輝長(zhǎng)巖骨料在瀝青砼心墻施工中的適用性研究

楊海鋒

(三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 湖北宜昌 443002)

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輝長(zhǎng)巖骨料在瀝青砼心墻施工中的適用性研究

楊海鋒

(三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 湖北宜昌 443002)

原材料的選擇是影響瀝青混凝土心墻施工質(zhì)量的一項(xiàng)重要因素。為了研究輝長(zhǎng)巖骨料對(duì)瀝青混凝土心墻施工的適用性，結(jié)合四川省米易縣馬鞍山水庫(kù)工程的實(shí)際，從輝長(zhǎng)巖骨料的化學(xué)成分、物理性能、與瀝青的黏附性及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果等方面，對(duì)輝長(zhǎng)巖骨料的適用性進(jìn)行試驗(yàn)和分析，以求證輝長(zhǎng)巖骨料適用性。

瀝青混凝土心墻；輝長(zhǎng)巖骨料；適用性；馬鞍山水庫(kù)

0 引言

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著三峽工程茅坪溪土石壩和四川南埡河冶勒工程兩座瀝青混凝土心墻壩的成功修建，以瀝青混凝土心墻作為防滲體的壩型在我國(guó)得到了較為廣泛的應(yīng)用，目前我國(guó)建成或在建的瀝青混凝土心墻壩已將近100座。

瀝青混凝土相對(duì)于水泥混凝土來(lái)說(shuō)，具有一定的柔韌性，適應(yīng)變形的能力較強(qiáng)，但由于瀝青混凝土心墻結(jié)構(gòu)單薄，滲透系數(shù)一般要求達(dá)到10-8cm/s，故對(duì)施工質(zhì)量的要求較高。通過(guò)大量的實(shí)踐證明，影響瀝青混凝土心墻施工質(zhì)量的主要因素包括兩方面：一是原材料的選擇，二是施工工藝的選擇及過(guò)程控制。

四川省米易縣馬鞍山水庫(kù)工程攔河壩高度68m，壩型為瀝青混凝土心墻石渣壩。瀝青混凝土心墻粗骨料宜采用堿性巖石(石灰?guī)r、白云巖等)，當(dāng)采用酸性巖石時(shí)，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)論證，必要時(shí)可采取措施改善骨料與瀝青的黏附性[1]。由于離本工程最近的石灰?guī)r料場(chǎng)運(yùn)距約100km，且?guī)r石風(fēng)化較為嚴(yán)重，夾層較多，若選擇石灰?guī)r料場(chǎng)作為瀝青混凝土骨料的料場(chǎng)，一是質(zhì)量難以控制，二是經(jīng)濟(jì)成本過(guò)高。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，大壩附近的輝長(zhǎng)巖料場(chǎng)儲(chǔ)量豐富，巖石質(zhì)地堅(jiān)硬，夾層較少，便于開(kāi)采和質(zhì)量控制。但輝長(zhǎng)巖骨料能否作為瀝青混凝土心墻的施工材料，需要通過(guò)試驗(yàn)論證，對(duì)其適用性進(jìn)行研究，然后才能用于瀝青混凝土心墻施工。因此，施工單位委托西安理工大學(xué)防滲研究所對(duì)輝長(zhǎng)巖的巖性進(jìn)行了鑒定，然后采用輝長(zhǎng)巖骨料對(duì)瀝青混凝土進(jìn)行試配，并根據(jù)推薦的配合比，檢測(cè)了瀝青混凝土的各項(xiàng)性能。

1 巖石的化學(xué)分析及巖性判斷

2014年10月，施工單位在輝長(zhǎng)巖料場(chǎng)選取了具有代表性的巖石送至西安理工大學(xué)防滲研究所實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，西安理工大學(xué)防滲研究所出具了輝長(zhǎng)巖化學(xué)分析試驗(yàn)報(bào)告，檢測(cè)成果見(jiàn)表1。

表1 輝長(zhǎng)巖化學(xué)分析試驗(yàn)成果表

根據(jù)礦料化學(xué)分析結(jié)果，對(duì)骨料酸堿性進(jìn)行判斷主要有兩種方法：(1)礦物分析法，當(dāng)SiO2含量<45%時(shí)為超堿性，SiO2含量為45%～52%時(shí)為堿性；SiO2含量為52%～65%時(shí)為中性；SiO2含量>65%時(shí)為酸性；(2)計(jì)算法，M=(CaO+MgO+FeO)/SiO2，當(dāng)M>1 時(shí)為堿性，M=0.6～1時(shí)為中性，M<0.6時(shí)為酸性。

根據(jù)巖石化學(xué)分析結(jié)果(見(jiàn)表1)，SiO2含量41.15%為超堿性，M=(CaO+MgO+Fe2O3)/SiO2=(17.24+6.01+13.26)/41.15=0.89為中性。為慎重起見(jiàn)，本工程的輝長(zhǎng)巖綜合判斷為中性，并對(duì)輝長(zhǎng)巖骨料用于瀝青混凝土的適用性作進(jìn)一步的試驗(yàn)和研究。

2 輝長(zhǎng)巖粗骨料的適用性試驗(yàn)

輝長(zhǎng)巖粗骨料鑒定試驗(yàn)包括骨料密度及吸水率試驗(yàn)、與瀝青的黏附性試驗(yàn)、堅(jiān)固性試驗(yàn)、抗熱性試驗(yàn)以及壓碎率試驗(yàn)[1]。

西安理工大學(xué)防滲研究所實(shí)驗(yàn)室用小型破碎機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)選取的輝長(zhǎng)巖塊石進(jìn)行了破碎，篩分為19mm～16mm、16mm～13.2mm、13.2mm～9.5mm、9.5mm～4.75mm、4.75mm～2.36mm和<2.36mm粒徑6級(jí)礦料。瀝青混凝土粗骨料選取粒徑在19mm～2.36mm間的碎石[1]；細(xì)骨料選用輝長(zhǎng)巖人工砂和天然河砂(各占一半)；填料采用石灰?guī)r礦粉；瀝青采用為克拉瑪依70號(hào)A級(jí)瀝青。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，輝長(zhǎng)巖粗骨料質(zhì)量鑒定成果見(jiàn)表2。

表2 輝長(zhǎng)巖粗骨料質(zhì)量鑒定成果表

注*：在瀝青中加瀝青重的0.2%PA-1抗剝落劑后與輝長(zhǎng)巖的黏附力為4級(jí)；加0.3%黏附力為5級(jí)；加0.4%黏附力為5級(jí)。

鑒定結(jié)論：輝長(zhǎng)巖質(zhì)地堅(jiān)硬，在加熱過(guò)程中未出現(xiàn)開(kāi)裂、分解等現(xiàn)象，在瀝青中加入瀝青重0.2%以上PA-1抗剝落劑后與瀝青黏附力強(qiáng)，堅(jiān)固性好，滿足SL 501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的瀝青混凝土粗骨料的技術(shù)要求，可作為瀝青混凝土心墻的粗骨料。

3 輝長(zhǎng)巖細(xì)骨料的質(zhì)量鑒定

瀝青混凝土中細(xì)骨料是指粒徑在2.36mm～0.075mm的顆粒。細(xì)骨料質(zhì)量鑒定試驗(yàn)包括表觀密度、吸水率、水穩(wěn)定等級(jí)、堅(jiān)固性以及<0.075mm顆粒含量測(cè)定[1]；輝長(zhǎng)巖細(xì)骨料質(zhì)量鑒定成果見(jiàn)表3。

表3 輝長(zhǎng)巖細(xì)骨料質(zhì)量鑒定成果表

由表3可知，輝長(zhǎng)巖破碎后的人工砂細(xì)骨料滿足SL 501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的瀝青混凝土細(xì)骨料的技術(shù)要求，可作為瀝青混凝土心墻的細(xì)骨料。

4 瀝青混凝土配合比初選及確定

瀝青混凝土配合比初選是根據(jù)不同骨料級(jí)配指數(shù)、不同礦粉、油石比(即瀝青質(zhì)量占礦料總質(zhì)量的百分比)和天然砂組成各種不同配合比，通過(guò)基本性能(孔隙率、變形和強(qiáng)度)試驗(yàn)，選擇出滿足工程要求的較優(yōu)配合比瀝青混凝土。根據(jù)瀝青混凝土心墻的受力特點(diǎn)，在室內(nèi)試驗(yàn)中采用劈裂試驗(yàn)(也叫間接拉伸試驗(yàn))，其試驗(yàn)條件的應(yīng)力和變形特性與瀝青混凝土心墻工作狀態(tài)相近，能較好地評(píng)價(jià)心墻配合比瀝青混凝土的性能，試驗(yàn)溫度為19.6℃[1]。

通過(guò)瀝青混凝土配合初選的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，西安理工大學(xué)防滲研究所優(yōu)選了配合比參數(shù)，然后對(duì)推薦配合比瀝青混凝土進(jìn)行性能驗(yàn)證試驗(yàn)，包括小梁彎曲、拉伸、壓縮、水穩(wěn)定性能和滲透試驗(yàn)，對(duì)推薦的配合比的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了檢驗(yàn)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 推薦配合比瀝青混凝土驗(yàn)證性試驗(yàn)成果表

最后，西安理工大學(xué)防滲研究所通過(guò)瀝青混凝土依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果，從防滲、變形、強(qiáng)度、施工、耐久性和經(jīng)濟(jì)性等考慮，推薦了米易縣馬鞍山水庫(kù)工程大壩心墻的瀝青混凝土配合比。

2015年5月，施工單位按照推薦的配合比進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓試驗(yàn)[2]。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)瀝青混合料抽提試驗(yàn)及瀝青混凝土各項(xiàng)物性試驗(yàn)結(jié)果，西安理工大學(xué)防滲研究所推薦的瀝青混凝土配合比與現(xiàn)場(chǎng)比較吻合，最終確定的施工中使用的原材料、配合比及礦料級(jí)配見(jiàn)表5～表7。

表5 瀝青混凝土原材料表

表6 瀝青混凝土配合比級(jí)配參數(shù)表

表7 配合比的礦料級(jí)配表

5 瀝青混凝土心墻的施工效果

米易縣馬鞍山水庫(kù)工程輝長(zhǎng)巖料場(chǎng)在覆蓋層剝離后，巖體結(jié)構(gòu)較完整，巖石質(zhì)地堅(jiān)硬，經(jīng)加工的粗骨料潔凈，粒形較好，加熱后無(wú)性質(zhì)變化；輝長(zhǎng)巖細(xì)骨料石粉含量較低，便于質(zhì)量控制。瀝青混合料在瀝青混凝土拌和站拌制，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，分層攤鋪碾壓，松鋪層厚30cm；采用瀝青混凝土攤鋪機(jī)攤鋪，當(dāng)溫度下降至140℃～160℃時(shí)采用1.5t～2.0t振動(dòng)碾碾壓密實(shí)[3]。瀝青混凝土心墻每層均作瀝青混合料馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)、提取試驗(yàn)及礦料級(jí)配試驗(yàn)；每上升2m～4m，鉆芯取樣一次[1]。鉆芯取樣試驗(yàn)結(jié)果表明，瀝青混凝土層間結(jié)合情況良好，添加抗剝落劑后的瀝青與輝長(zhǎng)巖骨料結(jié)合緊密，粘附性較好，碾壓密實(shí)后瀝青混凝土干容重為2.53g/cm3～2.55g/cm3、孔隙率為1.0%～2.0%、滲透系數(shù)<1.0×10-8cm/s，滿足設(shè)計(jì)和《水工瀝青混凝土施工規(guī)范》(SL514—2013)的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)米易縣馬鞍山水庫(kù)工程對(duì)輝長(zhǎng)巖骨料在瀝青混凝土心墻施工中的適用性研究，以及現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用效果，說(shuō)明在瀝青中加瀝青重的0.3%PA-1抗剝落劑后，瀝青與輝長(zhǎng)巖的黏附力為5級(jí)(抗剝落劑添加量對(duì)黏附力的影響見(jiàn)表2)，新鮮的輝長(zhǎng)巖骨料可以作為瀝青混凝土的骨料。由于各地輝長(zhǎng)巖的化學(xué)成分及物理力學(xué)指標(biāo)存在一定的差異，故在應(yīng)用前應(yīng)充分做好室內(nèi)的各項(xiàng)試驗(yàn)工作，從質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)兩方面分析其能否使用。對(duì)于瀝青混凝土心墻的耐久性及運(yùn)行效果，我們將繼續(xù)跟蹤作進(jìn)一步的研究，為瀝青混凝土心墻土石壩這種壩型更加廣泛地推廣應(yīng)用作出貢獻(xiàn)。

[1] DL/T 5362-2006 水工瀝青混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] SL514—2013 水工瀝青混凝土施工規(guī)范[S].北京： 中國(guó)水利水電出版社，2013.

[3] 覃新聞.瀝青混凝土心墻設(shè)計(jì)與施工[M].北京：水利水電出版社，2011.

Research on the Applicability of Gabbro Aggregate in Asphalt Concrete Core Wall Construction

YANGHaiFeng

(College of Hydraulic & Environmental Engineering,China Three Gorges University,Yichang 443002 )

The choice of raw material is an important factor for the quality of asphalt concrete core wall construction.In order to study the applicability of gabbro aggregate as the raw material of asphalt concrete core wall,based on the practical status of Ma’anshan Reservoir Project in Miyi County, Sichuan Province, we test and analysis the applicability of gabbro aggregate from the chemical compositions and physical properties of gabbro aggregate, its adhesion to asphalt, and the effect of its field application.It Proves that gabbro aggregate is applicable.

Asphalt concrete core wall; Gabbro aggregate;Ma’anshan Reservoir

楊海鋒(1971.7- ) 男，高級(jí)工程師。

E-mail:yhf3046@126.com

2016-06-15

TU528.04

A

1004-6135(2016)10-0095-03