水坝防渗面板密断级配富沥青混凝土配合比设计方法.pdf

公路交通技 术 2 0 1 0年 6月 第 3期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t J u n 2 0 1 0 N o 3 水坝防渗面板密断级配富沥青 混凝土配合 比设计方法 何金棠 ，葛折圣 ( 1 广东省长大公路工程有限公司，广州5 1 1 4 3 1 ；2 华南理工大学 ，广州5 1 0 6 4 1 ) 摘要：提 出改进的粗集料骨架孔隙填充法，并以此作为密断级配富沥青混凝土混合料的设计方法。试验评价证 明使用该方法设计 的混合料各项性能指标均满足要 求 ，故极 具推 广价值 。 关键词：水3 - 材料；沥青混凝土；级配；设计；方法 文章编号 ：1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 2 5 0 4 中图分类号 ：U 4 1 4 1 文献标 识码 ：A De s i g n Me t h o d s f o r Mix Ra t i o o f De n s e Ga p Gr a d i n g As p h a lt Ric h Co n c r e t e f o r l mp e r v iou s F a c e Sla b s o f Da m HE J i n t a n g ，G E Z h e s h e n g 2 Abs t r a c t ：Thi s pa p e r p r o po s e s a mod i fie d c oa r s e a g g r e ga t e s k e l e t o n po r e s fil l i ng me t ho d a s t h e d e s i g n m e t ho d f o r d e ns e g a p gr a de d m i xt u r e a s ph a l t r i c h c o n c r e t e m i xt ur eTh e e va l ua t i o n vi a t e s t p r o v e s t h a t v a r i o u s p e r f o r ma n c e i n d i c e s o f t h e mi x t u r e d e s i gn e d b y t h i s me t h o d c o n f o r m t o r e q u i r e me n t s T h i s me t h o d h a s h i 曲l y p r o mo t i o n a l v a l u e Ke y wo r d s ： h y d r a u l i c ma t e r i a l s ； a s p h a l t c o n c r e t e ； gra d i n g ； d e s i g n ； me t h o d 水坝防渗面板沥青混凝土的性能要求是抗渗性 能 、变形稳定性 、抗裂性能 、裂缝 自愈能力和耐久 性等。这些要求之间具有一定 的矛盾性 ，主要表现 为高温、斜坡变形稳定性与抗渗 、抗裂 、低温性能 之间的矛盾 。已有研究认为 ，密断级配富沥青混凝 土能够较好地平衡这些矛盾性的要求 ，代表 国内外 沥青混凝土级配发展方向。密断级配混凝 土的粗骨 料 以单一粒径为主 ，细集料适当填充 ，形成嵌挤 、 密实骨架结构 ，因而具有 良好 的变形稳定 性。而 且 ，富沥青混凝土 的沥青含量高 ，具有优 良的防 渗 、抗裂和低温性能 】 。 上世纪 9 0年代初 ，张 肖宁等提出了一种按体 积设计沥青混凝土配合 比的方法粗集料骨架空 隙填充法( C o u r s e A g g r e g a t e V o i d F i l l i n g Me t h o d ，简 称 C A V F法 ) 。该方法既强调粗集料骨架的嵌挤作 用 ，又充分利用细集料 的填充 、粘结作用 ，把嵌 挤原则和填充原则有机地结合起来 ， 从而全面提高 沥青混凝土的性能。 目前 ，该方法已广泛应用于道 路工程 中密断级配沥青混凝土配合 比设计 ，设计的 沥青混凝土表现 出良好 的使用性 能 。然而 ，该 方法还存在一些重要的技术问题需要解决 ，如在混 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 1 1 5 作者简 介：何金棠 ( 1 9 6 3 一 ) ，男 ，广东省兴宁市人 ，大专 ，工程师 凝土实测空隙率与设计空隙率之间存在一定的差异 和未考虑矿料吸收沥青对混凝士 陛能的影响等。 本文对 C A V F法进行 了改进 ，并应用于设计水 坝防渗面板密断级配富沥青混凝土 ，通过试验评价 所设计 的沥青混凝土的力学性能。 1 C AVF的改进 1 1 CA VF法 C A V F法设计沥青混凝土 的基本思路是 ：实测 粗集料骨架的空隙率，计算其空隙体积，使细集料 体积、沥青体积、矿粉体积及沥青混凝土最终设计 空隙体积之总和等于粗集料骨架空隙体积。按照这 样的体积关系，粗集料、细集料、矿粉以及油石比 的质量百分率、粗集料骨架紧装空隙率及混合料设 计目标空隙率之问满足以下的方程： q + +q p =1 0 0 。 ( 1 ) 式中， 为粗集料 ，；q l 为细集料 ，； 为矿 粉 ，。 唧 一 ) + 告+ 。( 2 ) 式中 ， 为粗集料紧装密度 ，g c m ； 分别为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 0生 细集料和矿粉的表观密度 ，g c m 3 ； 为沥青密度 ， g c m ；q 。 为油石 比 ，； ( 晰 为粗集料骨架 紧 装空隙率，； 为混合料设计目标空隙率，。 通常 ，材料密度和 晰 为 已知量 ，可以在 q 。 、 q p 、 和 等 5个变量中预先确定 3个变 量的设计值，利用上述 2 个方程计算得出其余 2 个 变量的设计结果 。一般将粗 、细集料 的 q 、 作为 未知变量进行设计。 由式( 2 ) 可见 ，该设计 方法采用的粗集料骨架 嵌挤标准 为沥青混合料 中的粗集料 间隙率最大值 c A 珊 c ，从而导致按 照该方法设计的沥青 混合料实测空隙率往往小于设计空隙率l l。另外 ， 式( 1 ) 、( 2 ) 中采用的是油石比，未区分有效沥青和 集料吸收的沥青 ，未考虑矿料吸收沥青对混合料性 能的影响。 1 2 沥青混凝土中粗集料骨架嵌挤的新标准 目前常用的粗集料骨架嵌挤形成标准 1 A y c A 是美国从 欧洲 引进一种密断级配沥青 昆 合 料 S MA的过程 中 ，为了比欧洲更加强调粗骨架 的 重要性而提出来的罔 。 在美国的 S MA设计指南中，规定 1 A 眦 的测 量方法采用干捣实法，是利用粗集料试件的体积法 测量毛体积密度来计算 。对于混合料 ，V C A _则是 应用马歇尔击实试件的水 中重法测得的毛体积密度 来计算。 对 比 1 A 晰 和 V C A 的测量方法可知 ，两者 的试验方法有如下不 同：一是压实方法不 同，前者 用铁棒插捣密实 ，后者为重锤 冲击压实 ， 两者的 压实功能无可 比性 ，二是试 验测量精度不 同 ，前 者密实后体积为 1 0 L ( 试件直径 2 3 7 c m，高 2 2 7 c m) ，后者压实体积约 0 5 1 4 8 L( 试件直径 1 0 1 6 c m，高 6 3 5 c i n ) 。三是 计算 V C A时 ，所用 密度 指标的测量体系不 同，前者在测量时 ，试件体积 已 经固定 ，为测量筒 的容积 1 0 L，即计算 晰 用 的是体积法毛体积密度 ，它包括 了试件表面的所有 空隙 ；而计算 V c A 时 ，用的是水 中重法毛体积 密度 ，故 未包括试件表面 的粗大空隙f 9 1 。 为了克服干捣实法测定 c IA 晰 的上述种种不 足，将粗集料加适量沥青、矿粉后与混合料同法成 型 ，并采用 同法计算 ，得 出 V C A 称作粗集料骨 架间隙率的最小值 c lA ，并提出新的粗集料骨架 形成标准 ，即 ： o t V C A。 ( 3 ) 其 中 ， O - 器 ： 1 0 1 2 ， 为 干 涉 系 数 ， 表 示 细集料和沥青胶浆对粗集料骨架的干涉程度。 的计算方法为： V C A _=( 1 一盟X P ) 1 0 0 。 ( 4 ) 式 中， 为粗集料间隙率最小值 ，； 为用 表干法测定 的试件毛体积相对密度 ；P 为试件 中 粗集料 的比例 ，； Y c e 为粗集料的合成有效相对 密度。 1 3 对 C A VF法的改进 下面应用上文提出的干涉系数和骨架嵌挤新标 准 ，对 C A VF法进行改进。将式( 2 ) 变为 ： + 南 一 一 ) 0 ( 5 ) 式 中， 为沥青有效体积 。 然后 ，按照以下公式 ，由 反算推出 ： 他 = 。 ( 6 ) 一 = 而 。 1 1 = l 一 j 1 0 0 ( 7q b 1 0 0 o ) I J q 。 =q b a + q 。 ( 8 ) 式 中。 为有效油石 比，；q 为集料吸人沥青 油石 比 ，；T a 为沥青相对密度 ； 为合成矿料 有效相对密度 ； 为合成矿料毛体积相对密度 。 2 密断级配富沥青混凝土设计 首先，选取符合规范要求的集料，包括 1 0 2 0 m m粗集料、0 5 m m细集料和矿粉。间断 5 1 0 m m的粗集料。集料级配组成见表 4 。采用壳牌 表 4 集料级配组成 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 3期 何金棠，等：水坝防渗面板 密断级配富沥青混凝土配合比设计方法 2 7 A 一 7 0石油沥青 。集料技术性 能的实测值 和技术要 求见表 5 ，沥青技术 性能的实测值和技术要求见表 6 。由表 5 、表 6可见 ，集料和沥青的性能分别满 足 D U T 5 3 6 3 -2 0 0 6 水工碾压式沥青混凝土施工规 范 和J T G F 4 0 - - - 2 0 0 4 公路沥青路面施工技术规范 各项技术要求1 0 - 1 1 】 。 其 次 ，实测粗集 料 的表观相 对密度 为 2 6 8 2 ， 毛体积相对密度为 2 6 4 7 ；细集料的表观相对密度 为 2 6 7 1 ；矿粉表观相对密度为 2 7 1 7 ；沥青密度为 1 0 2 8 ；粗集料紧装密度为 1 7 0 2 e g c m 。 然后 ，通过试验测得粗集料间隙率最小值 c lA =3 6 8 2 。取干涉系数 O =1 0 1 ，则 a V C A = = 3 7 1 9 。表 7给出了不同沥青 、矿粉用量对应的设计级 配的计算结果。表 8给 出了不 同设计级配 的沥青混 凝土的体积指标。由表可见 ，级配 c沥青混凝土 的空隙率 3 ；混凝土中粗集料间隙率 c IA o WC A = ，粗集料骨架嵌挤 、密实 ；沥青饱 和度大 于其他级配。因此 ，初步选择级配 C，进行下一步 表 5 集料技术指标 表 6 A一 7 0沥青技术指标 表 7 不同沥青、不同矿粉用量的级配计算结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 公路交通技术 2 0 1 0年 指标 油石 空 流 ( m渗透系数 ( c ) ) 力学性能评价 。 3 密断级配富沥青混凝土的性能评价 通过试验测定 了级配 C密断级配 富沥青混凝 土 的稳 定 度 ( 6 0 ) 、流值 ( 6 0 ) 、斜 坡 流 淌值 ( 1： 2 ，6 0 C) 、渗透 系 数 和低 温 弯 曲破坏 应 变 ( 一 1 0 C) 。试验结果如表 9所示 。结果表 明，所设 计 的密断级配富沥青混凝土具有优 良的变形稳定性 和抗渗性能 ，各 项力 学指标 均 满足 D L T 5 3 6 3 2 0 0 6 ( 水工碾压式沥青混凝土施工规范 的技术要 求【 l 0 l 。 4结语 密断级配富沥青混凝土能够适应水坝防渗面板 沥青混凝土性能要求 ，代表国内外沥青混凝土级配 发展方向。本文创新性地提出了粗集料骨架孔隙率 最小值的测定方法和密断级配沥青混凝土粗集料骨 架嵌挤的新标准 ，在此基础上，改进了粗集料骨架 空隙填充法；并运用其设计了一种密断级配富沥青 混凝土，通过试验评价了混凝土的稳定度、流值、 斜坡流淌值、渗透系数和低温弯拉破坏应变等主要 力学性能。 研究表明，改进的粗集料骨架空隙填充法具有 一 般 陛，运用该方法设计出的密断级配富沥青混凝 土兼有优 良的变形稳定性 、抗渗性 能和低温性能 ， 各项力学指标均满足 D L T 5 3 6 3 -2 0 0 6 ( ( 水工碾压式 沥青混凝土施工规范 的要求 ，具有广泛 的推广和 应用价值 。 参考 文 献 n 葛折圣富沥青混合料设计 、 性能与应用研究【 D 1 广州： 华南理工大学， 2 0 0 7 。 【 2 】 王绍怀， 张肖宁， 吴旷怀按集料体积设计沥青混合料级 配组成 J 华南建筑学院西院学报 ， 1 9 9 4 ( 2 ) ： 2 7 3 0 【 3 】 张肖宁， 郭祖辛 ， 吴旷怀按体积法设计沥青混合料 J 哈尔滨建筑 大学学报 ， 1 9 9 5 ， 2 8 ( 2 ) ： 2 8 3 6 4 1 张肖宁 道路交通安全与沥青路面技术的进步 J 】 哈尔 滨建筑大学学报， 1 9 9 9 ， 3 2 ( 2 ) ： 9 3 9 8 5 】 张肖宁 设计沥青混合料【 J l哈尔滨建筑大学学报， 2 0 0 2 ， 3 5 ( 1 ) ： 1 0 8 1 1 2 f 6 1 吴旷怀， 张肖宁， 张志发 单一粒径为主的密断级配沥青混 合料研究叨 哈尔滨建筑大学学报， 1 9 9 8 ， 3 1 ( 6 ) ： 1 1 9 1 2 4 【 7 】 吴旷怀 按体积设计沥青混合料 D 】 哈尔滨 ： 哈尔滨建 筑 大学 ， 1 9 9 5 8 】 AAS HT O S t a n d a r d s p e c i fi c a t i o n f o r d e s i g n s t o n e ma t r i x a s p h a l t MJ Wa s h i n t o n g ，D， C ：A AS HT O， 1 9 9 8 9 卢永贵 沥青玛蹄脂碎石混合料研究【 D 】 西安： 长安大 学 ， 2 0 0 1 I 1 0 】国家发展和改革委员会D I J I 5 3 6 3 -2 0 0 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m