波堆水电站沥青混凝土配合比试验研究.pdf

水利科研 东北水利水电 2 0 1 3年第 1 2期 文章编号 1 0 0 2 一O 6 2 4 ( 2 O 1 3 ) 1 2 0 0 5 2 0 4 波堆水电站沥青混凝土配合比试验研究 马智法 1 ， 史光宇 1 ， 隋 伟 1 ， 郭洪娟 2 ( 1 中水东北勘测设计研究有限责任公司， 吉林 长春 1 3 0 0 6 1 ； 2 吉林精诚工程检测有限公司， 吉林 长春 1 3 0 0 6 2 ) 摘 要】 根据西藏林芝地区波堆水电站工程设计指标和现行规程规范要求，结合 以往工程配 合比设计经验进行 了试验研究， 进行 了原材料评定检测和沥青混凝土孔隙率、 稳定度、 流值、 弯曲、 水稳定性等项试验 ， 选择密实度性、 耐久性、 力学性能等最优的沥青混凝土配合比供工 程施工参考选用。 关键词 沥青混凝土； 配合比； 试验研究； 波堆水电站 中图分类号 T V 4 3 1 + 5 文献标识码 B 波堆水电站属波得藏布流域规划四级梯级水电站中 的第三级水电站。工程位于西藏林芝地区波密县倾多镇境 内， 波堆水电站工程为坝后引水式电站。大坝为碾压式沥 青混凝土心墙土石坝 ， 坝顶长 1 4 7 7 0 m， 坝顶宽 7 0 0 m， 最 大坝高 4 4 6 5 m。此次试验研究是依据沥青混凝土心墙的 设计参数， 选择符合工程要求的原材料和各项性能指标均 能满足设计要求的沥青混凝土施工配合比， 为现场沥青混 凝土检测及结构设计提供依据。 1 原材料选择与性能检测 1 1 沥 青检测选择与质量 沥青作为沥青混凝土的胶结材料 ，是其重要组成部 分。碾压式沥青混凝土沥青品种与标号应根据工程的类 型、 当地气候条件 、 工作条件和材料价格等因素进行选择。 就性能而言，沥青品种要保证沥青混凝土有良好的防渗、 耐久、 抗裂、 适应变形能力， 以满足工程的实际需要。此次 室内试验研究所用沥青为克拉玛依水工 2号石油沥青 ， 其 检测结果均符合设计要求， 如表 1 所示。 1 2 矿 料选择与质量检测 矿料是沥青混凝土的重要组成部分 ， 对沥青混凝土的 性能有着重要的影响。矿料按粒级可分为粗骨料、 细骨料 和填料 ， 粗骨料的粒径范围为大于 2 3 6 mm部分 ， 细骨料 为 0 0 7 5 2 3 6 mm部分， 填料为小于 o 0 7 5 mm部分 ， 其功 能可描述如下： 粗 、 细骨料在沥青混凝土中组成骨架结构 ， 使沥青混凝土获得必要 的强度以承受外力作用， 而填料和 沥青组成沥青一填料相 ，使沥青混凝土具有一定的弹性、 粘性、 塑性和施工和易性。 此次室内试验研究所用矿料化学成分检测结果 ： C a O 质量含量 3 4 7 1 ， Mg O质量含量 2 1 6 1 ， ， F e o质量含量 为 0 1 2 ， S i O 2 质量含量为 0 1 8 。碱度模数 = ( C a O+ Mg O+ F e O) S i O： = 3 1 4 ， MI 为碱性骨料 ， M= 0 6 1 为中性 5 2 表 1 沥青检 测成果表 骨料， M I 为酸性骨料 ， 所以判定试验骨料为碱性骨料， 可 用沥青混凝土矿料。各矿料具体检测结果见表 2 - 5 。 表 2 粗骨料 ( 1 9 2 3 6 mm) 性能检 测成 果表 结合各项矿料性能检测结果与室内配合比试验测试 结果可知， 粗骨料、 细骨料、 矿粉各项性能检测结果均满足 设计要求。 2 0 1 3 年第 1 2 期 表 3 细骨料( O 0 7 5 2 3 6 m n) 性能检测成果表 东北水利水电 水利科研 表 4 细 骨料( O 0 7 5 2 3 6 I m ) 筛分成 果表 粒径 mm 各筛孔筛余百分数 表 5 填 料( O 0 7 5 11 1 11 1 ) 性 能检测成 果表 2 沥青混凝土配合比设计 此次试验研究选取 5种沥青用量、 3种填料用量、 2种 级配指数 组成不 同配合比 ，即沥青用量 为 6 0 ， 6 3 ， 6 6 ， 6 9 ， 7 2 ，填料用量为 1 1 5 ( 编号 ： T L 1 ) 、 1 2 O ( 编号 ： T L 2 ) 、 1 2 5 ( 编号 ： T L 3 ) ，骨料最大粒径取为 1 9 l n rn ，级配指数为 0 4 1 ( 编号： l P 1 ) 和 0 4 4 ( 编号 ： 2 ) 。 3 沥青混凝土性能试验 3 1 密 实性 能试验 根据试验数据绘制试验分析曲线图，图 1 为不同沥青 用量对应沥青混凝土的孔隙率，图 2为不同填料对应用量 沥青混凝土的孔隙率，图 3为不同级配指数对应沥青混凝 土的孔隙率， 由图中数据规律可得出如下结论 ： 1 ) 当填料用 量与级配指数一定时， 随着沥青用量的增加， 沥青混凝土的 孔隙率呈减小趋势。 当沥青用量达到 6 6 后 ， 沥青混凝土孔 隙率变化趋近于直线。 表明当沥青用量达到 6 6 后， 沥青用 量的增加对沥青混凝土的孔隙率的降低影响变小。2 ) 级配 指数一定时，沥青用量不大于 6 6 时，随着填料用量的增 加 ， 沥青混凝土孔隙率大致呈现先减小后增大趋势， 而当沥 青用量大于 6 6 时， 随着填料用量的增加， 沥青混凝土孔隙 率呈减小趋势。3 ) 就沥青混凝土配合比试验过程所选的两 个级配指数 0 4 1 ， 0 4 2比较而言 ，级配指数 O 4 1 孔隙率偏 小。 综合上述试验结果， 由沥青混凝土密实性确定最佳沥青 含量为 6 6 ， 填料含量为 1 2 5 ， 级配指数为0 4 1 。 逞 横 餐 一1 P 卜T L 1 _ -_ T p 卜TL 2 1 I P 卜T L 3 *I P 2 一 T L 1 J P 2 一 2 +j i ,2 - r t 3 沥青含量 ， 图 1 不 同沥青用量对 应沥青混凝土 的孔 隙率 2 0 o 1 8 0 述1 6 0 褂 链 F 1 柏 1 2 0 1 0 o - 4 b - 6 t 0 I | _ 6 3 士6 6 *_ 69 卜 7 2 J P 1 一 T L 】 J P l 一 1 J P 1 一 T L 3 J - T L I J P 2 1 1 2 J P 2 - T L 3 填料用量， 图 2 不 同填料 用量对应沥青 混凝土 的孔隙率 一6 0 +6 3 6 6 6 9 *一 7 2 J P 卜T L 1 J P 2 一 I lL 1 J P 卜n2 J 1 ) 2 一 r L 2 J P 1 一 T I 3 j r 2 一 T L 3 级配指数 图 3 不 同级 配指数对应 沥青混凝土的孔隙率 3 2 沥青混凝土马歇尔试验 马歇尔稳定度和流值是进行沥青混合料配合比设计 和现场质量检测的主要依据， 是沥青混凝土稳定性能与塑 性变形能力的客观反应。 图 4 、 图 5 分别为不同沥青用量对 应马歇尔试件稳定度与流值 ， 由图可见， 当级配指数与填 料用量一定时， 随着沥青用量增加 ， 马歇尔试件稳定度降 低 ， 流值增加， 且均满足波堆水电站工程稳定度大于 5 k N， 流值在 3 0 1 1 0 ( 1 1 0 mm) 的设计要求。 3 3沥青混凝土抗渗性能试验 沥青混凝土抗渗性是评价沥青混凝土防渗心墙质量 的最重要指标， 是配合比设计和施工质量评定必须进行的 一 项重要试验。沥青混凝土抗渗性能试验方法有两种 ， 即 5 3 O 5 9 8 2 J 1 n 侣竹 & z 水利科研 东北水利水 电 2 0 1 3年第 1 2期 二 g 2 摊 沥青含量 图 4 不 同沥青用量 对应马歇 尔试 件的稳定度 T P 1 一 T L 1 W1 - 2 I P 1 一 T I3 I P 2 一 T L l T P 2 一 2 T P 2 一 TL 3 沥青含量， 图 5 不 同沥青 用量对应马歇尔试 件的流值 渗透系数法和抗渗试验法 ，前者试验结果为渗透系数 ， 后 者试验结果为渗漏或不渗漏。此次室内试验研究采用的是 常水头渗透试验方法对沥青混凝土防渗性能进行评价的， 试验结果为各配合比沥青混凝土试件在 2 m高的水头作 用下 ， 历时 4 8 h ， 均不渗漏， 可以说明各配合比沥青混凝土 的防渗 生能满足设计要求。 3 4 沥青混凝土水稳定性试验 沥青混凝土水稳定性是衡量其在水中长期浸泡过程 中的稳定性，是评价沥青混凝土心墙水中长期浸泡下 ， 即 沥青混凝土耐久性的重要指标。耐水性不良的沥青混凝土 长期在水浸泡的作用下 ， 粘附于矿质材料表面上的沥青膜 易被水剥离， 使沥青混凝土强度大大降低从而失去力学稳 定性 ， 最终将导致水工沥青混凝土建筑物失稳而破坏。由 于沥青混凝土心墙处于坝体 内部 ， 工作运行期间温度变化 幅度较小， 且不易受冰冻、 紫外线及恶劣气候条件 的影响， 因此沥青混凝土心墙的耐久性完全取决于其耐水性 。 各配合比沥青混凝土的水稳定性试验测试结果见表 6 。由表 6可知， 此次室内试验研究各配合比沥青混凝土水 稳定系数介于 0 9 6 0 9 8之间， 且远大于设计要求( 水稳定 系数大于 0 8 5 ) ， 表明各配合比沥青混凝土的耐水性较好。 3 5 沥青混凝土变形性能试验 表 7为各配合比沥青混凝土小梁弯曲试验浈 0 试结果， 由表 7可知， 此次室内试验研究各配合比沥青混凝土弯曲 应变试验测试结果均满足设计要求； 当温度、 级配指数和 5 4 表 6 沥青混凝土水稳定系数测试结果 填料用量一定时， 抗弯强度与弯曲变形模量随沥青用量增 加而减小， 弯曲应变随沥青用量增大而增大 ； 当温度、 级配 指数和沥青用量一定时 ， 抗弯强度与弯曲变形模量随填料 用量增大呈增大趋势 ， 弯曲应变随填料用量增大呈减小趋 势 ； 当温度 、 填料用量和沥青用量一定时 ， 级配指数小 ， 抗 弯强度与弯曲变形模量大， 弯曲应变小。 表 7 沥青混凝土弯曲试验测试结果 3 6 沥青混凝土三轴试验 沥青混凝土三轴试验是验证推荐配合比力学性能的 重要试验指标。根据试验测试结果 ， 此次试验研究从中选 取 5个较优配合比进行沥青混凝土三轴试验。 此次三轴剪切试验所用沥青混凝土试样为室内静压 成型所得 ， 其形状为圆柱形 ， 直径为 1 0 0 r n l n ， 高度为 2 0 0 H II l l ， 试验温度控制在( 8 6 0 1 ) o c范围内， 围压分为四级， 分别为 1 0 0 ， 3 0 0 ， 5 0 0 ， 7 0 0 k P a ，采用恒应变控制式加载， 加 载速 率为 0 2 mm mi n 。 各配合比沥青混凝土三轴试验测试结果见表 8 。由表 8可知， 此次室内试验研究各配合比沥青混凝土的凝聚力 c 值、 内摩擦角 值试验测试结果均满足设计要求。 4 沥青混凝土推荐配合 比 4 1 国内配合比经验比较 采用碾压式沥青混凝土心墙作为土石坝防渗体 已在 国内多项重大水利工程中得到应用 ， 各成功案例为该项工 程提供了宝贵的经验。国内主要工程沥青混凝土配合比见 表 9 。表中所列工程采用的沥青混凝土配合比现场碾压过 z 萼 2 0 1 3 年第 1 2 期 东北水利水电 水利科研 表 8 沥青混凝土 三轴 试验测试结 果 程中施工性较好 ， 成墙后有较好的防渗性能 ， 因此其可作 为此次试验研究确定最终推荐配合比选择的重要依据 。 4 2 沥青混凝土推荐配合比确定 各项试验结果说明各备选沥青混凝土配合比均满足 设计要求 ， 从沥青混凝土密实性角度考虑优化配合比选择 p , 1 一 T L 2 6 6 作为最终推荐配合比，该配合比与以往工程 经验基本相符 ， 具体配合比参数如表 1 0所示。 鉴于林芝地区为高海拔地区， 光照充足， 辐射量大 ， 紫 外线强 ， 沥青露天存放易老化 ， 建议沥青应存放于阴凉避 光处， 因此原材料应选择合理的堆放场地进行存放 ， 同时 由于现场施工用骨料的破碎方式、 筛分方式、 生产规模与 表 9 国内主要工程碾压式沥青混凝土推荐配合比 称 1 5 2 0 1 0 1 5 5 1 0 2 0 0 7 5 2 5 填 沥 70 5 5 ， 器 群 J P 1 一 T L 2 6 6 0 4 1 1 2 D 6 6 7 6 9 1 0 7 1 8 3 1 3 8 3 1 6 1 2 0 室内存在差异 ， 使得现场施工用骨料级配与室内试验用骨 料级配存在一定差异 ， 现场施工配合比应尽可能逼近室内 试验推荐配合比，使沥青混凝土各项性能满足设计要求 ， 以保证沥青混凝土心墙质量 。 【 收稿 日期】 2 0 1 3 -0 1 -0 4 o oo 0o 00 o 0 0o oO 00 o0 oo oo o 0 oo oo 0o 00 0O oo oo oo oo o0 0O o O oo o0 0o oO oo 0 0 oo 0o O0 O0 oo oo 00 00 o0 0 o 00 oo oo oo oO o 0 o ( 上接第 2 5 页 ) 当前农业生产结构性矛盾 日益突出， 不能满足市场对 农产品优质化和多样化的需求 ，当前做到全面退耕还林 、 还草具有一定困难。因此应积极推动农业生产结构调整和 农业产业化进程 ， 大力发展二 、 三产业， 坚持 以市场为导 向， 立足本地 ， 面向市场。汪清县有着良好的地理 区位优 势 ， 境内无大型工业， 生态环境相对较好 ， 可以在扩大农村 特色生态产品市场的基础上，增加土地产出的附加值 ， 政 府部门应积极组织引导农民 ， 开发滕本 、 乔木类经济作物 ， 调整传统的生产结构 ， 通过生态环境建设与农业可持续发 展有机结合， 不断优化生存环境 ， 提高全社会成员的素质 ， 满足人民群众日益增长的物质生活和精神生活的需要 ， 促 进县域经济发展， 为持续发展奠定基础 。 2 ) 强化措施， 突出 水保法 执行力度 ， 坚持综合治理 。 以乡镇为基本堕位 ， 以小流域为治理单元 ， 坚持不懈 地做好退耕还林、 还草和有计划地封山育林育草 。有关涉 及水土保持的部门应加大协调 ， 协调一个意识方向 ， 理清 一 个主线 ，即将 水法 、 水保法 、 防洪法 、 森林法 、 土地法 等相关法律、 法规相结合 ， 归纳出一条科学合理 的规划发展思路 ，各相关部门充分认识这一思路 的必要 性 ， 统一思想 ， 统一运作 ， 以可持续发展的根本要求 ， 构建 与自然相适应的水保发展空间， 严格处理 、 抑制影响和破 坏水土保持工作的行为。 强化生态环境建设项 目管理 ， 加强统一规划和统一管 理 ， 协调农、 林 、 牧、 水等职能部门 ， 明确责任， 分工合作， 避 免重复投资、 重复统计、 重复估算治理效益的弊端。项目实 施中， 要采取法人负责制、 招标投标制 、 工程监理制， 严格 检查验收， 保证各项治理措施与工程的质量与进度。 3 ) 发挥智力支持， 将科学技术与专业科技力量直接切 人生态环境建设， 充分发挥支撑作用。 要大力加强人与 自然的和谐度 ， 加大社会宣传 ， 形成 全社会对水土流失的责任意识。同时， 应加大治理水土流 失治理的科研投入。根据实际需求将生态环境建设与科技 纳入一体，形成直接为生态环境建设服务的科技体系， 把 水土保持工作的现实需求、 县域实践和试验机构的贵权利 联系起来 ， 既可以保障规划及实施的科学性 ， 又可提高治 理项目的质量 ， 同时也可使试验 、 实践单位的实践成果在 项 目区中得到应用和推广 ， 形成 以点带面 ， 稳步发展的良 性促进格局。 参 考 文 献 1 刘树坤 中国生态水利建设 M 北京： 人民日报出版社 ， 2 0 0 4 ， 1 2 ( 第一版 ) 2 朱铁 良 利在当代 功载千秋 吉林省水土保持生态建设 五十年( 1 9 5 5 -2 0 0 5) 3 汪清县水利志， 1 9 8 6 1 9 9 5 【 收稿 日期】 2 0 1 3 - 0 9 0 4 5 5