馱英水庫大壩混凝土的配合比和性能試驗

靳 璐

(新疆水利水電勘測設計研究院檢測試驗研究中心，烏魯木齊 830000)

1 概 述

馱英水庫主要位于廣西省，是由發(fā)電引水洞、攔河壩、電站廠房、溢洪道、導流泄洪洞等部分構成。水庫在一般情況下，蓄水位在235.6m，總庫容量在2.32億m3，電站裝機容量在20.6MW，從建立最初到現階段，每年平均發(fā)電量約為5110kW·h。整個大壩是采用瀝青混凝土心墻鑄造而成，最大壩高約為72.2m。瀝青混凝土心墻具有良好的變形能力、抗震能力以及防水性能，是目前為止最常用建造大壩的方式，且廣泛應用于水利水電工程當中。由于心墻瀝青混凝土性能影響因素處于多樣化，如環(huán)境因素、原材料性能因素、配合比信息因素。再加上不同水利工程所使用的原材料之間與環(huán)境條件存在較大差距，因此，想要提高大壩混凝土施工強度，就必須要根據實際工程情況，進行原材料配合比研究，發(fā)現最合理、最科學的原材料配合比。目前中國采用的混凝土配合比都是通過配合比研究途徑產生，從而確定其瀝青用量、級配指數、填料用量3個方面的數據[1]。

2 實驗原材料

馱英水庫大壩瀝青混凝土墻骨料是來自灰?guī)r料場的灰?guī)r料，填料是通過人工碎石加工的灰?guī)r礦粉，瀝青則是采用70#瀝青。在整個配合比實驗開始前，要檢測原材料性能，發(fā)現原材料性能如下：

2.1 瀝青

實驗選用70#瀝青，實驗用瀝青檢測結果，見表1。

表1 實驗用瀝青檢測結果

2.2 粗骨料

粗骨料是來自本地的滑山灰?guī)r，經過專業(yè)人員破碎后，將這些粗骨料分為9.5-13.2mm、132-20mm、5.0-9.5mm、2.2-5.0mm四個級別。粗骨料檢測結果，見表2。

表2 粗骨料檢測結果

2.3 細骨料

細骨料同樣是采用本地滑山灰?guī)r加工而來，粒徑為0.073-2.350mm。細骨料檢測結果，見表3。

表3 細骨料檢測結果

2.4 填料

實驗采用本地石灰?guī)r粉作為主要填料，填料檢測結果，見表4。

表4 填料檢測結果

根據以上檢測結果不難發(fā)現，在配合比當中所采用的填料、細骨料、瀝青、粗骨料都符合中國相關規(guī)定。

3 初選配合比實驗

3.1 礦料級配指數r的選擇

水工瀝青混凝土礦料級配主要是通過丁樸榮教授所建立的公式計算：

(1)

式中：Pi為孔徑為di的過篩率；P0.075為填料用量；Di為篩孔尺寸；Dmax為礦料最大粒徑；R為級配指數。

根據以上公式，可以確定瀝青混凝土礦料級配當中的3個參數信息(r、P0.075、Dmax)。本次參與實驗的最大骨料直徑為19mm；礦料級配指數r為0.44/0.36/0.40三種。

3.2 瀝青含量B的選擇

瀝青含量是整個瀝青混凝土配比當中重要的環(huán)節(jié)[2]。根據專業(yè)人員調查發(fā)現，瀝青混凝土當中的瀝青結構主要是由自由瀝青與結構瀝青兩種，結構瀝青是提高瀝青混凝土黏附力的重要因素，而在自由瀝青當中存在會影響瀝青黏附力的物質。當瀝青含量較低時，會形成結構瀝青，但隨著瀝青含量不斷提高，瀝青會形成一種專業(yè)薄膜，逐漸依附在礦料顆粒表面，而瀝青膠漿是黏聚力最強的物質；而當瀝青含量不斷提高時，會在顆粒之間形成自由瀝青，會對瀝青混凝土的黏聚力造成一定影響[3]。

3.3 填料用量F的選擇

本次實驗填料用量分別選擇了10%、12%、14%三種類型。

3.4 初選配合比實驗結果

初選配合比實驗是通過正交分析法，來選擇合適的配合比參數，來形成馬歇爾試件，從而檢測出馬歇爾試件的穩(wěn)定性、流動值、孔隙率。初選配合比實驗結果，見表5。根據研究結果發(fā)現，標準的馬歇爾試件孔隙率在0.42-1.36%之間，能夠滿足規(guī)范技術要求；穩(wěn)定性范圍在6.84-7.34kn之間，流動范圍在84.4-115.5之間。

表5 初選配合比實驗結果

4 初步配合比的選擇

4.1 瀝青含量對基本性能的影響

本次配合比實驗在分析瀝青含量對瀝青混凝土基本性能影響過程當中，將固定級配指數r=0.40、填料用量F=12%情況下，分析瀝青焊料對瀝青混凝土基本性能的影響[4]。發(fā)現瀝青混凝土基本性能與瀝青含量有直接聯(lián)系，瀝青含量對孔隙率的影響，見圖1。當瀝青含量在6.3-6.9之間移動時，瀝青含量對試件孔隙率的影響總體表現為，隨著瀝青含量不斷提高，試件孔隙率會逐漸變小。同時瀝青含量在6.3-6.6之間時，孔隙率變化不大。隨著瀝青含量不斷提高，瀝青性能與強度會降低，變形功能會提高，主要表現為當瀝青含量提高時，瀝青混凝土馬歇爾穩(wěn)定度會降低，而其流動值會提高。但瀝青含量從6.6一直提高到6.9時，孔隙率同樣變化不大，但伴隨著瀝青含量提高，瀝青混凝土馬歇爾穩(wěn)定性會降低，變形性能會提高。從以上數據顯現，當瀝青含量為6.6%時，對于瀝青混凝土心墻而言最有利[5]，填料用量對孔隙率的影響，見圖2。

圖1 瀝青含量對孔隙率的影響 圖2 填料用量對孔隙率的影響

4.2 填料用料對基本性能的影響

在大壩施工過程中，通常會采用應用方式較廣的瀝青混凝土施工技術，以瀝青為主要施工核心，按照施工設計圖紙，對鋼筋進行瀝青混凝土澆筑，使瀝青混凝土和鋼筋完美融合在一起，提高鋼筋混凝土的堅固性，加強大壩工程的堅固性，在進行瀝青混凝土鋼筋調配時，為了保證鋼筋混凝土的強度，對于鋼筋混凝土的配比工作也是非常重要的，正確的材料配比，可以大大提升鋼筋混凝土的強度，所以想要保證大壩工程的安全性，混凝土施工技術的創(chuàng)新是非常有必要[6]。而本次實驗是針對瀝青含量進行研究，將瀝青的含量規(guī)定在6.6%、級配指數限定在0.40。通過對比三種填料用料，進一步分析填料用量對瀝青混凝土的性能影響。填料用量對穩(wěn)定度的影響，見圖3；填料用量對流值的影響，見圖4。

圖3 填料用量對穩(wěn)定度的影響 圖4 填料用量對流值的影響

5 結 語

綜上所述，隨著中國綜合實力不斷提升，我國正式進入經濟時代，社會經濟建設也得到飛速發(fā)展，在經濟發(fā)展的過程中，水利水電工程對于經濟建設尤為重要，它可以有效提高企業(yè)的總體經濟。通常會采用混凝土為主要的建筑材料，混凝土的強度高、有較高的耐久性，可以幫助中國建設大量的水利水電工程，本次采用正交分析方法，對瀝青混凝土重要指標中的孔隙率、馬歇爾穩(wěn)定度和流值等進行比較，同時進行瀝青混凝土初選配合比試驗，初步選出2組較優(yōu)的配合比進行全面性能試驗，得到推薦工程使用的最優(yōu)配合比。