抽水蓄能電站瀝青混凝土防滲面板封閉層試驗研究

柯俊濤,蒙勝弟,史鵬展

中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

江蘇句容抽水蓄能電站位于江蘇省句容市,電站裝機容量1 350 MW,上、下水庫均為瀝青混凝土面板堆石壩。其最外層結構為封閉層,為厚度0.2 cm的瀝青瑪蹄脂封閉層,由SBS改性瀝青和礦粉加熱后拌制而成。瀝青瑪蹄脂封閉層的涂刷可有效減緩因外界環境影響而引起瀝青防滲層面板的老化,從而提高防滲層的耐久性,延長瀝青混凝土面板的整體使用壽命。瀝青瑪蹄脂由瀝青與礦粉按照一定比例熱拌而成,但如何做到封閉層與防滲層粘結牢固、高溫不流淌、低溫不脆裂、在控制厚度同時易于涂刷,是值得研究的課題。

1 瀝青瑪蹄脂室內配合比試驗

根據江蘇句容抽水蓄能電站工程項目設計要求,封閉層采用改性石油瀝青進行配合比試驗,原材料技術指標滿足相應的規范要求,瀝青瑪蹄脂采用3種配合比:瀝青和填料質量比例分別為30：70、33：67、37：63。

1.1 瀝青技術要求

瀝青采用SBSⅠ-A型改性瀝青,其技術指標及檢測結果見表1[1]。

表1 SBS類I-A改性瀝青技術要求及檢測結果

試驗結果表明,SBS類改性瀝青檢測指標均滿足規范及設計要求。

1.2 礦粉填料技術要求

礦粉填料采用粒徑小于0.075 mm的礦粉,其技術指標[1]及檢測結果見表2。

表2 填料技術要求及檢測結果

試驗結果表明,礦粉各項技術指標均滿足規范及設計要求。

1.3 瀝青混凝土技術要求

根據設計,該工程封閉層瀝青瑪蹄脂的技術要求見表3。

表3 封閉層瀝青瑪蹄脂技術要求

1.4 封閉層瀝青瑪蹄脂配合比試驗

根據以往工程經驗,瀝青瑪蹄脂配合比采用瀝青與填料的比例為30：70、33：67、37：63、40：60這4種配比進行試驗。對每組配合比瀝青瑪蹄脂進行密度、軟化點、柔性、低溫脆裂及斜坡熱穩定性等試驗,最終推薦滿足封閉層要求的改性瀝青及瀝青瑪蹄脂配合比。

密度試驗是按瀝青密度檢測方法[2]進行檢測。軟化點試驗跟瀝青軟化點檢測方法[2]相同,加熱介質采用甘油。柔性試驗[2]是將成型好的厚為0.5 mm的80 mm×30 mm瀝青瑪蹄脂薄片放在5 ℃恒溫室中1 h以上,180°對折觀察是否產生裂紋。

低溫脆裂試驗[2]是將成型好的300 mm×300 mm×2 mm瀝青瑪蹄脂片用高強度粘結劑粘貼在銦鋼板上,并在瀝青瑪蹄脂表面涂刷1層白色的粉末,放入起始溫度為10 ℃的高低溫箱內,恒溫1 h,然后以30 ℃/h的速度降溫至-20 ℃,觀察瀝青瑪蹄脂表面在-20 ℃時是否出現裂痕。

斜坡熱穩定性試驗是將瀝青瑪蹄脂涂在防滲層瀝青混凝土馬歇爾試件表面,厚度2 mm,冷卻后畫上3～5條直線刻痕并用滑石粉涂白處理,采用高強度粘結劑將各試件粘貼在1：1.7的斜坡流淌儀上,然后將斜坡流淌儀放入已升溫至70 ℃的烘箱內,恒溫48 h后觀察瀝青瑪蹄脂表面是否有流淌。檢測結果見表4、圖1～3。

圖1 33：67試驗前后對比圖

圖2 37：63試驗前后對比圖

圖3 瀝青瑪蹄脂低溫脆裂試驗抗凍前后檢測結果照片

表4 瀝青瑪蹄脂性能試驗檢測結果

試驗結果表明,除軟化點外其他指標均滿足設計要求,隨著瀝青瑪蹄脂瀝青用量的增大(填料用量的減少),瑪蹄脂軟化點逐漸降低。使用改性瀝青配制的各種不同配比的瀝青瑪蹄脂中,瀝青與填料的比例為40：60軟化點不滿足設計要求。瀝青與填料的比例為37：63雖然能滿足要求,但剛好接近臨界值,同時考慮到便于施工中的涂刷,推薦瀝青與填料的比例為33：67作為推薦瀝青瑪蹄脂配合比。

2 現場生產性試驗

根據室內推薦配合比,結合工程實際,在現場開展現場生產性試驗。此次主要試驗內容包括:瀝青瑪蹄脂配料、拌和試驗;瀝青瑪蹄脂運輸、攤鋪試驗[3];確定拌和機的拌和數量和時間、拌和溫度、出樓溫度、二次加熱溫度和時間等操作工藝;得到并驗證瀝青瑪蹄脂生產、瀝青瑪蹄脂溫度控制、攤鋪方法等各種參數;提出瀝青瑪蹄脂施工溫度允許范圍[4]。瀝青瑪蹄脂配合比用量見表5。

表5 瀝青瑪蹄脂配合比用量

3 瀝青瑪蹄脂經現場試驗確定的溫控要求

根據現場實際生產情況確定施工溫度要求,結果見表6。

表6 瀝青瑪碲脂加熱保溫、攤鋪施工溫度統計匯總 單位:℃

4 瀝青瑪蹄脂攤鋪

拌和好的瀝青瑪蹄脂,出機口實際檢測溫度為70～80 ℃,將其卸入瀝青瑪蹄脂保溫加熱運輸車中,采用保溫加熱運輸車對其進行二次加熱至攤鋪溫度180～190 ℃,二次加熱時間約為10 h。

瀝青瑪蹄脂攤鋪分機械攤鋪與人工攤鋪,其中靠近坡頂約2 m范圍的反弧段,由于采用機械設備無法施行,因此瀝青瑪蹄脂采用人工攤鋪,其余部位采用瀝青瑪蹄脂刮布車進行攤鋪。

機械設備攤鋪施工方法:當瀝青瑪蹄脂通過加熱保溫運輸車攪拌均勻,其溫度二次加熱至180～190 ℃后運至作業部位,將瀝青瑪蹄脂卸入主絞架車吊罐,由主絞架車將吊罐轉運到瀝青瑪蹄脂刮布車料斗上方,將瀝青瑪蹄脂卸入刮布車料斗內,刮布車下行至條幅起始端開始攤鋪。在瀝青瑪蹄脂刮布車上行或下行過程中,刮布車的速度與主絞架牽引的速度應保持一致。

人工攤鋪施工方法:當機械設備攤鋪部位全部施工完成后,采用人工利用鐵桶從瀝青瑪蹄脂保溫運輸車取料,根據涂刷面積,從坡面上部卸料,將瀝青瑪蹄脂傾倒在坡面上,操作人員站在瀝青瑪蹄脂刮布車平臺上,利用自制手持式刮板進行來回涂刷,直至瀝青瑪蹄脂均勻分布至坡面上,無流淌。

攤鋪時,分條帶依次進行,由低處向高處攤鋪,正常攤鋪速度控制在2～3 m/min。前一條幅攤鋪完成后,在相鄰條幅攤鋪時,瀝青瑪蹄脂刮布車壓板與已攤鋪條幅之間搭接看度不小于10 cm。

根據設計要求,瀝青瑪蹄脂封閉層攤鋪厚度為2 mm,在機械攤鋪過程中,應指派2名專人負責跟蹤觀察瀝青混凝土防滲層平整度,從而指揮瀝青瑪蹄脂刮布車操作手及時調整壓板膠皮與攤鋪面間的結合緊密程度,從而確保攤鋪厚度。瀝青瑪蹄脂涂刷厚度采用游標卡尺進行檢測。

5 現場生產性試驗過程中的質量問題及解決措施

此次生產性試驗中取得了較好的成果,驗證了室內推薦瀝青瑪蹄脂配合比的可操作性,同時發現了在瀝青瑪蹄脂施工中容易存在的問題,結合該工程的實際情況,提出了針對性強且行之有效的解決措施。

1)瀝青瑪蹄脂涂刷后表面出現劃痕的解決措施:在瀝青瑪蹄脂攤鋪前,對瀝青拌和樓各熱料倉放料門進行檢查,確保關閉嚴密,不漏料;對瀝青混凝土攪拌缸、瀝青瑪蹄脂保溫運輸車儲料罐、主絞架吊罐進行檢查并清理干凈,避免瀝青瑪蹄脂混合料中混入其他骨料,造成瀝青瑪蹄脂涂刷后表面出現劃痕。

2)相鄰條帶搭接部位不平整、瀝青瑪蹄脂出現堆積現象的解決措施:對瀝青瑪蹄脂刮布車壓板進行改造,向兩側適當延長壓板上硅膠刮板長度,盡量避免攤鋪作業時瀝青瑪蹄脂向兩側擴散,造成相鄰條帶搭接部位瀝青瑪蹄脂出現堆積。

3)個別條帶局部出現瀝青瑪蹄脂超厚、流淌現象的解決措施:根據經驗,如果按照正常速度牽引,每次刮布車牽引到大壩反弧段時,膠皮與反弧段下層表面的結合不好,導致少量混合料淤積,外觀質量無法保證,因此,應適當降低刮布車放料速度和牽引速度,便于人工調整機械設備,保證了膠皮與反弧段下層表面結合良好,直到進入到斜坡直線段時再將速度提升到正常速度。

4)壩頂弧線段瀝青瑪蹄脂人工攤鋪部位外觀質量差的解決措施:應根據攤鋪面積計算瀝青瑪蹄脂卸料量,避免因量過多出現流淌,若過少則需要補料,同時確保卸料、人工刮板刮平各工序間銜接緊密,避免因瀝青瑪蹄脂溫度流失,影響封閉層最終成型的質量。

5)瑪蹄脂刮布車施工完畢后未及時清理表面殘留料,刮板破損未更換的解決措施:瀝青瑪蹄脂刮布車施工完畢后,指派專人對刮板膠皮上粘附的殘留料及時進行清理,若刮板出現變形、刮板膠皮出現破損應及時進行更換,以確保瀝青瑪蹄脂涂刷質量。

6 施工參數

根據現場實際生產情況確定施工參數,具體見表7。

表7 瀝青瑪蹄脂封閉層施工參數

7 結束語

根據對瀝青瑪蹄脂配合比進行密度、軟化點、柔性、低溫脆裂及斜坡熱穩定性等試驗,最終推薦滿足封閉層要求的改性瀝青瑪蹄脂配合比為33：67(瀝青和填料的比例)。

該工程實踐證明,瀝青瑪蹄脂試驗段中瀝青瑪蹄脂涂刷厚度及表觀質量均能滿足設計要求,表明瀝青瑪蹄脂封閉層室內配合比、各項施工工藝、各施工參數是合理的,可作為后續大規模施工的依據。