玉滩水库扩建工程水工沥青混凝土配合比试验研究

・５０・　水利水电５］２程设计ＤＷＲＨＥ・２０１３年第３２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ＴＶ３２　文献标识码　Ｂ　文章编号　１００７—６９８０（２０１３）０２—００５０—０４　重庆市玉滩水库扩建工程主坝坝型为沥青混　（４）填料。本次试验研究采用的填料其性能　为亲水系数０．６４１。　１＿２试验用配合比参数的选择　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　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：　：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　Ｆ＋（１００一Ｆ）　二　：　Ｊ［）二　一　。７４　（１）　　、式中：　——筛孔ｄ　的通过率，％；　粒径小于０．０７４　ｍｍ的填料用量．％：　Ｄ　广——１试验用配合比的设计　１．１试验用原材料的选择　矿料最大粒径，ｍｍ；　某一筛孔尺寸，ｍｍ；　—依据Ｄ　５３６３—２００６《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。　ｏ７　—填料最大粒径０．０７４　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＝１９　ｍｍ；矿料级配指　数ｒ从Ｏ．３７到０．４３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１０％～１６％之间，本次试验　（１）沥青。克拉玛依７０＂沥青，其性能指标检　测结果为针入度７０．８（０．１　ｍｍ），软化点４８．６℃，　１５　延度１９５　ｃｍ。　（２）粗骨料。采用碱性岩石破碎后作为粗骨　料，破碎后粒径２．３５～１９　ｍｍ，其性能指标为吸水　率０．６１５％，压碎率９．８７％，与沥青的黏结力等级　为５一级。　初选填料用量为：１０％、１２％、１４％、１６％。　１．２．２油石比的选择　（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２．３５～０．０７５　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。　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　●２　３　４　５　６　７　８　９　ｍ¨　ｂ　・５１・　’－３　采用上述原材料和配合比参数进行组合兰　…　一，　．ｍ　２试验方法和试验结果　粗骨　………………一。。　，料最大粒径选为１９　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２０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，ｍｍ　级配指数ｒ　填料用量　％　油石比　劈裂强度／ＭＰａ　劈裂位移／ｍｍ　孔隙率／％　”卯””４唧唧唧唧　¨　４　４　　４　４　４　４　４　４　４　４　４　钙　￡ｊ　Ｈ　ｍ　ｍ　Ｍ　Ｈ　２　５　８　１　２　５　６　６　６　７　６　６　６　６　２　５　８　ｌ　２　矗　５　８　ｌ　８　ｌ　２　５　８　ｌ　肼　肼挪椰伽肼　２　２●●２　２　２　２　２　２　２　２　珊瑚　懈　Ｌ　Ｌ　彻　ｍ　注：矿料总重为１００％．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　样的孔隙率小于３％；渗透系数是采用渗透试验来　２　２肼　　３　２　２　２删埘舢　２　俩脚舶俐姗姗脚　２　２　２　２　２　Ｚ　Ｚ　舰舢册川　　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１９　ｍｍ．级配指数Ｏ．４０，　混凝土要求马歇尔试件的孔隙率小于２％．现场芯　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。　２Ｉ２试验结果　；｛曼　；毒　肌　觚舢ｉ｝　脚肼嬲　｝｝脚　麟｝　ｌ　ｌ　填料用量取１２％、１４％。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　对表１所列的２０种配合比。根据Ｄ【／Ｉ’５３６２—　２００６《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　１７．０℃．加荷速度５０　ｍ￣ｍｉｎ）试验．试验结果见表　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　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　０．００６　２８７Ｐ１　（２）　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０．４０、填　料用量为１２％和１４％时。油石比为６．５％和６．８％的　式中：Ｒ厂劈裂强度，ＭＰａ；　Ｐ厂——试验荷载最大值，Ｎ；　试件高度。ｍｍ。　沥青混凝土的防渗性能、强度和变形性能均较好。　・５２・　水利水电工程设计ＤＷＲＨＥ・２０１３年第３２卷第２期　ｌ・７　５　１－５　９　塞　６　２　图　１　１．１　０．９　６．５　６．８　７．１　７．４　油石比，％　油石比对孔隙率的影响　２．６　皇２．２　暖　鬈１．８　１．４　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　３．２　３．０　目　２．８　饕ｚ．　２．４　２．２　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１９　ｍｍ，级配指数０．４Ｏ，　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１４％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　１Ｏ　ｌ２　１４　ｌ６　１８　填料用量，％　图４填料用量对孔隙率的影响　２．６　２．４　善２．２　霞　２．０　赫　１－８　１．６　１．４　１２　ｌ４　ｌ６　１８　填料用量，％　图５填料用量对劈裂强度的影响　３・１　２．９　昌　蘸　２＿５　２３　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１２％，和油石比６．８％、　填料用量为１４％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１９　ｍｍ。分别在填料用　量１２％、油石比６．５％和填料用量１４％、油石比　６．８％的条件下研究级配指数对孑Ｌ隙率的影响．试　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　・５３・　验结果曲线见图７。由图７可以看出，级配指数　由图９可以看出。级配指数０．４Ｏ对应的劈裂　０．４０对应的孔隙率最小。　１＿８　Ｌ　鬣　１．４　１．２　１．Ｏ　０．３４　０．３７　０．４　０．４３　０．４６　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１９　ｍｍ．分别在填料用　量１２％、油石比６．５％和填料用量１４％、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　０．４０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１９　ｍｍ，分别在填料用　量１２％、油石比６．５％和填料用量１４％、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　位移最大。由此可见，在本试验的研究范围内，　级配指数为０．４０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１４％　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０．４０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０．４０。　（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：　①油石比６．５％、填料用量１２％、级配指数０．４０；　②油石比６．８％、填料用量为１４％、级配指数　０．４０。　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７ｌ００４８　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　３ｏ０１９１　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　３００２２２　（收稿日期２０１３—０３—１７）　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ＣＮＫＩ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。