澆筑式瀝青混凝土技術(shù)性能測試試驗研究

張 濤

(新疆伊犁州水利電力勘測設(shè)計研究院，新疆 伊犁 835000)

0 引 言

澆筑式瀝青混凝土具有較高的密實度、較好的不透水性、較強的適應(yīng)變形的性能、較短的施工工期，同時還具有實用性高、經(jīng)濟性合理等特點[1-4]，被越來越廣泛地應(yīng)用在大壩的防滲心墻部位。尤其是在新疆牧區(qū)水庫建設(shè)中，瀝青混凝土心墻壩數(shù)量占到75%以上。本次以澆筑式瀝青混凝土心墻壩為研究對象，研究瀝青混凝土技術(shù)性能試驗，對優(yōu)選的混凝土配合比進行更深入的綜合評價，為系統(tǒng)評價澆筑式瀝青混凝土的各項性能提供試驗數(shù)據(jù)。

1 試驗材料與分析方法

1) 瀝青。采用克拉瑪依石化生產(chǎn)的90#(a級)瀝青。針入度9.3 mm，延度68.1 cm，軟化點48.4℃。

2) 粗骨料。采用工地料場的天然礫石，粒徑為5～20 mm。表觀密度2.69 g/cm3，與瀝青黏附性為5級，針片狀顆粒含量16.4%，壓碎值7.2%，吸水率1.4%，含泥量0.3%，耐久性(5次硫酸鈉溶液循環(huán)質(zhì)量損失)0.1%

3) 細骨料。采用當?shù)亓蠄龊由埃綖?.075～5 mm。表觀密度2.69 g/cm3，吸水率0.8%，水穩(wěn)定等級10級，耐久性0.2%，含泥量0.2%。

4) 填料(礦料)。采用新疆天業(yè)(集團)有限公司生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥。表觀密度3.10 g/cm3，親水系數(shù)0.58，含水率0.2%，細度小于0.6 mm占100%，小于0.15 mm占99.79%，小于0.075 mm占94.75%。

本次試驗材料中，除含泥量不滿足要求(經(jīng)清洗，再次測定后滿足)，各項指標均為《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計規(guī)范》(SL501—2010)[5]中的規(guī)定值。

5) 試驗方案及分析方法。本次試驗采用正交設(shè)計方法，選用L4(24)正交表安排試驗方案,即考慮兩個因素兩個水平的正交試驗(表1)。根據(jù)以往經(jīng)驗，骨料最大粒徑選擇19 mm，礦料級配指數(shù)選擇0.33，利用馬歇爾試驗，研究以上因素對穩(wěn)定度、孔隙率和流值的影響。依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青配合料試驗規(guī)程》(JTJ 052—2000)[6]和《水工瀝青混凝土試驗規(guī)程》(DL/T 5362—2006)[7]，對優(yōu)選的配合比進行瀝青混凝土基本性能試驗：馬歇爾穩(wěn)定度和流值試驗、復(fù)演馬歇爾試驗，瀝青混凝土壓縮實驗、水穩(wěn)定性試驗、滲透試驗、施工黏度試驗、分離度試驗(相關(guān)測試方法詳見試驗規(guī)程，在此不重復(fù)敘述)。

表1 正交試驗因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 馬歇爾試驗結(jié)果分析

通過正交馬歇爾試驗得出填料用量和瀝青用量對孔隙率、流值、穩(wěn)定度的影響，經(jīng)過方差和極差分析，初步選擇配合比。初步優(yōu)選組合為A1B1,即1號配合比，骨料最大粒徑選擇19 mm，礦料級配指數(shù)選擇0.33，填料用量14%，瀝青用量9.0%。現(xiàn)以此配合比進行瀝青混凝土的基本性能試驗。

2.2 復(fù)演馬歇爾試驗

按優(yōu)選的1號試驗組瀝青混凝土配合比制備試件，重復(fù)進行馬歇爾試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2 瀝青混凝土馬歇爾復(fù)演試驗結(jié)果

由數(shù)據(jù)可見，40℃情況下試件與20℃相比，穩(wěn)定度降低50.3%，流值增加57.1%。原因是復(fù)演試驗的溫度接近瀝青的軟化點溫度(48.3℃)，瀝青軟化，致使混凝土流值增加，穩(wěn)定度降低。

2.3 瀝青混凝土壓縮試驗

見表3及圖1-圖3。

表3 瀝青混凝土壓縮試驗成果表(1號配合比)

圖1 TY-9瀝青混凝土抗壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖2 TY-10瀝青混凝土抗壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖3 TY-11瀝青混凝土抗壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由壓縮實驗可知，試件密度越大，孔隙率就越小，相應(yīng)的抗壓強度也就越大，壓縮變形模量越小。

2.4 水穩(wěn)定性試驗

見表4。

通過水穩(wěn)定試驗可知，浸泡在水中的試件與放置在空氣中相比，最大抗壓強度有所下降，說明水進入試件的孔隙之后，會對瀝青混凝土中各材料組分間的作用力產(chǎn)生不利影響；本次試驗的水穩(wěn)定系數(shù)為0.96，穩(wěn)定性好。

2.5 滲透試驗

見表5。

表4 瀝青混凝土水穩(wěn)定試驗成果表(1號配合比)

表5 瀝青混凝土滲透試驗成果表(1號配合比)

由表5可知，各試件的滲透系數(shù)在4.26×10-9～5.59×10-9cm/s之間，均滿足文獻[5]標準規(guī)定的小于等于1×10-8cm/s的技術(shù)要求。

2.6 施工黏度試驗

見表6。

表6 施工流動性檢驗結(jié)果(1號配合比)

由表6可知，澆筑式瀝青混合料在180℃條件下的黏度為4.64×103Pa·s，介于102～104Pa·s之間，施工流動性合格。

2.7 分離度試驗

見表7。

表7 瀝青混凝土分離度試驗結(jié)果(1號配合比)

由表7可知，兩組試驗的分離度為1.01，均小于規(guī)范中的規(guī)定值1.05，滿足標準要求。

推薦配合比結(jié)果見表8，合成的礦料級配曲線見圖4。

表8 試驗室推薦瀝青混凝土配合比(1號配合比)

圖4 瀝青混凝土礦料級配曲線

3 結(jié) 論

通過澆筑式瀝青混凝土正交試驗，初步優(yōu)選出一組配合比，在此基礎(chǔ)上進行基本性能試驗，對優(yōu)選的配合比試件，測試其壓縮性、水穩(wěn)定性、滲透性等指標。結(jié)果表明，各項測試指標均滿足規(guī)范設(shè)計要求。由此更進一步了解了澆筑式瀝青混凝土的工作性能，為解決瀝青混凝土心墻施工及運行過程中的問題奠定了基礎(chǔ)。

4 建 議

1) 根據(jù)現(xiàn)場礦質(zhì)材料的級配情況，及時調(diào)整礦質(zhì)混合料的配合比，以準確執(zhí)行確定的瀝青混凝土施工配合比，保證瀝青混凝土能達到最大密實度的要求。

2) 瀝青混泥土澆筑溫度一般控制在140℃～150℃，冬季施工時，可將溫度適當提高至160℃，入倉的瀝青混凝土流動性不宜過大，以免發(fā)生離析、分層現(xiàn)象；對澆筑中的瀝青混凝土應(yīng)使用鋼釬、扁鏟插搗，使之排氣，達到自重密實。

3) 施工單位應(yīng)按規(guī)定在倉面或機口取樣對瀝青混合料、冷卻固結(jié)后的瀝青混凝土(內(nèi)部溫度降至常溫)及時檢驗，進行抽提試驗，密度、孔隙率、馬歇爾、滲透、水穩(wěn)定性等試驗，對施工質(zhì)量進行全面控制。