瀝青混凝土面板鼓包成因分析

馬保東，路 建，張向前，汪正興

瀝青混凝土面板鼓包成因分析

馬保東1，路 建1，張向前2，汪正興3

（1．河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北石家莊 050300；2.中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院有限公司，北京 100024；
3.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

瀝青混凝土面板防滲工程中，鼓包問題偶有發(fā)生。研究主要從模型試驗角度對鼓包形成機(jī)理進(jìn)行了研究，揭示了鼓包發(fā)生機(jī)理，對瀝青混凝土面板設(shè)計和施工控制具有一定的參考意義。

瀝青混凝土面板；鼓包；蒸汽壓力；模型試驗

由于攤鋪和碾壓設(shè)備性能所限，20世紀(jì)90年代之前，瀝青混凝土面板一般都采用薄層攤鋪方法，10 cm厚的面板需分2層攤鋪，每層5 cm，2層施工存在時間間隔，可能會導(dǎo)致層間封閉水汽，從而導(dǎo)致鼓包。之后，瀝青混凝土攤鋪設(shè)備得到了很大改進(jìn)，逐漸開始采用厚層攤鋪，一次攤鋪10 cm厚，但是，仍然有工程出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。國內(nèi)某工程采用瀝青混凝土面板防滲，建成蓄水2年后，日常巡檢過程中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些小鼓包。經(jīng)鉆芯取樣檢查，發(fā)現(xiàn)多數(shù)鼓包處防滲層內(nèi)部出現(xiàn)了分層裂縫。鼓包是從防滲層中間部位鼓起的，這與之前普遍認(rèn)為的瀝青混凝土面板由于反向水（或氣體）壓力導(dǎo)致的防滲層整體鼓起的大鼓包有所不同。為深入研究該鼓包現(xiàn)象，揭示其成因，本課題對此進(jìn)行了鼓包模型試驗。

1 試驗裝置

模型試驗裝置示意見圖1。將瀝青混凝土板固定在模型上，四周密封，在下部腔體中注入約1/3的水，然后將整個模型置于烘箱中，觀察瀝青混凝土板的鼓包現(xiàn)象和腔體內(nèi)的壓力、溫度，面板中部的變形等。

瀝青采用克拉瑪依90號瀝青，瀝青混凝土配合比參照某工程實際采用配比，試驗制作了10 cm和5 cm2種厚度的瀝青混凝土防滲層面板。防滲層面板下部采用透水的瀝青混凝土排水層料填充。

圖1 模型試驗示意圖

2 試驗溫度

試驗?zāi)M瀝青混凝土面板在太陽光照射下的溫度變化，采用烘箱控制模型溫度，初始溫度定為25℃。經(jīng)過溫度場計算，在夏季持續(xù)數(shù)天的高溫和太陽輻射作用下，瀝青混凝土面板表面的溫度可以達(dá)到60～70℃，表面以下5 cm處的溫度能達(dá)到50～55℃，表面以下10 cm處的溫度可以達(dá)到45～50℃。根據(jù)計算結(jié)果，模型試驗采用3種溫度：45，50，55 ℃。

3 試驗壓力

該工程無地下水，瀝青混凝土面板鼓包是由于蒸汽壓力導(dǎo)致的，水蒸汽主要來自于施工時因天氣潮濕或振動碾灑水，會導(dǎo)致水汽被封閉在層面或防滲層內(nèi)部。

水蒸汽壓力主要是由水的飽和蒸汽壓形成的，在密閉真空條件下，水的氣化和水蒸汽的液化會逐漸達(dá)到平衡，二相平衡時的水蒸汽壓力稱為飽和蒸汽壓，飽和蒸汽壓隨著溫度升高而增大。

4 試驗結(jié)果及分析

模型試驗結(jié)果見表1。

表1 鼓包模型試驗結(jié)果

由模型試驗可以看出：當(dāng)防滲層厚度為10 cm時，由于上覆防滲層較厚，蒸汽壓力產(chǎn)生的中心撓度較小，鼓包不明顯；當(dāng)防滲層厚度明顯變薄為5 cm時，蒸汽壓力產(chǎn)生了較大的中心撓度，鼓包明顯，并且在溫度達(dá)到55℃時，出現(xiàn)裂縫漏氣。由此可見，鼓包內(nèi)蒸汽壓力與溫度直接相關(guān)，其所造成的鼓包程度與上覆防滲層厚度有關(guān)，較小的上覆防滲層厚度更易導(dǎo)致鼓包甚至被頂破。

5 結(jié)語

通過鼓包模型試驗，結(jié)合某工程現(xiàn)場取芯情況來看，此類鼓包是由于因天氣或施工原因而封閉在防滲層內(nèi)靠近表層部位的水汽，在陽光暴曬、溫度升高的情況下蒸汽壓力逐漸升高而產(chǎn)生的。在所封閉的水汽位于防滲層中、上部位置時，由于上覆壓力較小，相對更易產(chǎn)生鼓包，甚至頂破出現(xiàn)爆裂。

根據(jù)以上結(jié)論，筆者認(rèn)為在瀝青混凝土面板施工過程中，除保證瀝青混合料質(zhì)量和壓實質(zhì)量外，應(yīng)避免在雨天和夜間施工，嚴(yán)格控制振動碾灑水量，可有效避免此類鼓包缺陷的發(fā)生。

TU37 < class="emphasis_bold"> ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

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1002—0624（2017）12—0052—02

2017-05-02