件破坏冻断试验的关键是在环境温度变化时保持试件某一长度不随温度变化而改变由于各种材料的线膨胀系数都不为零只是大小不同而已而且安装试件的夹具一般为钢铁类材料不仅其线膨胀系数很大而且它们的变形与应力有关因此要做到这一

4、点非常困难冻断试验装置最早是由美国俄勒冈州立大学开发后来日本菅原等学者对冻断试验装置也进行了研究目前国外冻断试验基本上可以归纳为两种类型一种是小环境温度箱方案其特点是为了避免试验机架受到温度变化的影响只将试件和夹具的一部分置于小环境温度箱降温其余部分仍处在常温中避免因温度变化产生变形但试件夹具仍处在小环境温度箱中随着温度的降低产生变形对试验结果有一定影响另一种是大环境温度箱方案整个试验机放在温度箱中试验机架是由线膨胀系数很小的铟钢制成的固定框架试验中忽略了试验机架和各联结处随温度变化的变形对试验结果也有一定影收稿日期作者简介余梁蜀女重庆梁平人副教授博士生主要从事水工沥青混

5、凝土性能和试验及施工设备研究响用这两种类型的设备进行试验其共同特点就是由于部分或全部机架和夹具随温度和应力变化的变形被略去所以可能导致冻断试验温度偏低我国从世纪年代就开展了冻断试验装置和试验方法的研究近年来结合工程应用不断完善和发展所研制的冻断试验装置与国外的有着根本的不同由于对试验机和量测系统随温度的变形采用了自动补偿方式从试验原理上解决了因温度降低和应力不断增大使得试验机和夹具等产生变形对试验结果的影响试验结果更加真实可靠本文主要介绍这种自动补偿式冻断试验设备试验方法以及工程应用自动补偿式冻断试验原理及系统组成试验原理冻断试验的关键是在降温过程中保证试件在一定量测标距

6、内的长度见图不变由于试件试件夹具试验机传动系统的所有材料都随温度变化而产生变形系统中各构件和各个接头处都是随应力而变形的弹性部件并且位移传感器本身和传感器夹具材料都有一定的线胀系数位移测量系统受温度变化的影响也是不可忽略的因此在环境温度变化时要保持试件在一定量测标距内的长度不变是比较困难的为了解决这个问题提出了零位移控制原理即采用测量比较补偿的办法来控制沥青混凝土试件量测标距内的长度在降温过程中始终保持不变零位移控制原理是首先采用石英玻璃线膨胀系数小于沥青混凝土的?作为基准器将测量试件的位移传感器和夹具装在石英基准上量测距离为见图按试验要求的降温速度降温测出位移传感器和夹

7、具随温度变化的位移曲线见图将此曲线进行回归分析得到的回归方程作为修正曲线传修输入计算机在这个过程中可以认为石英玻璃的长度随温度的变化量相对于试件而言可忽略不计试验时在试件两侧分别安装位移传感器量测距离为见图将试件装在多功能试验机上在降温过程中由试件两侧的位移传感器测出系统的变形量总见图总包括两部分一部分是试件的变形量试见图另一部分是位移传感器及夹具的变形量传即总试传测出的总与计算机中所存的位移传感器和夹具图位移传感器安装位置回归修正变形量进行比较通过计算求出试件在量测范围内的变形量试试总传修当试时计算机输出信号控制试验机上的执