浇筑式沥青混凝土的原材料与配合比选择.pdf

l 42 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng 文章 编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 1 4 2 0 3 浇筑 式沥青混凝 土的原材料与配合 比选择 宋 日英 ， 南东梅 ， 陈 宇 ( 华北水利水 电学 院， 河南 郑州4 5 0 0 1 1 ) 摘要： 原材料与配合比选择是影响浇筑式沥青混凝土物理力学性质的重要 因素。通过对原材料进行分 析 比较 ， 研究表明： 对于选择胶凝材料沥青， 要 考虑 沥青的物理特性及施工环境 的影响； 对 于填料的选 择 ， 要 综合 考虑材 料 的亲 水性 系数及表 面活性 大 小 ； 对 于粗 细 骨料 的 选择 ， 要 考 虑到 骨 料 的性 质 对技 术 性能的影响 ， 通常要对粗骨料黏结力等级及 细骨料的水稳定性进行评定 ， 并且要 求骨料级 配良好。对浇 筑式沥青混凝土配合比的选择 ， 应优先采用最大密实度原则， 其次可采用按粒径系数选定密实混合物的 方法 ， 并且 浇筑材 料要 具有 一 定的流 动性 。 关 键词 ： 沥青混 凝 土 黏 结力 水稳 定性 级 配 密 实度 流动性 中图分 类号 ： T U5 2 8文献标 识码 ： B 沥 青混 凝 土是 利 用 胶 凝 材料 ( 沥青 ) 与 骨 料 胶结 而成 的混凝 土 。它 的防渗性 能好 、 施 工方便 ， 在 现代 水 工建筑土 石坝 心墙得 到广泛使 用 ， 胶凝 材料 的含 量 、 温度 及 级配 等都 会 对 沥青 混 凝 土 的力 学 特 性 产 生 较 大影 响 。 。按 施工 工 艺 沥青 混 凝 土 可分 为 碾 压 式 沥青 混凝 土 与 浇 筑 式 沥 青 ? 昆凝 土 。在 水 利 工 程 运 用 中， 经综合分析 比较得 出， 浇筑式沥青混凝土相 比碾压 式 沥青 混凝 土有 更多 的优 越 性 ， 浇 筑 式 沥青 混 凝 土 尤 其 适合 寒冷 地 区 的施 工 。 1 浇筑 式沥青混凝土沥青的选择 沥 青种 类 多种多 样 ， 应 用 沥青 混凝土 材料 时 ， 首先 对其原材料进行选择 ， 依据施工工艺及施工用途 ， 参照 有关沥青混凝土规范， 要做到因地制宜 ， 取长避短 ， 使 沥 青尽 可能 满 足各 种 变 化 的条 件 。选 择 不 同 的沥 青进行不 同的原料配 比， 使沥青混凝土具有一定 的抗 流变 能力 和较 小 的感温性 能 。对选 用 的沥青 混凝 土进 行试 验 论证 ， 使其 性能优 于现 行 的道路 沥青 混凝 土 。 浇筑式沥青混凝土是无孔 隙型 的沥青混凝土 ， 其 矿料孔隙全部 由沥青充填并有剩余 。其沥青材料宜选 用抗流变性好和感温系数小的石油沥青 。沥青的针入 度指数愈大 ， 其抗流变性能愈好。一般氧化沥青和部 分多蜡的直馏沥青 ， 其针入度指数均 + 2 ， 具有抗流 变 性能 较好 的特 点 ， 使用 这类 沥 青 是 适宜 的 。浇 筑 式 沥 青混 凝土 的物 理力学 性 能和流 变性 能与 其使 用沥 青 的性质 关 系极 大 ， 为使其 具 有足够 的力 学稳 定性 ， 需 要 选 用抗 流变较 好 的 沥青 品种 。经 综 合 比较 ， 石 油 沥青 作为浇筑式沥青混凝土的胶凝材料最为适合 ， 其品种 应根据工程的类型 、 等级 、 工 作条件 以及气候条件 、 配 合 比类型( 碾压式或浇筑式) 、 材料价格等因素选用。 2 浇筑式沥青混凝土填 料的性能及选择 收稿 E l 期 ： 2 0 1 1 0 9 1 0； 修 回 El期 ： 2 0 1 1 1 1 3 1 基金项目： 郑州市 创新型科技人才培育计划领军 人才 项目 ( 1 0 L J R C 1 8 5 ) 2 1 填 料 的作用 及其 技术 要求 及 教育 部留 学回国 人员科研启动基金资助 填 料是 指 粒 径 0 0 7 4 a i m 的 极 细 矿 料 ， 又称 矿 作者简介： 宋口 英( 一 ) ， 女， 河北沙河人， 工程师， 硕士。 粉 ， 。 填 料 与 沥青 组 成 沥 青 胶 结 料 ， 在 沥 青 混 凝 土 2 刘世安 ， 刘东红 客运专线铁 路 C R T S I I 型板式无砟 轨道水 泥乳化 沥青 砂浆 疑 难 问题解 答 M 北京 ： 中 国铁道 出版社 ， 2 0 09 3 曾志 ， 郑新 国， 翁智财 ， 等 C R T S 1 I 型板 式无砟 轨道 水泥乳 化沥青砂浆施工技术 J 铁道 建筑 ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 9 7 1 O 0 ， 1 2 1 4 李书 明， 谢永江 ， 郑新 国 ， 等 C R T S U型 水泥 乳化沥 青砂 浆 收缩性 能的主要 影 响 因素 研究 J 铁 道 建 筑 ， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 1 2 6 1 28 5 赵 同生 ， 陈康荣 C R T SlI 型 板式无砟 轨道水 泥乳 化沥青 砂 浆 充填层施工技术 J 铁道建筑 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 1 0 9 1 2 3 ( 责任审编 葛全红) 2 0 1 2年第 4期 浇 筑式沥青混凝土 的原材料 与配合 比选择 l 4 3 中起黏结作用 ， 并填充粗颗粒 间的空隙。填料是沥青 体系中的悬浮体 ， 可 以使填料均匀分散在沥青 中， 从而 降低了沥 青 的感 温 性， 增加 了它 的黏结 力 、 黏度 和 韧性 。 常用的填料有石灰岩粉 、 白云岩粉、 水泥等碱性矿 粉 ， 其亲水系数应 1 ( 亲水系数是指矿粉吸附水分与 吸附煤油体积 的比值 ， 即亲水 系数 = ) 。亲水 材料制成的矿粉 ， 其体积在水 中膨胀 比在煤油 中大 ， 因 此亲水系数也较大 ； 而憎水性材料制成 的矿粉则在煤 油中具有较大的体积， 因此这类矿 粉的亲水 系数 1 。 填料 中要求粒径 7 0 ( 不含 泥土、 有机物等杂质 ) ， 含水率 0 5 ， 要 防止微粒 固 结 成块 。 2 2填 料一 沥 青界 面 的吸 附性 在填料一沥青体系中， 存在着固体与黏性液体之 问的吸附 ， 影响吸附机理的主要因素是沥青 的化学组 分和填料 的性质 。例如 ， 沥青与消石灰之 间的吸 附是很高强度的化学吸附， 沥青与硅质填料之 间的吸 附是强度很低的物理吸附。在发生化学吸附时 ， 界面 上产生新的化学键时会放 出大量 的热 ； 物理 吸附放 出 的热量 是很 低 的 ， 且 主要 取决 于填 料 的 比表面 积 。 填料释放热量的差别 ， 反映了填料表 面活性 的大 小 。释放 热量 大 的填 料 ， 表 面 活性 也 越 大 。 表 面活 性 大的填料更容易均匀地分散在沥青 中， 不但 可以使沥 青产生较大的硬化效应 ， 而且还能降低沥青混凝土 的 膨胀系数 。添加2 4 熟石灰 ， 可 以改善沥青混合 物的结构性能 ， 保持较高强度， 同时提高沥青混凝土的 低 温抗 裂 变性 能 。 2 3 填料的选择 当前 ， 国内外广泛采用石灰岩粉做 为沥青混凝土 的填料 ， 这主要是因为石灰岩粉是碱性矿物， 亲水系数 介于 0 7 50 8 5之间 ， 它与沥青界面不仅能产生物理 化学反应 ， 并且在其表面形成的沥青膜 ， 在水的长期浸 泡下不会破坏。用作填料 的石灰岩粉 ， 在盐 酸中不溶 解的残 留物不应超过 5 。另外 ， 石灰 岩粉除 了具备 优 良 的技 术 性 能外 ， 还 具 有 储 量 大 、 成 本 低 的 特 点 。因此 ， 它是优先选用 的填料 。 3 浇筑式沥青混凝土 骨料 的选择 骨 料 性质 对 沥青 混 凝 土 的技 术性 能 有重 大 影 响 ， 。骨料性 质 是 指 级 配 、 形 状 、 表 面 特 性 、 硬 度 、 耐久性 、 热稳定性 及黏附性等 。这些性 质中骨料和沥 青的黏附性 ， 在水工沥青混凝土 中显得特别重要。黏 附性取决于骨料 的性质和沥青的性质 。碱性骨料通常 比酸性骨料的黏附性好 。在工程实践中 ， 必须优先选 用能与沥青黏结 良好的碱性 骨料。沉积岩 中石灰岩、 白云岩为碱性岩石 ， 与石油沥青黏附性较好。岩浆岩 应根 据 其二 氧化 硅含 量 的多少 确定 岩 石 的酸碱 性 。如 S i O ： 含 量 6 6 为酸性 ， S i O 含 量在 5 5 6 6 为 中 性 ， S i O ， 含量 2 5 n l m 的矿料。用 于拌制水 工沥青混凝土的粗骨料与沥青的黏结力 ， 一般不应低 于 4级 ， 否则 将不 能选 用 。 测试 骨料 与 沥青 黏 结 力 的试 验 方 法 ， 是 将 粒 径 为 2 5 m m 左 右 的 石 子 洗 净 、 烘 干 ， 然 后 用 线 缚 好 ， 在 1 6 0 1 8 0的烘箱 内加热 1 h ， 取 出后迅速浸入加 热至 1 6 0 1 8 0 c 【 = 的沥青 中， 经 1 5 s 后提 出， 挂在支 架上使多余沥青 流出， 经 1 5 m i n后 ， 将 已冷却 的石 子 浸入煮沸蒸馏水 中， 煮 3 ra i n后 ， 根据当时颗粒表面沥 青膜的情况 ， 按表 1 评定黏结力等级 。 表 1 骨 料 黏 结 力等 级 评 定 表 骨料颗粒表 面沥青膜特性 黏结力等级 沥青膜保持 完整 沥青膜稍 稍被 水 所 移动 ， 其 厚 度不 均 匀 ， 但 骨料仍未露 出 沥青膜在个 别地 点显著 被水破 坏 ， 但沥青 仍 黏附在颗粒表 面 沥青膜全 部被 水 破 坏 ， 骨料 外露 ， 但骨 料 上 还有点滴沥青 尚未脱 离上浮 沥青膜 全 部 被 水破 坏 ， 骨 料 表 面 无 沥 青 黏 附 ， 全部 沥青上浮至水面 对粗骨料的技术要求 ， 取决于沥青混凝土 的种类 和用途 。一般要求清 洁 、 坚 硬、 耐久 、 均匀 ， 要 清除灰 尘、 黏 土及其它杂质。粗骨料表面要求粗糙 、 多棱 角 ， 而针 片状 颗粒 含 量 要 少 ， 加 热 过 程 中质地 不 变 化 。粗 骨料的形状和表面粗糙程度 以及级配等 ， 对沥青混凝 土影响大 。粗骨料的级配应保证与其 它矿料混合 时 ， 能使混合料达到最大密实度。 3 2细 骨料 细骨 料 是指 粒 径 在 2 5 0 0 0 0 7 4 mm 之 间 的 矿 料 4 - 5 。一般可用河砂、 山砂 、 海砂 、 人工砂 ， 或天然与 人工 的混合砂。天然砂长期 与周 围的介质和水接触 ， 5 4 3 2 1 1 4 4 铁道建筑 砂表面会形成一层薄膜物质， 这层薄膜物质是各种矿 物和有机化合物的复杂综合物 ， 它必然对砂与沥青的 黏结力起决定性作用 ， 因此必须对其进行 试验研究。 细骨料要求清洁 、 坚硬 、 耐久 ， 不能被黏土、 粉砂和其它 有 害物质 包 裹 ， 也 不 能含 有 黏 土 块 、 淤 泥 及其 它杂 质 。 细骨料首先必须具有 良好的级配 ， 其次水稳定性等级 不 得低 于 4级 。 4配合比选择 浇筑式沥青混凝 土施工时 ， 不需要对混凝土拌合 物进行碾压或振捣 ， 只需简单地将一定温度( 1 5 0 1 6 0 ) 的t 昆 凝土拌合 物直接浇筑到模板或沟槽形成 的墙体的浇筑仓 内。利用热态拌合物的流动性使拌合 物在仓 内自身流平 ， 且在其流平及 自然冷却的过程中， 借用拌合物 自身的重度进行压实 ， 从而达到设计规定 的性能指标 。依据浇筑式沥青混凝土心墙 的建筑 工艺和运行状况， 要求该型式混凝土拌合后具有一定 的骨 架性 、 浇 筑时能 流动 ， 在施 工 温度下 和冷 却过 程 中 不 发 生骨 料离 析 、 易 自身压实 。 沥青 混凝 土 的骨 架性 决 定 着 混凝 土 的力 学 性 能 ， 决定 于混 凝 土 的矿 料 组 成 ， 尤 其是 影 响混 凝 土 密 实性 的粗骨料的颗粒级配， 所 以以混合物 的最大密度确定 矿物粒料的颗粒级配。参考国内外推荐的标准级配曲 线进行试拌 ， 求得最大密度 的颗粒级配 。近来 国外 也采 用按 粒径 系数 选 定 密 实土 体 混 合 物 的方 法 ， 即按 不同的比例 ， 分别掺配两种不同颗粒级配的粒料 ， 配出 几种颗粒级配不同的粒料混合物 ， 分别测 出每种混合 物的颗粒级配及密度 ， 计算每种粒 料混合物的粒径 系 数 叼=d 6 o d 。 。 ( d 。 和 d 。 分别 为每种混合 物筛通量 为 6 0 及 1 0 相应的粒径) 。比较每种混合物的粒径系 数 ， 一般情况下 ， 粒径系数最大的混合物， 其密度最大、 级 配最佳 。 混凝土拌合物 的流动性与其 自身压 实性密切相 关 ， 只有当拌合物处于运动状态下 才能使骨料颗粒间 相互咬合紧密 。碾压式沥青混凝土的拌合物借助碾压 滚筒的转移和振动推动拌合物流动才利于压实 。 而静 止 的压 重 难 以压 实 拌 合 物 ， 这 已为 试 验 所 证 实 。因此靠 自身重度压实 的浇筑式沥青混凝 土 拌合物在浇筑过程 中必须具有一定的流动性。其流动 性和 自身压实性 又取 决于拌合物 中矿粉和沥青 的含 量。当矿粉含量超过为填充拌合物中砂石骨料粒子间 孔隙体积所必需的数量后 ， 能降低 砂石骨料 的内摩擦 作用 ， 有利于骨料的 自由流动 。而沥青含量同样要超 过 为填充 矿粉 粒子 间孔 隙体 积 所 必 需 的 数 量 ， 在 矿粉 粒子间形成较厚的沥青膜 ， 使拌合物有 良好的流动性。 所以要求拌合物具有一定多余含量的矿粉和沥青 。 5 结 语 1 ) 沥 青 的种 类 和 性 质 是 影 响 沥 青 混 凝 土 性 质 的 重要 因素 ， 对 于浇 筑式沥 青混 凝土 ， 石油 沥青 是 首要选 择 。但 在具体 工 程施工 中应 该依 据工 程特点 及 地 区环 境变化规律 ， 对石油沥青 的品种进行具体选择。 2 ) 对于填料的选择主要满足三点 ： 首先要选用憎 水性材料； 其次要选用表面活性大的材料 ， 以便沥青产 生较大的硬化效应 ， 降低沥青t 昆 凝土的膨胀系数 ； 再次 要选 用碱 性材 料 。 3 ) 对 于粗 细骨 料 的选 择 主 要 满足 坚 硬 、 耐 久及 颗 粒级配 良好的要求。粗骨料一般选用玄武岩、 辉绿岩 ， 细骨料 一般选 用 河砂 、 山砂 、 海砂 、 人 工砂 ， 或天 然 与人 工 的混 合砂 。 4 ) 浇筑 式 沥 青 混 凝 土 配 合 比 的选 择 是 影 响 沥青 混 凝 土浇筑 施工 质量 的重 要 因 素 ， 因 此优 先 服从 最 大 密度的原则 ， 以混合物的最大密度确定矿物粒料 的颗 粒级配， 其次要考虑到浇筑式沥青混凝土的施工特点 ， 满足沥青混凝土的流动性要求。 参 考 文 献 1 林 宝玉 ， 丁健彤 水工 材料 的发 展前景 展望 J 中 国水 利 ， 2 0 0 6( 2 0) ： 6 1 6 3 2 郭 雪莽 ， 赵 中级 土石坝浇筑式沥青混凝土防渗结构 的设 计 研究 R 郑州 ： 华北水利水 电学 院， 1 9 9 9 3 郭林安 寒冷地 区浇筑式 沥青混 凝土防 渗心墙 和施工关 键 技术研究 D 西安 ： 西安理工 大学 ， 2 0 0 8 4 赵玉玺 浇筑式沥青混凝土心墙 防渗技 术的试验研 究 D 大连 ： 大连理工 大学 ， 2 0 0 1 5 杨玉辉 ， 丁建伟 ， 庞淑娟 沥 青混凝 土心墙工 艺在西 沟水库 工程中的应用 J 东北水利水 电学院学报 ， 2 0 0 1 ( 6 ) ： 1 3 1 5 6 梁晓东 尼尔基水 利枢纽工 程碾 压式沥青 混凝土 心墙低 温 施工技术研究 D 西安 ： 西安理 工大学 ， 2 0 0 5 7 赵年全 矿物掺合 料对 高性 能混 凝土力 学和耐久 性 的影 响 分析 J 铁道建筑 ， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 1 0 1 1 0 4 8 蒋宗全 ， 杨 忠 ， 郭晓安 ， 等 活性粉末混凝土配合 比设计研 究 及生产工艺 J 铁道建筑 ， 2 0 1 0 ( 7 ) ： 1 4 2 1 4 4 9 冯仲伟 ， 李化 建 ， 李林 香 混 凝土 材料耐久 性能 的影 响因素 及评价指标研究 J 铁道建筑 ， 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： 1 2 6 1 2 9 ( 责任审编 葛全红)