浇筑式沥青混凝土配合比设计及施工中若干问题的探讨.pdf

2 0 1 3年第 5期 ( 第4 l 卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g i i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 5 2 0 1 3 ( T o t a l N o 4 1 ) 文章编号： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 2 3 0 4 浇筑式沥青混凝土配合比设计及施工中若干问题的探讨 胡小虎 ( 新疆水利水 电勘测设计研究院， 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0 ) 摘 要 ： 通过新疆已建和在建的 l O余座浇筑式沥青混凝土心墙坝心墙浇筑式沥青混凝土配合比 试验和现场浇筑实践发现， 当采用标号较高的沥青( 如克拉玛依 7 O号( A) 级、 9 0号( A ) 级沥青) 时， 沥青含量可略低于现行 土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范 的下限值 9 ； 在进行马歇尔试验时， 现行 水工沥青混凝土试验规程 中所规定的试验温度及试件 制备方法不适用于浇筑式沥青混凝土。通过试验发现： 采用静压法制备试件、 试验温度 取 2 0 更适合浇筑式沥青混凝土的施工特点和物理特性 ； 在施工过程中， 须严格控制浇 筑式沥青混凝土的配合比， 否则会出现蜂窝麻面的现象， 为工程埋下安全隐患。 关键词 ： 浇筑式沥青混凝土； 沥青含量； 马歇尔试验 ； 试验温度； 配合比 中图分类号 ： T V 5 2 文献标识码 ： B Di s c u s s i o n o n S e v e r a l Pr o b l e ms f o r De s i g n a n d Co n s t r u c t i o n o f Ca s t As p h a l t Co n c r e t e M i x Ra t i o HU Xi a o h u ( X i n j i a n g U y g u r A u t o n o mo u s R e g i o n Wa t e r C o n s e rv anc y&H y d r o e l e c t r i c 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 mq i 8 3 0 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h r o u g h t h e c a s t a s p h a l t c o n c r e t e mi x r a t i o t e s t a n d o n s i t e p o u ri n g p r a c t i c e o f t h e c a s t a s p h a l t c o n c r e t e c o r e w a l l f o r mo r e t h a n 1 0 b u i l t d a ms a n d c o n s t r u c t i n g d a ms ， i t i s fou n d t h a t a s p h a l t c o n t e n t c a n b e 9 l o w e r t h a n t h e l o w e r l i mi t v a l u e s t i p u l a t e d b y A s p h a l t C o n c r e t e C o r e Wa l l o f R o c k fi l l D a m a n d P a n e l D e s i g n S p e c i fi c a t i o n s w h e n a d o p t i n g h i g h g r a d e a s p h alt(s u c h a s K a r a m a y N o 7 0 ( A) ， N o 9 0( A)a s p h alt T h e t e s t t e m p e r a t u r e a n d s p e c i m e n p r e p a r a t i o n m e t h o d i n t h e e x i s t i n g C o d e o f G e o t e c h n i c a l C o n c r e t e T e s t i n g a r e n o t s u i t a b l e f o r c a s t a s p h a l t c o n c r e t e wh e n c o n d u c t i n g Ma r s h all S t e s t T h e t e s t i n d i c a t e s t h a t t h e s p e c i me n p r e p a r e d b y s t a t i c p r e s s u r e me t h o d a t 2 0 o C t e s t t e m p e r a t u r e i s mo r e s u i t a b l e for t h e c o n s t r u c t i o n o f c a s t a s p h a l t c o n c r e t e a n d i t s p h y s i c al p r o p e r t i e s T h e c a s t a s p h alt c o n c r e t e mi x r a t i o mu s t b e c o n t r o H e d s t ric tl y ， o t h e r wi s e v o i d s a n d p i t s ma y o c c u r a n d l e a v e t h e h i d d e n s a f e t y t r o u b l e for t h e c o n s t ruc t i o n Ke y wo r d s ： c a s t a s p h a l t c o n c r e t e ； a s p h a l t c o n t e n t ； Ma r s h a l l S t e s t ； t e s t t e mp e r a t u r e ； mi x r a t i o 1 浇筑式沥青混凝土沥青用量的确定 在进行浇筑式沥青混凝 土的配合 比设计 时， 沥 青的掺量常用沥青含量和沥青用量两种表示方法。 沥青用量是指沥青材料质量与矿料总质量的比率。 收稿 日期 2 0 1 3 04 0 1 作者简介】 胡小虎( 1 9 8 6一) ， 男， 新疆乌鲁木齐人， 助理工程师， 从事水利水电工程设计工作。 一 23 2 0 1 3年第 5期 ( 第 4 1 卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 5 2 0l 3 ( T o t a l N o 4 1 ) 沥青用量 ： 1 0 0 ( 1 ) 式沥青混凝土具有 良好的密实度 、 施工流动性 、 经济 付思J贝里 性。但沥青用量过多， 将使浇筑式沥青混凝土心墙 沥青含量是指沥青材料质量与沥青混合料总质 与过渡料的变形模量相差较大 ，不利于工程安全。 量 的比率。 在进行室内试验时 ，沥青混凝土的可浇筑性通常 沥 青 含 量 6 吾 蕞 1 0 0 ( 2 ) 用 施 工 黏 度 与 分 离 度 试 验 评 定 ， 渗 透 性 常 用 密 度 、 孔 沥青用量与沥青含量之间的关系式为 ： 隙率来评定。施工 度反 浇筑式沥 混 土施工 喜企县， 蹦 时 的流 动性 ， 规范要 求施 工黏 度应 在 1 0 1 0 P a s ； 沥青用量 B 1 0 0 ( 3 ) 分离度反映浇筑式沥青混凝土骨料 的分 布 、离 析情 当使用沥青用量( 油石比) 表示时， 沥青材料质 况， 一般要求1 0 5 ； 孔隙率反映浇筑式沥青 昆 凝土的 量成为独立变量等变化 不影响矿料质量 的计算 ， 调 防渗性 ， 要求其值 2 。考虑到新疆地区气候寒冷， 整配合比时比较方便 ， 为工程 中常用， 故本文采用沥 年平均气温较低 ， 其心墙浇筑式沥青混凝土采用了标 青用量 B表述沥青混凝土中的沥青掺量。 号较高的沥青( 克拉玛依 7 0 ( A级) 道路石油沥青或 按照 土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范 9 0 ( A级) 道路石油沥青) 。本文对其中几个工程的心 ( S L 5 0 1 -2 0 1 0 ) 的要求 ， 碾压式沥青混凝土心墙 的沥 墙浇筑式沥青混凝土的各项物理力学性质进行 了试 青含量在 6 7 5 ； 浇筑式沥青混凝 土的沥青含 验研究 ， 通过试验确定的各工程浇筑式沥青混凝土的 量一般在 9 1 3 。合理 的沥青含量可 以使浇筑 沥青含量、 物理指标和施工参数等见表 I 。 表 1 各项 物 理 力学 性 质试验 结果 表 由表 1可知 ， 在新疆 已建 和在建工程 中， 在使用 新疆克拉玛依石化公司生产的7 0 ( A级 ) 道路石油沥 青或 9 0 ( A级 ) 道路石油沥青的前提下 ， 浇筑式沥青 混凝土的沥青含量均在 8 2 一8 8 之间 ， 低于现 行 土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范 的下限 值 9 。 试验结果表明 ： 各工程 的心墙 浇筑 式沥青混凝 土的施工黏度均在 1 0 1 0 P a s ， 满足规范要求 ； 其分离度均 I 0 5， 表 明浇筑式 沥青 混凝土的颗粒 分布均匀 ， 试件上下部密度变化不大 ； 其孔隙率均在 2 以下 ， 密度均在2 3 O一 2 4 0 g c m 之间， 表明浇筑 式沥青混凝土密实度大 ， 孑 L 隙少 ， 满足防渗要求。 上述各工程在现场施工过程 中， 浇筑式沥青混 凝土均表现出较好的施工流动性。对浇筑后的沥青 混凝土心墙进行钻心取样 ， 而后进行分离度 、 孔隙率 及密度试验， 发现各项指标也均满足 土石坝沥青混 一 2 4 一 凝土面板和心墙设计规范 要求。表明浇筑式沥青 混凝土具有 良好的均匀性和密实度。 可见 ， 选择标 号较大的沥青 ( 如克拉玛依 7 0 ( A 级) 道路石油沥青或 9 0 ( A级) 道路石油沥青 ) 时， 在 满足分离度、 施工黏度、 孔隙率、 密度等施工指标及 物理力学参数 的前提下 ， 浇筑式沥青 混凝 土的沥青 用量可低于现行 土石坝沥青混凝土面板和心墙设 计规范 的下限值 9 。如此， 不仅可避免 由于沥青 用量大使心墙 与过渡料之间的变形模量相差过大 ， 同时可降低工程造价 。 2 马歇尔试验试件成型方法和试验温度 马歇尔试验因试件制备简单， 操作方法简便 ， 能 综合的反应沥青混凝 土的力学性质 ( 稳定度和流值 指标反映沥青混凝 土的强度性能和变形性能) ， 使其 成为沥青混凝土配合 比设计 中的核心试验。 胡小虎： 浇筑式沥青混凝土配合比设计及施工中若干问题的探讨 第5期 现行 水工沥青混凝土试验规程 ( D L T 5 3 6 2 - 2 0 0 6 ) 规定采用击实法制备沥青混凝土马歇尔试件。 但是， 现场施工的浇筑式沥青混凝土实际上是靠 自 重密实成型， 因此 ， 击实法虽然能够较好的模拟碾压 式沥青混凝土的施工碾压情况， 但不能反映浇筑式 沥青混凝土现场实际浇筑成型的特点 。本文通过新 疆十余座实际工程浇筑式沥青混凝土的试验研究和 施工现场调查 ， 认为在制备 马歇尔试 验试件时 ， 采取 静压法( 即： 将沥青混合料装入试模内， 插捣排气， 而 后压重 3 ra i n ， 具体 压重重量 和压重 时间可根据试 件成型情况确定) 。更符合浇筑式沥青混凝土心墙 在施工时依靠 自重密实的特点。 试验规 程 中规 定 马 歇 尔 试 验 的浸 泡 温 度 为 6 o ， 此试验温度对 于碾压式沥青混凝土试件是合 适的。但是 ， 通过对浇筑式 沥青 混凝土试件进行试 验发现 ， 在此温度下 ， 由于浇筑式沥青混凝土的沥青 用量大 ， 试件会产生较大变形 ， 无法正常进行马歇尔 试验 。认为采用2 0试验温度下进行马歇尔试验简 单易行， 并且测定的稳定度、 流值数值较稳定， 有利 于沥青混凝土施工质量适 时、 准确 的控制。新 疆某 工程浇筑式沥青混凝土心墙配合比设计的马歇尔试 验( 采用静压法制备马歇尔试件， 在2 0条件下进 行马歇尔试验 ) 结果 ， 见表 2 。从表 2看出 ： 采用静压 法制备的马歇尔试件密度大， 孔隙率小 ； 在2 O的条 件下进行马歇尔试验， 试验数据规律性强， 便于统计 计算。所以 ， 考 虑到浇筑式沥青混凝土 的成 型特点 及高温下易变形 的缺 陷， 建议 采用静压法制备 马歇 尔试件， 并在2 0条件下进行马歇尔试验。 表 2马歇尔试验结果表 3 浇筑式沥青混凝土施工配合比的确定 工程上进行理论级配曲线设计的计算公式为： +( 1 0 0-P o o 7 5 ) ( 4 ) 式中 ： P i 为重 申孔 d 的通过率 ， ； r 为级配指数 ； P 0 为粒径 0 0 7 5 m m的填料用量 ， ； D 一 为矿 料最大粒径 ， m m； d 为某一筛孔 尺寸 ， mm； d。 们 为 填料最大粒径0 0 7 5 m m。 可 以看 出， 理论级配曲线是 由矿料最大粒径 、 级 配指数、 填料用量确定的。级配计算的基本原理是 将， 种 已知级配的骨料配制成 满足 目标级 配要求 的 矿质混合料 ， 在某一筛孔 i 上 的颗粒是 由 j 种骨 料提供的 ， 计算公式为 ： P 肘 ( )= ( ) ( ) ( 5 ) 式中 ： P )为矿 质混 合 料在 筛孔 i 上 的通过 百分 率 ， ； t , j 为某 一集 料 在筛孑 L i 上 的通过 百分 率 ， ； ) 为某一集料 j 在矿质混合料 中的质量百 分率 ， 。 将已知骨料的级配参数和矿质混合料的目标级 配带入式( 5 ) ， 可以建立数个方程， 方程的数量就是 标准筛的个数 ， 然后 可用试算法或规划求解 法确定 各骨料的用量。 实际情况 中， 由于骨料分级少 ， 合成级配与设计 级配不完全相同， 需加入约束条件使合成级配曲线 与设计曲线级配尽量接近 ， 通 常使两 者各 筛孔 的通 过百分率之差 的平方和 Q最小 ， 计算公式为 ： Q = P M ( )一P 设 计 ( ) ( 6 ) 本文对表 1 所 述新疆 各工程 施工现场进行调研 ， 发 现有个别工程 出现 了因施工现场配合 比错误导致浇 筑式沥青混凝土出现离析、 蜂窝麻面等现象， 见图 l 所示 。 一 25 2 0 1 3年第 5期 ( 第4 l 卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g i i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 5 2 0 1 3 ( T o t M N o 4 1 ) 图 1 施工现场沥青混凝土离析图 实验室与工地现场对骨料 的分级不 同， 造成在 计算各级骨料 的掺配 比例时 出现错误。一般来讲 ， 实验室为了保证试验精度通常将骨料分为4级， 即 2 3 64 7 5 mm、 4 7 59 5 mm、 9 51 9 mm、 0 0 7 5 2 3 6 mm。其中， 粒径 2 3 6 m m为粗骨料 ， 0 0 7 5 2 3 6 m m为细骨料。施工现场的骨料常常分两级 ， 即 0 0 7 54 7 5 m m为细骨料 、 4 7 51 9 m m为粗骨 料 。工地所用骨料 的级配情况 和实验 室不同 ， 且有 超逊径情况 ， 各级骨料掺配 比例必然不同。 例如， 新疆某牧区水库工程 ， 实验室推荐配合比 为 ： 最大粒径1 9 mm， 级配指数 0 3 3 、 填料用量 1 4 、 沥青 用 量 9 0 。其 中， 2 3 64 7 5 m m占 1 1 、 4 7 5 9 5 mm占 1 4 、 9 51 9 m m占2 4 、 0 0 7 5 2 3 6 m m占3 7 。 现场施工人员认为粗骨料的掺配 比例为 4 7 5 9 5 m m、 9 5 1 9 m m掺配比例之和， 即 3 8 ； 细骨料 的掺配 比例为 2 3 6 4 7 5 m m、 0 0 7 52 3 6 m m掺 配 比例之和 ， 即4 8 。 丑 l 豳 嚼 各种级配情况见图 2所示 。 I r - j I r _r 十癌论设计搬 e +涮鹜童台成睦蚨 - 一璃场芷骷或曲魄 - 一魂场艟谡台成曲堍 譬 量兽a 筛孔尺寸 m m 图 2 矿料级配合成 曲线 由图 2可见， 错误 的合成 曲线 和理论 曲线差别 较大。经 过 实 验室 调 试 ， 发 现 4 7 51 9 m m应 占 2 6 、0 0 7 5- 4 7 5 m m占6 0 、 填料占1 4 ， 与错误 一 2 6 一 的掺配 比例差别很大。错误的配合 比中细骨料所 占 很少 ， 易发生离析现象 。 4 小结 1 ) 对于浇筑式 沥青 混凝 土， 当采 用标 号较高的 沥青( 如克拉玛依 7 0号 ( A ) 级道路石油沥青 、 9 0号 ( A) 级沥青道路石油沥青 ) 时， 沥青含量可略低于现 行 土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范 的下限 值 9 ， 其孑 L 隙率、 密度、 施工黏度及分离度均可满足 规范要求 ， 并且施工性能 良好。 2 ) 沥青用量较大的浇筑式沥青混凝土在施工 中 靠 自重成型 、 密实 ， 在较高 的试验温度下 ， 会产生较 大变形。在进行马歇尔试验时 ， 浇筑式沥青混凝土 并不适用于现行的 水工沥青混凝土试验规程 中所 规定的试验温度及试件制备方法。通 过试 验发现 ， 采用静压法制备试件 、 试验温度取 2 0 C更适合浇筑 式沥青混凝土的施工特点和物理特性。 3 ) 根据现场骨料的级配情况 ， 以通过试验的理 论级配曲线为依据 ， 合理调整浇筑式 沥青混凝土各 级骨料的掺配 比例 ， 可有效地避免施工时出现离析 、 蜂窝麻面的现象。 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 4 2 中华人民共和国水利部 S L 5 0 1 _ _ 2 O 1 0土石坝沥青混凝 土面板和心墙设计规范 S 北京 ： 中国水利水 电出版 礼 2 0 1 1 3 中华人民共和国国家发展和改革委员会 D L T 5 3 6 2 2 0 0 6水T沥青混凝土试验规程 S 北京： 中国电力出版 社 ， 2 0 0 7