土石坝沥青混凝土心墙配合比试验分析.pdf

西北 水 电 2 0 1 4年 第 5期 8 3 文章编号 ： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 O 8 3 0 3 土石坝沥青混凝 土心墙配合 比试验分析 文 军 ( 新疆水ft 1 水电勘测设计研究院， 乌鲁木齐8 3 0 0 9 1 ) 摘要： 采用正交试验设计方法对天然砂石骨料进行了沥青混凝土的配合 比设计 ， 根据骨料级配指数、 沥青用量、 填料含量给出不同的配合比， 分析了各因素对沥青混凝土孔隙率、 稳定度、 流值影响规律， 并对优选的沥青混凝土 的弯、 拉、 压力学指标 、 变形、 渗透等指标进行综合检测 ， 为沥青混凝土心墙配比提供了新的配料方式。 关键词 ： 沥青混凝土； 配合比； 正交试验 中图分 类号 ： T v 4 3 文献标识 码 ： A Ana l ys i s o n Te s t s o f M i x Ra t i o o f As ph a l t Co nc r e t e f or Co r e o f Ea r t hr o c k Fi l l Da m WE N J u n ( X i n j i a n g Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r I n v e s t i g a t i o n D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ， U r u m q i 8 3 0 0 9 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e d e s i g n me t h o d o f o r t h o g o n al t e s t i s a p p l i e d t o d e s i g n t h e mi x r a t i o o f t h e a s p h a l t c o n c r e t e f r o m n a t u r a l s a n d a n d a g g r e g a t e T h e i mp a c t i n g l a w o f f a c t o r s t o p o r o s i t y ，s t a b i l i t y a n d fl o w v a l u e o f t h e a s p h a l t c o n c r e t e i s a n a l y z e d F u r t h e r mo r e， t h e g e n e r al t e s t s o n t h e me c h a n i c a l i n d i c a t o r ， d e f o rm a t i o n a n d s e e p a g e ，e t c o f t h e a s p h a l t c o n c r e t e i n t e r ms o f b e n d i n g ，t e n s i o n and p r e s s u r e a r e p e r f o r me d ，p r o v i d i n g n e w mi x i n g mo d e s f o r t h e mi x r a t i o o f t h e a s p h alt c o n c r e t e c o r e Ke y wo r d s ： a s p h al t c o n c r e t e； mi x r a t i o ；o r t h o g o n al t e s t 土石坝沥青混凝土心墙具有防渗性 能高， 适应 坝体变形能力强 ， 可与坝壳料 同时施工 ， 完建后心墙 被包裹在坝体中， 受环境气温的影响很小 ， 使用寿命 长 ， 因而该坝型 已在水利工程 中得 到广泛应用 。沥 青混凝土的性能主要受沥青品种 、 矿料配 比和骨料 特性等 因素的影响较大 ， 其 中矿料配 比 ( 沥青 混合 料中沥青材料 、 粗骨料 、 填料等材料的最佳组成的重 量 比例 ) 设计 主要 目的是在满足使用要求 的同时又 符合经济的原则 1 - 3 。本研究采用当地天然砂砾石 骨料进行沥青混凝土 的配合 比设计 ， 根据骨料级配 指数 、 沥青用量及填料含量配制不同的配合比， 分析 各因素对沥青 混凝土孑 L 隙率 、 稳 定度 、 流值影 响结 果 ， 并对优选 的配合 比进行了相关力学性能试验 ， 以 期为沥青混凝土配合比设计提供可靠理论依据。 1 材料 与方 法 1 1 材料及其性能指标 试验中沥青采用克拉玛依石化公 司生产 的 7 0 收稿 日期 ： 2 0 1 4 一 O l 一 2 0 作者简介 ： 文军 ( 1 9 6 8 一) ， 女 ， 四川 省成都市人 ， 高级工 程师 ， 主 要从事水文地质及工程地质方面 的研究工作 ( A级) 道路石油沥青 ， 其技术性能见表 1 。 土石坝 沥青混凝土面板和心墙设计规范 标准 中对水工沥 青混凝土所用沥青的技术要求参照 公路沥青路面 施工技术规范 中的道路石油沥青的技术要求进行 取舍后制定的 ， 这与 当前沥青 生产厂执行的技术标 准统一起来 ， 避免 了工程规范规定 的沥青技术要求 与沥青产品技术标准不一致的困扰 J 。 试验 中粗骨料选用当地料场的天然砾石 ， 粗骨 料技术性能见表 2 。 试验 中细骨料选用当地料场的天然砂 ， 细骨料 技术性能见表 3 。 试验中填料采用当地水泥厂生产的 4 2 5级普 通硅酸盐水泥 ， 填料技术性能见表 4 。 由检测结果可 以看出 ， 选用 的沥青及填料质量 满足规范要求 ， 可用来配制本工程心墙沥青混凝土。 选用粗骨料质地坚硬 、 新鲜 、 细骨料级配 良好 ， 粗、 细 骨料各项技术指标均满足规范要求 ， 可 以作为心墙 沥青混凝 土 的骨料 。但施工 时 2 3 64 7 5 m n l、 2 3 6 0 0 7 5 m m粒级骨料应冲洗干净 ， 控制其含泥 量以满足技术质量要求。 8 4 文军 土石坝沥青混凝土心墙配合比试验分析 表观密度 与沥青黏 针片状颗 压碎值 吸水率 含泥量 耐久性( 5次硫酸钠溶液 有机质 ( g e m ) 附性 级 粒含量 循环质量损失) 含量 注 ： 当地料场粗骨料 ( 2 3 64 7 5 m m) 选样 的含泥量超标 ， 含泥量为 1 5 ， 表 中含泥量系经试 验室 冲洗加工后的实测值 。 表 3 细骨料的技术性能表 表 6 正交试验结果表 注： 工地料场细骨料( 2 3 60 0 7 5 mm) 选样 的含 泥量超标 ， 含 泥量为 5 3 ， 表 中含泥量系经试验室 冲洗加工后的实测值。 表 4 填料的技术性能表 1 2 方法 本次试验采用三 因素三水平正交试验设计方 法 ， 选择沥青混凝土配合 比的3个参数 ： 即矿料级配 指数 、 填料用量 和油石 比( 即沥青 用量 ) 为影 响 因 数， 每个因数取 3个水平 ， 见表 5 。 表 5 正交试验设计表 2 结果与分析 2 1正 交试 验 在沥青混凝土初步配合 比选定试验 中， 以马歇 尔试验结果( 试件孔隙率、 稳定度和流值) 为考核指 标。按 L 。 ( 3 ) 正交表安排 的试验方案 ， 9个试验组 的沥青混凝土配合 比试验结果见表 6 。 对沥青混凝土正交设计试验方案的马歇尔试验 结果 ， 以孔隙率 、 稳定度 、 流值为考核指标分别进行 极差分析和方差分析。 极差分析结果显示 ： 以孑 L 隙率为考核指标 ， 沥青用量、 填料用量 2个因素对孑 L 隙率 的影响程度 几乎相 同， 影响程度都很小 ， 孔隙率试验误差估计值 为0 1 4 ； 以流值为考核指标 ， 沥青用量 、 填料用 量 2个因素对流值 的影 响程度几乎相 同， 影 响程度 都很小 ， 流值试验误差估 计值 为 0 8 9 m m； 以稳 定度为考核指标 ， 填料用量对稳定度的影 响相对较 大， 沥青用量对稳定度 的影响相对较小 ， 稳定度试验 误差估计值为 0 5 3 k N。 由方差分析可以看到级配指数 、 沥青用量 2个 因素对孔隙率 、 流值 、 稳定度 3个考核指标无较大影 响。这是因为本试验 中各因素的水平取值均在优化 区间且级差较小 ， 对考核指标的影响幅度较小 ， 再者 是因为试验误差导致 因素显著性检验 中影响程度降 西北 水 电 2 0 1 4年 第 5期 8 5 低。在试验所取的因素水平范围内来看， 仍有以下 分析结果 ： 矿料的级配指数对考核指标影响大小 顺序是孔 隙率一流值一稳定 度 ； 填料用量 对考核指 标影响大小顺序是孔 隙率一稳定度一流值 ； 沥青用 量对考核指标影响大小顺序是孔隙率一流值一稳定 度； 孔隙率、 流值、 稳定度试验误差估计值分别为 0 1 2 、 0 9 7 m m、 0 5 8 k N， 与极差分析 中的试 验误 差估计值相 近。由试 验变差 系数 C 值 来看 ， 孔 隙 率 、 流值指标 的试 验变差系数 C 分别 为 1 3 2 5 、 1 6 1 7 ， 试验误差偏 大 ， 而稳定度指标 的试验精度 较高， 其试验变差系数 C =8 2 小 于 1 0 ， 试验水 平属中等。 2 2配合 比优选 由 9个实验组 的实验结果来看 ， 各实验组沥青 混凝土试件孔隙率 、 稳定度及 流值均达到 了技术指 标要求 。第 8组配合 比的沥青混凝 土的稳定度 ( 4 0 ) 较大为 7 2 8 k N， 流值为 5 1 9 m m， 孔隙率达到 1 的要求。因此， 本次配合 比初步推荐第 8组配 合 比为初选配合比。 2 3 配合比复演 为确定优选配合 比， 对推荐的第 8组配合 比进行 了配合比的复演， 复演的沥青混凝土试验结果见表 7 。 表 7复演试验结果表 嚣 曩 罄 棼 篓 。 备 注 8 0 3 9 l 1 6 2 0 1 5 l ( ) l 9 6 o 9 5 0 0 5 5 72 4 4 0 4 3 6 6 0 2 0 1 5 叭 9 6 o 9 可以看出， 第 8组配合 比经复演后 ， 马歇尔稳定 度和流值均能满足规范要求。 2 4力学性能试验 对优选的配合比进行相关力学 、 物理 l生能试验 ， 其试验结果见表 8 。 表 8 优选 的沥青混凝土配合 比技术性能试验 结果表 3 结语 本研究采用天然砂砾石骨料进行沥青混凝土的 配合 比设计 ， 采用正交试验设计方法 ， 分析了各因素 对沥青混凝土孑 L 隙率 、 稳定度 、 流值影响结果 ， 并对 优选的配合比进行 了相关力学性能试验 ， 为沥青混 凝土配合 比设计提供了可靠理论依据。以正交试验 结果为基础 ， 通过极差分析和方差分析 ， 分析 了级配 指数 、 沥青用量和填料用量对沥青混凝土孔隙率 、 稳 定度 、 流值影响顺序。 试验证明， 沥青混凝土所用粗 、 细骨料在满足各 项指标要求的情况下， 可采用当地砂砾石骨料进行配 制。采用天然砾石骨料的沥青混凝土 的配合 比沥青 含量为 6 3 ， 相比土石坝沥青混凝土面板和心墙设 计规范中辗压式沥青混凝土沥青含量的建议值 6 7 5 ， 其值较小， 且所配制的沥青混凝土施工和易 性和流动性均较好 ， 各项力学性能满足规范要求 ， 从 而达到节约沥青原材料使大坝心墙造价降低之 目的。 施工时施工单位需对碾压后的沥青混凝土心墙 及时钻芯取样 ， 按规定进行抽样试验 ： 孔隙率 、 密度 、 渗透 、 马歇尔 、 水稳定性 、 小梁弯曲 、 拉伸 、 三轴等试 验 ， 对施工质量进行严格控制。 加强沥青用量的检测， 严格执行沥青用量允许偏 差为 0 3 的规定。试验中细骨料 0 0 7 5 2 3 6 m m 粒级及粗骨料 2 3 6 4 7 5 m m粒级含泥量超标 ， 建议 改进加工工艺， 严格控制含泥量在规范允许范围内。 为防止两岸坡 的沥青混凝土心墙受拉破坏 ， 在 施工过程 中可将靠近两岸坡的沥青混凝土配合比油 石比提高 0 3 ， 矿料 比例不变。 参考文献 ： 1 张 怀生 水T沥青混凝土 M 北京： 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 5 2 向尚君 ， 邱炽兴 ， 赵兴 安 旁多大 坝碾压 式沥青混 凝土心 墙配 合 比设计 J 人 民长江 ， 2 0 1 3 ， ( 4 4 7 ) ： 2 3 2 5 3 张成明 牙塘水库 沥青混凝 土心墙配合 比优化试验研 究 J 中国农村水利水 电， 2 0 0 6 ， ( 1 2 )： 9 5 1 0 0 4 D L T 5 3 6 2 -2 0 0 6 ， 水 工沥青混 凝土试 验规 程 S 北京 ： 中 国 电力 出版社 ， 2 0 0 6 5 D L T 5 4 1 1 _2 o 0 9， 土石 坝 沥青 混凝 土 面板 和 心墙 设 计 规 范 f s 1 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 0 9 6 S L S 0 1 2 0 1 0， 土石坝沥青 混凝 土面板和心墙设计规范 s 北 京 ： 水利水 电H 版社 ， 2 0 1 0 7 DL T 5 3 6 3 _2 0 O 6， 水 工碾 压式 沥青 混凝 土施 工 规范 s 北 京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 6 8 J T G F 4 0 -2 0 0 4， 公路沥青 路面施工 技术规 范 s 北 京 ： 人 民 交通 出版社 ， 2 0 0 5 9 何建新 新疆某水库 大坝心墙 用沥青混 凝土配 合 比试 验研究 报告 R 新疆农业大学 ， 2 0 1 2