三峽茅坪溪瀝青心墻土石壩瀝青混凝土耐水性試驗(yàn)

1、    三峽茅坪溪瀝青心墻土石壩瀝青混凝土耐水性試驗(yàn)            作者：趙群章時(shí)間：2007-11-25 12:26:00                     摘要：主要通過(guò)試驗(yàn)結(jié)合工程實(shí)踐分析影響瀝青混凝土耐水性的主要因素，

2、提出今后瀝青混凝土試驗(yàn)可供參考的結(jié)論及天然砂的合理?yè)搅俊?關(guān)鍵詞：瀝青混凝土 耐水性 水穩(wěn)定系數(shù)  一、工程概況茅坪溪土石壩是三峽水利樞紐的重要組成部分，與三峽大壩同屬一等級(jí)永久建筑物。與三峽大壩共同攔蓄庫(kù)水，最大壩高104m，壩頂長(zhǎng)1840m，總填筑方量為1213.38m3，其中該壩的防滲體碾壓式瀝青混凝土防滲心墻總方量約5萬(wàn)m3，防滲面積4.63萬(wàn) m2，心墻最大長(zhǎng)度887.75m，最大高度94m，心墻設(shè)計(jì)寬度0.51.2m。茅坪溪土石壩是一個(gè)無(wú)放空檢修條件的工程，瀝青混凝土心墻作為大壩的防滲體又是一個(gè)隱蔽性結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量的好壞直接影響大壩蓄水后的運(yùn)行安全，由于碾壓式瀝青混凝土心墻

3、技術(shù)目前正處于發(fā)展階段，特別是國(guó)內(nèi)碾壓式瀝青混凝土心墻工程較少，經(jīng)驗(yàn)不多，規(guī)程、規(guī)范不很成熟，茅坪溪瀝青混凝土心墻土石壩又是國(guó)內(nèi)第一高壩，采用的是現(xiàn)代化施工機(jī)械和管理方法，不同于國(guó)內(nèi)以前建設(shè)的同類(lèi)型中低壩，因此還存在許多需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷探索、研究解決的課題，其中瀝青混凝土的耐水性問(wèn)題就是急需研究的主要問(wèn)題。二、試驗(yàn)研究本項(xiàng)試驗(yàn)研究采用科學(xué)試驗(yàn)與茅坪溪防護(hù)壩瀝青混凝土心墻施工實(shí)踐相結(jié)合的方法，初步分析出影響瀝青混凝土耐水性的主要因素，然后根據(jù)初步分析結(jié)果，針對(duì)主要問(wèn)題，模擬工程實(shí)際，并通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行研究。我們收集國(guó)內(nèi)外瀝青混凝土耐水性快速試驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)有的工程天然骨料制成的瀝青混凝土其耐水

4、性是合格的，但竣工后經(jīng)過(guò)數(shù)年長(zhǎng)期浸泡，瀝青混凝土出現(xiàn)松散而失敗，原因是其測(cè)試的溫度低，時(shí)間短，水分并沒(méi)有浸透試件。經(jīng)試驗(yàn)研究，浸水試件溫度提高到80，浸泡360小時(shí)，干試件置于80蒸汽浴中，同樣氣浴360小時(shí)，并防水保護(hù)。然后干試件移入20空氣中，濕試件移入20水浴中各養(yǎng)生5天，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。這樣消除了溫度對(duì)干、濕試件的影響，求出的水穩(wěn)定系數(shù)是真實(shí)可靠的，研究并提出了瀝青混凝土長(zhǎng)期耐水性和快速試驗(yàn)方法的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，茅坪溪防護(hù)壩瀝青混凝土心墻摻50%以下的酸性天然砂，對(duì)瀝青混凝土的耐水性有一定的影響，摻加30%的天然砂比全人工砂方案耐水性相差不及5%。如瀝青混凝土細(xì)骨料中控制天然砂摻量為

5、30%，瀝青混凝土的耐水性是有保證的，可以大大降低瀝青混凝土的造價(jià)。我們采用美國(guó)公路部門(mén)以經(jīng)驗(yàn)為根據(jù)逐步規(guī)范化的試驗(yàn)方法。其步驟為按規(guī)程要求成型兩組高10厘米直徑10.1厘米的圓柱形試件6塊。第一組試件放在20±1的空氣浴中不少于4小時(shí)，按規(guī)程要求測(cè)試抗壓強(qiáng)度。第二組試件浸于60±1水中24小時(shí)，然后移至20±1水中，至少保持2小時(shí)，按規(guī)程要求測(cè)試抗壓強(qiáng)度。水穩(wěn)定系數(shù)=（R2/R1）×100%上式中：R1=第一組試件的抗壓強(qiáng)度；        R2=第二組試件的抗壓強(qiáng)度；上述試驗(yàn)方法對(duì)

6、瀝青含量稍大的瀝青混凝土是不適用的，因?yàn)闉r青混凝土的孔隙率小，水分子進(jìn)入試件內(nèi)部需要較長(zhǎng)時(shí)間。如黑龍江省三道鎮(zhèn)水庫(kù)瀝青混凝土護(hù)坡，其瀝青混凝土護(hù)坡配合比為：大慶55#多蠟瀝青4%，大慶減壓渣油3%，當(dāng)?shù)靥烊簧?6%，當(dāng)?shù)氐[石50%，方解石7%。按現(xiàn)行規(guī)程（60水浸泡24小時(shí)）測(cè)試其耐水性是合格的，為了評(píng)價(jià)其長(zhǎng)期耐水性，東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行了長(zhǎng)期浸水試驗(yàn)，浸水14個(gè)月的水穩(wěn)定系數(shù)為0.92，浸水23個(gè)月的水穩(wěn)定系數(shù)為0.62，浸水7年的水穩(wěn)定系數(shù)為0.54。該瀝青混凝土護(hù)坡竣工數(shù)年的冷凍循環(huán)及長(zhǎng)期浸泡，瀝青混凝土出現(xiàn)松散而導(dǎo)致失效。這說(shuō)明按規(guī)程測(cè)試的耐水性試驗(yàn)結(jié)果及工程運(yùn)行情況是不完全一致的。

7、澆筑式瀝青混凝土的瀝青含量一般在8.5%16%之間，屬于無(wú)孔隙的瀝青混凝土混合物，礦物集料的孔隙完全由瀝青填滿并有剩余。這類(lèi)瀝青混凝土的特點(diǎn)就是抗?jié)B性好，其滲透系數(shù)小于10-11cm/s?？梢栽O(shè)想，這類(lèi)瀝青混凝土在60水中浸泡一晝夜水分子也只能進(jìn)入表層。一般來(lái)講，瀝青含量大小對(duì)瀝青混凝土的耐水性不能產(chǎn)生本質(zhì)的影響，因?yàn)闉r青含量大，水分子遷移到礦料與瀝青界面之間的時(shí)間長(zhǎng)，是否產(chǎn)生剝離現(xiàn)象，還決定于瀝青與礦料之間的粘附特性。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，含極性成分少，粘度大的瀝青，水分子透過(guò)其膜的遷移速度很慢，用其制成的的瀝青混凝土，水分子在其內(nèi)部擴(kuò)散速度也就很慢。沒(méi)有足夠的時(shí)間，瀝青、礦料和水三相體系之間的物理化

8、學(xué)作用就不能達(dá)到平衡。已經(jīng)證明瀝青混凝土長(zhǎng)期浸水，其耐水性的優(yōu)劣就能充分顯示出來(lái)，無(wú)疑，用這種方法測(cè)試瀝青混凝土的耐水性需要較長(zhǎng)時(shí)間，不能滿足工程的需要。為了快速正確地測(cè)試瀝青混凝土的耐水性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，如殼牌石油公司提出，先將瀝青混凝土試件用水飽和，再在60水中浸泡一晝夜，使其三相體系達(dá)到平衡；再如，前蘇聯(lián)提出將水的溫度由60提高到80，通過(guò)大量試驗(yàn)，建立了瀝青混凝土在80水中浸泡75小時(shí)相當(dāng)于在20水中浸泡一年的定量關(guān)系。通過(guò)試驗(yàn)，我們注意到將瀝青混凝土浸泡水中，水分子能穿透瀝青膜，達(dá)到礦料表面，這種過(guò)程一旦開(kāi)始，水分子就可以逐漸散布在礦料和瀝青界面之間。如果礦

9、料是親水的，水將置換瀝青膜，使其產(chǎn)生剝離。礦料表面和瀝青界面之間的水膜絕不能被正常的加熱過(guò)程移走，概括地說(shuō)，水分子穿透和剝離瀝青膜的速度主要決定于瀝青的類(lèi)型、粘度及其膜厚，又決定于礦料的表面特性，特別值得提出，還決定于水的溫度。當(dāng)按一定配比及規(guī)定的工藝條件制成試件后，瀝青的類(lèi)型、粘度、膜厚及礦料的表面特性就不在是變量了。在瀝青、礦料和水的三相體系中只有水溫是變量了。目前看來(lái)，將瀝青混凝土浸泡在80水中，加速瀝青、礦料和水的三相體系的物理化學(xué)作用，盡快達(dá)到平衡狀態(tài)，的確是比較現(xiàn)實(shí)和可行的措施。因?yàn)樘岣咚疁刂荒芗涌旆磻?yīng)過(guò)程，并不能影響最終結(jié)果。在總結(jié)前人大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上我們采用如下方法：按

10、規(guī)程規(guī)定制備瀝青混凝土混合料及試件，每個(gè)配比成型6個(gè)試件，分為2組。第一組用雙半圓薄鐵板模進(jìn)行側(cè)壁保護(hù)，防止試件變形，并采取多層塑料膜防水保護(hù)，置于80±1蒸汽浴中360小時(shí)，將試件取出，放在20±1空氣中不少于4小時(shí)，然后按規(guī)程規(guī)定的方法測(cè)試抗壓強(qiáng)度（R1）。第二組試件也用雙半圓薄鐵板模進(jìn)行側(cè)壁保護(hù)，先浸入80±1水槽中360小時(shí)，然后用轉(zhuǎn)移板將其移到水溫為20±1水中4小時(shí)，按規(guī)程規(guī)定的方法測(cè)試抗壓強(qiáng)度（R2）。水穩(wěn)定系數(shù)=R2/R1式中，R1=第一組干試件（蒸汽浴試件）的抗壓強(qiáng)度；      R2=

11、第二組濕試件（水浴試件）的抗壓強(qiáng)度；干、濕試件是在同一溫度、同一作用時(shí)間條件下進(jìn)行的，溫度對(duì)試件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響是一致的，在求取水穩(wěn)定系數(shù)時(shí)對(duì)其可能產(chǎn)生的溫度影響得以消除。瀝青混凝土在80恒溫浸水耐水試驗(yàn)結(jié)果如下表：配比編號(hào)方案浸水時(shí)間（h）干抗壓強(qiáng)度(Mpa)濕抗壓強(qiáng)度(Mpa)水穩(wěn)定系數(shù)R=R2/R11100%人工砂3602.308352.305570.9997202.706912.550080.942270%人工砂30%天然砂3602.243462.066010.9217202.385852.219630.930350%人工砂50%天然砂3602.310352.006890.8697202.528072.134620.8444100%天然砂1682.358162.068910.8773602.489602.024600.8157202.575001.930840.750三、結(jié)論通過(guò)上述試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：摻30%天然砂與100%人工砂方案相差不足5%，瀝青混