玉滩水库扩建工程水工沥青混凝土配合比试验研究.pdf

5 0 水 利 水 电 5 2 程 设 计D WR H E 2 0 1 3年 第 3 2卷 第 2期 玉滩水库扩建工程水工沥青混凝土 配合比试验研究 余梁蜀 苏广新 王永 生 摘 要 重庆 市玉滩水 库扩建工 程主坝采用沥青混凝土心墙 防渗 作 为水工建筑物 上的一种 新型防渗材料 影响水 工沥青混凝土性能的 因素很 多，主要有 组成 沥青 混凝土原材料 ( 包括沥青、 骨料和填料 ) 的性质、矿料 的级配、填料含 量、油石 比等。在试验的基础上 。研究矿料 的级配指 数、填 料含 量、油石 比对水工 沥青混凝 土性能 的影响 ，优选 玉 滩水库主坝心墙沥青混凝 土的配合 比。 关键 词 玉滩水库 防渗心墙 水 工沥青混凝土 配合比 试验研究 中图分类号T V3 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 6 9 8 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 5 0 0 4 重 庆 市 玉滩 水 库 扩建 工 程 主 坝 坝 型 为 沥 青 混 凝土心墙石渣坝 ， 沥青混凝土心墙作为坝体 的防渗 结构 ， 既要有高的防渗性 能 ， 又要有一定的强 度和 变 形 能力 。影 响沥青 混 凝 土性 能 的 因素很 多 ， 有 组 成其原材料( 沥青 、 骨料 、 填料) 的性能 、 矿料的最大 粒径 、 矿料的级配 、 油石比( 沥青混合料中沥青质量 与沥青混合料中矿料质量的 比值 ) 、 填料 的用量等。 本文 结 合玉 滩水 库 扩建 工 程 ， 在选 定 的 沥青 混凝 土 原 材料 基 础 上 。 通过 大 量 的试 验 。 分 析 研究 矿 料 的 级 配 、 油 石 比 、 填 料 的用 量 对 心 墙 防 渗 结 构 中 沥青 混凝土性能的影响， 并推荐合理 的沥青混凝土配合 比 1 试验 用 配 合 比的 设 计 1 1 试 验用 原材料 的选 择 依据 D 5 3 6 3 2 0 0 6 水工碾压式沥青混凝 土施工规范 中对沥青混凝土原材料 的要求 ，本 次研 究所 选原 材料 性能 如下 。 ( 1 )沥青 。克拉玛依 7 0 沥青 ，其性能指标检 测 结 果 为 针 入 度 7 0 8 ( 0 1 mm) ，软 化 点 4 8 6 ， 1 5 延 度 1 9 5 c m。 ( 2 )粗 骨 料 。采 用 碱 性 岩 石破 碎 后 作 为 粗 骨 料 ，破碎后粒径 2 3 5 1 9 m m，其性能指标 为吸水 率 0 6 1 5 ，压碎率 9 8 7 ，与沥青 的黏结力等级 为 5 一 级 。 ( 3 )细 骨 料 。采 用 加 工 碱 性 岩 石 破 碎 后 的人 工砂 ，经破 碎 的人 工 砂 粒径 为 2 3 5 0 0 7 5 mm，其 性能为耐久性( 5 次硫酸钠溶液循环后重量损失 ) 0 9 。 水稳 定等 级 为 9级 。 ( 4 )填料 。本次试 验研究采用 的填料其性 能 为亲水 系数 0 6 4 1 。 1 _ 2 试 验 用配合 比参数 的选 择 1 2 1 矿料级配参数的选择 矿料级配参数包括最大矿料粒径 D 一、级配指 数 r 或粗细骨料率和填料用量 F 。矿料级配的确定 采用最 大密级配理论和富勒级配曲线 ，即西安理 工大学丁朴荣教授提出的级配公式 该公式被现行 水工沥青混凝土设计规范所采用 ，计算 公式如下 ： ：F+( 1 0 0 一F) 二 ： ( 1 ) J ) 二 一 。 7 4 、 式中： 筛孔 d 的通过率 ，； 粒 径小 于 0 0 7 4 m m 的填 料用量 ： D 广矿 料最 大粒 径 ，mm； 某 一筛 孔尺 寸 ，mm； o7 填料最大粒径 0 0 7 4 mm； 级配 指数 。 本 次 试 验 研 究 根 据 以往 的 工 程 经 验 和 研 究 经 验 ，选 择 矿 料 最 大 粒 径 D 一= 1 9 mm；矿 料 级 配 指 数 r 从 O 3 7到 0 4 3 变 化 。 填 料 用量 ( 填料 用 量是 填 料在 矿 料 中所 占的 比 重 ) 对沥 青 混凝 土 的性 能 影 响也 大 ，对 于 心墙 沥青 混凝 土填 料 用 量一 般 在 1 0 1 6 之 间 ，本 次 试验 初选填料用量为 ：1 0 、1 2 、1 4 、1 6 。 1 2 2 油 石 比的选择 油石 比对沥青混凝 土的性 能影 响很大 ，根据 许 多 工 程 经 验 ，对 于心 墙 沥青 混 凝 土 油 石 比一 般 在 6 0 7 5 之 间 本 次试 验研 究 初 选 油 石 比 为 ： 6 - 2 、6 5 、6 8 、7 1 。 余 梁蜀 等 玉 滩 水 库 扩 建 工 程 水 工 沥 青 混 凝 土 配 合 比 试 验 研 究 5 1 -3 兰 一 ， m 2试 验 方 法 和 试 验 结 果 采 用 上 述 原 材 料 和 配 合 比 参 数 进 行 组 合 ，粗 骨 一 。 。 料 最大粒 径选 为 1 9 mm，由级 配指 数 、填料 用量 和 2 1 试验 方法 的选 择 油石 比 3个参数的变化组成 2 0种配合 比。见表 1 。 沥青混凝土 的防渗性能可 以用孔隙率 和渗透 表 1 试验用沥青混凝土配合 比及孔隙率和劈裂试验结果 配比编号 最大粒径， m m 级配指数 r 填料用量 油石 比 劈裂强度 M P a 劈裂位移 m m 孔隙率 注：矿料 总重为 1 0 0 油石 比按 沥青 占矿料 总重 的百分数计算 。 系 数 来 表 示 施 工规 范规 定 对 于 防渗 层 所 用 沥青 混凝土要求马歇尔试件的孔隙率小于 2 现场芯 样 的孔 隙率 小 于 3 ；渗 透 系 数是 采 用 渗透 试 验来 测定 ，与孑 L 隙率 的测定相 比较 ，渗透试验所需时 间长 ，因此本次研究沥青混凝土 的防渗性采用测 定其孔 隙率 的方法 。研究沥青混凝土 的强度和变 形性 能可 以采用小梁弯 曲试验 、劈裂试验 、拉伸 试验等方法 ，本次研究选用劈裂试验 。劈裂试验 的最大 特点 就是 试验 速度 快 ，节省 试验 时 间 。 2 I 2试验 结 果 对 表 1所列 的 2 0种 配 合 比 。根 据 D 【 I 5 3 6 2 2 0 0 6 水工沥青混凝土试验规程制成标准沥青 混凝土马歇尔试件 ，进行孑 L 隙率测试和劈裂( 温度 1 7 0加 荷 速度 5 0 m mi n ) 试验 试验结 果见表 1( 每组均为 3个试件 ，表中所列结果是每组试验的 平均值) 。劈裂强度取峰值荷载计算 ，计算公式为： R 0 0 0 6 2 8 7 P 1 ( 2 ) 式 中 ：R 厂劈 裂强度 ，MP a ； P 厂试验荷载最大值 ，N； 试件高度 。m m。 3 酉 冶 析 根 据 表 1的试 验结 果 分 别 分 析研 究 油石 比 、 填 料用 量 和级 配指 数对 沥青 混凝 土性 能 的影 响 。 3 1 油 石 比对沥 青混 凝土性 能 的影 响 取 粗 骨料 最 大 粒 径 为 1 9 m m级 配指 数 O 4 0 ， 填料用量取 1 2 、1 4 。在 以上条件下研究油石 比对孔隙率 、劈裂强度及劈裂 位移的影 响 ，试验 结果 曲线见 图 1 3 。 由图 1看 出 在 级 配 指 数 和填 料 用 量 一 定 的 情况 下 孔 隙率 随着 油 石 比增 大 而 减 小 ，且 油 石 比为 6 2 以上均能满足室内成型试件孔隙率不大 于 2 的防渗要求。 由 图 2看 出 ，级 配指 数 和填 料 用 量 一 定 的情 况下 。劈裂强度 随着油石 比增大而减小 。 由 图 3看 出 ，级 配指 数 和 填 料 用 量 一 定 的情 况 下 ，劈裂 位移 随着 油石 比增 大而 增大 。 由 图 1 3可 以得 出 。在 级 配 指 数 为 0 4 0 、填 料用 量 为 1 2 和 1 4 时 。油 石 比为 6 5 和 6 8 的 沥青混凝土的防渗性能、强度和变形性能均较好。 ；曼 ；毒 肌 觚舢 脚肼嬲 脚 麟 il l 肼 删埘舢 俩脚舶俐姗姗脚 舰舢册川 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 Z Z 肼 肼挪椰伽肼 珊瑚 懈 彻 m 2 22 2 2 2 2 2 2 2 L L 2 5 8 1 2 5 2 5 8 l 2 5 8 l 8 l 2 5 8 l 6 6 6 7 6 6 6 6 矗 j H m m M H ”卯”4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 钙 唧唧唧唧 2 3 4 5 6 7 8 9 m b 5 2 水 利 水 电 工 程 设 计D WR H E 2 0 1 3年 第 3 2卷 第 2期 l 7 1 - 5 塞 1 1 0 9 2 6 皇 2 2 暖 鬈1 8 1 4 3 2 3 0 目 2 8 饕z 2 4 2 2 6 5 6 8 7 1 74 油 石 比， 油石比对孔隙率的影 响 5 9 6 2 6 5 6 8 7 1 7 4 油石 比， 图 2油石 比对霹雳强度的影响 6 5 6 8 7 1 7 4 油石 比， 图 3油 石 比对 劈 裂位 移 的影 响 3 2 填 料用 量对 沥青 混凝土 性能 的影 响 取粗骨料最大粒径为 1 9 m m，级配指数 0 4 O ， 油石 比 6 2 、6 5 、6 8 、7 1 。在以上条件下 研究填料用量对孔 隙率 、劈裂强度及劈裂位移 的 影 响 ，试验结 果 曲线见 图 4 6 。 由图 4可以看 出，级配指数和油石 比一定时 ， 当油石 比不 大 于 6 5 时 ，填料 用 量 越 大孔 隙 率 越 小 ；当油 石 比为 6 8 时 ，填料 用 量 为 1 4 时 。孔 隙率最小 ；当油石比为 7 1 时 ，填料用量对孑 L 隙 率 几乎 没有 影 响。 由 图 5可 以看 出 ， 级 配 指 数 和 油 石 比一定 时 1 5 1 3 1 1 0 9 2 6 2 4 善 2 2 霞 2 0 赫 1- 8 1 6 1 4 3 1 2 9 昌 蘸 2 _ 5 23 1 O l 2 1 4 l 6 1 8 填料用量， 图 4 填料用量对孔隙率的影响 1 2 l 4 l 6 1 8 填料用 量， 图 5 填料用量对劈裂强度的影响 埂 瓣 用 量， 图 6 填料用量对劈裂位移的影响 填料用量越大劈裂强度越小 ，但变化不大。 由 图 6可 以看 出， 级 配指 数 和 油石 比一 定 时 ， 填料用量越大劈裂位移越大。 根 据试验结 果分析得 到 ，在 级配指数 为 0 4时 、 当油石 比为 6 5 、填料用 量 1 2 ，和油石 比 6 8 、 填料用量 为 1 4 的沥青混凝 土 的综 合性 能较好 。 3 3 级 配指数 对 沥青 混凝土 性能 的影 响 3 3 1 级配指数对孑 L 隙率的影响 取 粗 骨 料 最 大 粒 径 为 1 9 mm。分 别 在 填 料 用 量 1 2 、油 石 比 6 5 和 填 料 用 量 1 4 、油 石 比 6 8 的条 件 下 研究 级 配 指 数 对 孑 L 隙率 的影 响 试 2 1 6 图 9 5 余 梁蜀 等 玉 滩 水 库 扩 建 工 程 水 工 沥 青 混 凝 土 配 合 比试 验 研 究 5 3 验结果 曲线见 图 7 。由图 7可 以看 出 ，级配 指数 0 4 0对应的孔隙率最小。 1 _ 8 L 鬣 1 4 1 2 1 O 0 3 4 0 3 7 0 4 0 4 3 0 4 6 级配指数 图 7级 配 指数 对 孔 隙 翠 的影 晌 3 3 2 级配指数对劈裂强度的影响 取 粗 骨料 最 大 粒 径 为 1 9 m m分 别 在 填 料 用 量 1 2 、油 石 比 6 5 和 填 料 用 量 1 4 、油 石 比 6 8 的条件 下研究 级配指数对 劈裂强度 的影响 ， 试验 结果 曲线 见 图 8 。 由图 8可 以看 出 ，级 配指 数 0 4 0对应 的劈 裂 强度最 大 。 皇 暖 碟 橡 级 配 指 数 图8级配指数对劈裂强度 的影响 3 3 3 级配指数对劈裂位移的影响 取 粗 骨 料 最 大 粒 径 为 1 9 mm，分 别 在 填 料 用 量 1 2 、油 石 比 6 5 和 填 料 用 量 1 4 、油 石 比 6 8 的条 件下研究级配 指数对劈裂位 移 的影 响 试 验结 果 曲线见 图 9 。 目 吕 簿 趟 躲 0 34 0 37 0 40 0 43 级 配指 数 图 9 级配指数对劈裂位移的影响 由图 9可以看 出。级配指数 0 4 O对应 的劈裂 位 移 最 大 。 由此 可 见 ，在 本 试 验 的 研 究 范 围 内 ， 级配 指数 为 0 4 0时 ，沥青 混凝 土 的各项 性能 最优 。 4试验 结 论 综 合 以上 的试 验分析 可 得到 以下结 论 ： ( 1 )油石 比对沥青混凝土孔 隙率 、劈裂强度 及 劈 裂 位 移 的影 响 很 大 ，在 本 次 研究 范 围 内 ，孑 L 隙率随着油石 比增大而减小 ，劈裂强度随着 油石 比增 大 而减 小 ，劈裂 位移 随着 油石 比增 大而增 大 。 ( 2 )在 本 研 究 范 围 内 ，在 级 配 指 数 和 油 石 比 一 定 时 ，当油 石 比小 于 6 5 时 。填 料 用量 越 大 孔 隙 率越 小 ：当油 石 比为 6 8 时 填料 用 量 为 1 4 时 ，孔 隙率最小 ；当油石 比为 7 1 时 ，填料用量 对 孔 隙率 几 乎 没 有 影 响 。填 料 用 量 越 大 劈 裂 强 度 越小 ，但变 化不大 。级 配指数和 油石 比一定 时 ， 填料用 量 越大劈 裂 位移越 大 。 ( 3 )在 本 研究 范 围 内 ，级 配 指 数 0 4 0时对 应 的孔隙率最小 ，对应的劈裂强度最 大 ，对应 的劈 裂 位移 最大 。所 以本 次选 用级 配指 数为 0 4 0 。 ( 4 )综合考虑到沥青混凝土的强度 、变形性 能及防渗性能的要求 ，根据试验结果 和以往 的工 程经验 ，推荐玉滩工程 的沥青混 凝土配合 比为 ： 油石 比 6 5 、填 料用量 1 2 、级配指数 0 4 0 ； 油 石 比 6 8 、填 料 用 量 为 1 4 、级 配 指 数 0 4 0。 作 者简 介 余梁蜀 女 教授 西安 理 工大 学 水利 水 电学 院 陕 西 西安7 l 0 0 4 8 苏广新 男 教授 级高级工 程师 黄 河勘 测规划设 计有 限 公 司天 津 设 计 院 天 津 3 o 0 1 9 1 王永生 男 教授 级高工程 师 中水 北方勘测设 计研 究有 限责 任 公 司 天 津 3 0 0 2 2 2 ( 收 稿 日期2 0 1 3 0 3 1 7) 声 明 为适应 我国信息化建设 ， 扩大本刊及作者 知识 信息交流渠道 ， 本刊 已被 中国学术期刊 网络 出版 总库 及 C N K I 系列数据库 收录 ， 其作者著作权使用 费与本刊稿酬一次性给付。如作者不同意文章被收 录 ， 请在来稿时向本刊声 明， 本刊将做适 当处理。 O 9 8 7 6 5 4 3 2 2 2 2 2 2