新疆若羌河水庫(kù)骨料配制瀝青混凝土試驗(yàn)研究

袁 磊，孔曉陽(yáng)

（水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

新疆若羌河水庫(kù)骨料配制瀝青混凝土試驗(yàn)研究

袁 磊，孔曉陽(yáng)

（水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

通過(guò)對(duì)若羌河水庫(kù)工程瀝青混凝土天然戈壁礫石骨料及配合比的室內(nèi)試驗(yàn)研究，得出采用天然戈壁礫石骨料配制瀝青混凝土是可行的，摻配瀝青抗剝落劑（非胺類）后，能有效提高天然戈壁粗骨料與瀝青的黏附性。瀝青混凝土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

天然戈壁礫石骨料；抗剝落劑；瀝青混凝土；配合比；室內(nèi)試驗(yàn)研究

1 概述

新疆若羌河水庫(kù)工程位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州若羌縣境內(nèi)的若羌河上，是一座以防洪、灌溉、工業(yè)供水為主，兼顧發(fā)電等綜合利用的中型水利工程。擋水壩為瀝青混凝土心墻壩，最大壩高77.5m，壩頂寬8m，壩頂長(zhǎng)231m，上游壩坡1∶2，下游馬道間壩坡1∶1.8，綜合坡1∶2。壩體采用砂礫石料和花崗巖堆石料填筑。瀝青混凝土心墻位于壩軸線上游2.75m，心墻自上而下按高程采用階梯式加厚，每級(jí)高25m，厚度分別為0.5，0.7，0.9m。心墻與壩基及兩岸混凝土基座采用擴(kuò)大端部銜接。

工程區(qū)極端最高氣溫43.6℃，極端最低氣溫-27.2℃，年平均氣溫11.7℃，1月平均氣溫-8.5℃。

經(jīng)地質(zhì)調(diào)查，若羌河水庫(kù)周邊，僅在距離壩址區(qū)約130km處有可供開采的堿性骨料料源，且交通不便，將造成施工不便和工程造價(jià)增加。在壩址區(qū)附近山前平原分布有大量的天然戈壁礫石，開采方便，如能利用天然戈壁礫石作為瀝青混凝土的骨料，將可方便施工、降低成本?；谠摿显刺攸c(diǎn)，對(duì)若羌河水庫(kù)采用天然戈壁礫石骨料配制瀝青混凝土進(jìn)行適用性研究。

2 天然戈壁礫石骨料

當(dāng)采用未經(jīng)破碎的天然卵礫石時(shí)，其用量不宜超過(guò)粗骨料用量的一半。據(jù)此分析檢測(cè)兩種天然戈壁礫石骨料：一種為天然戈壁料篩分而成；另一種為粒徑大于40cm的天然戈壁料，經(jīng)室內(nèi)破碎加工后篩分而成。

2.1 骨料品質(zhì)

將料場(chǎng)開采的天然原狀戈壁料和天然破碎戈壁料沖洗干凈，檢測(cè)粗、細(xì)骨料品質(zhì)如表1，表2。

表1 粗骨料品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

續(xù)表1

表2 細(xì)骨料品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

表1結(jié)果表明，粗骨料各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表2結(jié)果表明，細(xì)骨料除含泥量超標(biāo)（原狀天然戈壁細(xì)骨料的含泥量3.7%），其他指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

2.2 骨料巖石種類、化學(xué)成分

天然戈壁礫石骨料的主要巖石種類為白云巖、花崗巖、煌斑巖等，且偏酸性骨料居多，特別是花崗巖所占比率較大。骨料化學(xué)成分如表3。

表3 礫石骨料化學(xué)成分組成 單位：%

根據(jù)天然戈壁礫石骨料化學(xué)成分組成，按SL 501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》分析骨料的酸堿性。經(jīng)過(guò)計(jì)算，天然原狀戈壁料的堿度模數(shù)M=0.52，天然破碎戈壁料的堿度模數(shù)M= 0.53，即天然原狀及破碎戈壁料均呈酸性。

3 抗剝落劑與黏附性試驗(yàn)

3.1 抗剝落劑選擇

為提高瀝青與酸性骨料的黏附性，目前國(guó)內(nèi)外通常采用在瀝青或?yàn)r青混合料中添加抗剝落劑的方式。瀝青抗剝落劑的使用始于20世紀(jì)40年代，其發(fā)展歷程主要是從無(wú)機(jī)類到有機(jī)類，從低分子化合物到高分子化合物。石灰是最早使用的抗剝落劑之一，主要用來(lái)處理酸性骨料。石灰成本較低，性能較好，是一種實(shí)用的抗剝落劑。但由于石灰粉顆粒很細(xì)，很難在混合料中混合均勻，在一定程度上制約了其推廣應(yīng)用。水泥也是目前廣泛使用的一種傳統(tǒng)瀝青抗剝落劑。水泥是堿性物質(zhì)，可以與瀝青中的有機(jī)酸反應(yīng)，生成吸附能力物質(zhì)，從而提高瀝青混凝土的水穩(wěn)定性。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)使用的聚合物抗剝落劑主要有胺類與非胺類抗剝離劑。以胺類居多。但是胺類物質(zhì)受熱易分解，穩(wěn)定性相對(duì)較差，其抗剝落劑的耐熱性與長(zhǎng)期性能備受質(zhì)疑。非胺基類抗剝落劑的主要成分是一種表面活性劑，其特點(diǎn)是熱穩(wěn)定性和耐久性較好，抗剝落劑分解溫度高達(dá)180℃以上，適合于各種石料（堿性或酸性）化學(xué)鍵不發(fā)生破壞，水穩(wěn)定性能好。

本文采用EASA10型非胺類抗剝落劑，參與粗骨料與瀝青的黏附性試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.2 粗骨料與瀝青黏附性試驗(yàn)

在粒徑13.2~19.0mm的天然戈壁料中選取3種具有代表性的酸性骨料作為試驗(yàn)用粗骨料，如圖1，試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3和表4。

圖1 粗骨料試驗(yàn)樣本

圖2 試驗(yàn)結(jié)果（未添加抗剝落劑）

圖3 試驗(yàn)結(jié)果（添加EASA100抗剝落劑）

表4 酸性粗骨料與瀝青的黏附性試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明：不摻抗剝落劑，天然戈壁礫石中的酸性骨料與瀝青的黏附性等級(jí)為3級(jí)或4級(jí)；瀝青中摻入適當(dāng)抗剝落劑，在沸水中浸煮3min后，瀝青膜完全保存，剝離面積百分率小于10%，黏結(jié)力等級(jí)達(dá)到4級(jí)或5級(jí)。

4 采用天然戈壁料配合比及相關(guān)試驗(yàn)

4.1 瀝青混凝土配合比選擇

瀝青含量、礦料級(jí)配及填料用量是配制既滿足規(guī)范要求又符合經(jīng)濟(jì)原則瀝青混凝土的最重要的3個(gè)指標(biāo)。根據(jù)SL 514—2013《水工瀝青混凝土施工規(guī)范》、SL501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合國(guó)內(nèi)已建、在建工程的經(jīng)驗(yàn)及天然戈壁礫石骨料的特性，本次試驗(yàn)骨料最大粒徑Dmax選定為19mm，骨料采用混摻50%天然原狀戈壁料和50%天然破碎戈壁料。瀝青選用克拉瑪依AH-90重交通道路石油瀝青，含量取6.2%，6.4%，6.6%，6.8%，礦料級(jí)配指數(shù)取0.39，0.42，0.45，填料選用當(dāng)?shù)厮鄰S生產(chǎn)的灰?guī)r礦粉，用量取11%，12%，13%，14%進(jìn)行比選試驗(yàn)。結(jié)果如表5。

表5 瀝青混凝土基本性能試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表5

試驗(yàn)結(jié)果表明：①隨著瀝青含量的增加，瀝青混凝土馬歇爾穩(wěn)定度呈下降趨勢(shì)，而流值則呈明顯上升趨勢(shì)；當(dāng)瀝青含量6.6%時(shí)，瀝青混凝土拌合物，色澤均勻光亮，馬歇爾試件表面光亮平整，與試模周邊接觸密實(shí)，觀察瀝青膠結(jié)料適中。②隨著級(jí)配指數(shù)的增大，瀝青混凝土馬歇爾穩(wěn)定度呈下降趨勢(shì)，流值先降低后增加，與馬歇爾穩(wěn)定度大流值小，馬歇爾穩(wěn)定度小流值大相對(duì)應(yīng)。③隨著填料用量的增加，瀝青混凝土馬歇爾穩(wěn)定度呈下降趨勢(shì)，而流值則呈明顯上升趨勢(shì)。

結(jié)合瀝青混凝土的防滲、水穩(wěn)定性、和易性等性能，優(yōu)選第5組配合比為若羌水庫(kù)心墻瀝青混凝土的室內(nèi)推薦配合比，如表6。

表6 瀝青混凝土室內(nèi)推薦配合比

4.2 瀝青混凝土力學(xué)、滲透性

在瀝青混凝土室內(nèi)推薦配合比基礎(chǔ)上，進(jìn)行了瀝青混凝土力學(xué)及滲透性能試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括：水穩(wěn)定性、直接拉伸試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)及靜三軸試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7。

表7 瀝青混凝土力學(xué)及滲透性能試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，瀝青混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)若羌河水庫(kù)工程瀝青混凝土天然戈壁礫石骨料及配合比室內(nèi)試驗(yàn)研究，確定天然戈壁礫石料可以用作心墻瀝青混凝土骨料，參配非胺類瀝青抗剝落劑后，能有效提高天然戈壁粗骨料與瀝青的黏附性。瀝青混凝土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

（2）新疆地廣人稀，有著極其豐富的砂礫石料資源，目前新疆采用天然砂礫石料配制瀝青混凝土材料的試驗(yàn)研究已在努爾加水庫(kù)、二塘溝水庫(kù)、五一水庫(kù)、奴爾水利樞紐、若羌河水庫(kù)成功運(yùn)用。瀝青混凝土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。特別是奴爾水利樞紐采用天然破碎砂礫石料配制瀝青混凝土已于2016年應(yīng)用在最大壩高80m的瀝青混凝土心墻壩上。

［1］長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院.新疆若羌河水庫(kù)工程采用天然砂礫料瀝青混凝土配合比試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.2016.

［2］水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.新疆若羌縣若羌河水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2016.

［3］SL501—2010，土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范 ［S］.

［4］SL514—2013，水工瀝青混凝土施工規(guī)范［S］.

［5］張應(yīng)波，王為標(biāo)，蘭曉，等．土石壩瀝青混凝土心墻酸性砂礫石料的適用性研究［J］．水利學(xué)報(bào)，2012.

［6］王文政，唐新軍，何建新，等．五一水庫(kù)天然礫石骨料在瀝青混凝土心墻中的適用性研究［J］．水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2014.

［7］王為標(biāo)，申繼紅．中國(guó)土石壩瀝青混凝土心墻簡(jiǎn)述［J］．石油瀝青，2002．

［8］郭鵬飛，何建新，劉亮，等．采用天然礫石骨料的澆筑式瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)及性能研究［J］．水資源與水工程學(xué)報(bào)，2012．

［9］張應(yīng)波，王為標(biāo)，杜效鵠.石灰?guī)r粉填料含量對(duì)水工瀝青混凝土性能的影響研究［J］．水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2008.

（責(zé)任編輯：尹健婷）

Experimental study on preparation of asphalt concrete with natural gobi gravel aggregate of Xinjiang Ruoqiang River reservoir project

YUAN Lei，KONG Xiao-yang
（Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Inst，Urumqi 830000，China）

Based on Ruoqiang River reservoir project natural gobi gravel aggregate and asphalt concrete mixture ratio of the indoor experimental research，it is concluded that using natural gobi gravel aggregate mixture of asphalt concrete is feasible，and gradation asphalt antistripping agent（amine），can effectively improve the natural gobi aggregate and asphalt adhesion.The various physical and mechanical indexes of asphalt concrete meet the specification requirements.

natural gobi gravel aggregate；antistripping agent；asphalt concrete；aixture ratio；Indoor experimental research

TV431+.5

B

1672-9900（2017）01-0090-04

2017-01-22

袁 磊（1984-），男（漢族），新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）13639975570。