瀝青心墻壩的壓實(shí)溫度與抗?jié)B性

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抗?jié)B性是大壩最重要的屬性。要確保瀝青心墻的抗?jié)B性，必須要有嚴(yán)格的質(zhì)量控制，并可對(duì)瀝青混合料孔隙率進(jìn)行快速測(cè)量。對(duì)壓實(shí)瀝青心墻的滲透性和孔隙率之間的關(guān)系展開(kāi)了大量研究。在馬歇爾擊實(shí)試樣中，當(dāng)孔隙率<3%時(shí)瀝青的抗?jié)B性達(dá)到規(guī)定要求。

在建攤鋪的瀝青心墻需要鉆芯取樣來(lái)測(cè)量孔隙率。攤鋪的瀝青需要停工3～4 d，冷卻到20℃～25℃左右才能鉆取試樣。一旦冷卻便可鉆孔取芯，一般取樣長(zhǎng)40～45 cm，切片50～60 mm。通過(guò)分別在空氣中和水中稱量試樣來(lái)測(cè)算孔隙率。

為了確保日?？紫堵誓艿玫娇刂疲咳諒默F(xiàn)場(chǎng)制備的瀝青中獲取壓實(shí)的馬歇爾擊實(shí)試樣來(lái)測(cè)定壓實(shí)度和孔隙率。該試驗(yàn)室制備的馬歇爾擊實(shí)試樣每一側(cè)要擊實(shí)30次，而同類試驗(yàn)的道路瀝青，其每一側(cè)要擊實(shí)50(75)次。

試驗(yàn)證明，每一側(cè)擊實(shí)30次即可達(dá)到瀝青心墻對(duì)孔隙率的技術(shù)要求。

1 瀝青的類型與壓實(shí)溫度

無(wú)論對(duì)于在攤鋪中的瀝青還是實(shí)驗(yàn)室中的馬歇爾擊實(shí)試樣，擊實(shí)過(guò)程中瀝青的溫度都是達(dá)到孔隙率要求的關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于瀝青的擊實(shí)以及瀝青廠的生產(chǎn)，適宜的溫度取決于所用瀝青的類型。在加拿大，瀝青依據(jù)黏度、針入度或性能等級(jí)(PG)劃分類型。

為確定適宜的壓實(shí)溫度及其對(duì)孔隙率的影響，世界行業(yè)組織在挪威特隆赫姆的試驗(yàn)室進(jìn)行了試驗(yàn)。

加拿大拉羅曼2號(hào)(La Romaine-2)項(xiàng)目使用的骨料和瀝青的樣本被送往挪威。 測(cè)量壓實(shí)度和孔隙率使用了兩組馬歇爾擊實(shí)試樣， 一組是在拉羅曼2號(hào)現(xiàn)場(chǎng)使用的瀝青， 一組是在挪威使用的一種常見(jiàn)瀝青。 在這種情況下， 馬歇爾擊實(shí)試樣一側(cè)擊實(shí)15次， 以期望這將更好地指示溫度的敏感性。 還進(jìn)行了一側(cè)擊實(shí)20次的預(yù)試驗(yàn)。至于擊實(shí)15次還是20次， 孔隙率沒(méi)有實(shí)質(zhì)性差異。

依照技術(shù)規(guī)范，拉羅曼2號(hào)最高拌合溫度為160℃，最高壓實(shí)溫度為110℃。2012年，最低壓實(shí)溫度后改為130℃，以確保有足夠的密實(shí)度。

同道路瀝青一樣，拉羅曼2號(hào)的溫度要求是瀝青生產(chǎn)和瀝青心墻鋪筑的需要。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

2 試驗(yàn)方法

拉羅曼2號(hào)工程采用的瀝青的混合骨料級(jí)配曲線與富勒的級(jí)配曲線十分吻合，為典型的瀝青心墻工程。

實(shí)驗(yàn)中使用了蒙特利爾比圖瑪(Bitumar)公司等級(jí)為PG52-34的瀝青和基于歐洲分類針入度160/220的?？松瓰r青。

馬歇爾擊實(shí)試樣直徑為102 mm，高63.5 mm，3件試樣為一組，分別在150，130℃和110℃進(jìn)行擊實(shí)。

3 試驗(yàn)結(jié)果

所有的測(cè)試結(jié)果列于表1。偏離總體趨勢(shì)的個(gè)別過(guò)低孔隙率測(cè)量結(jié)果，可能與瀝青的組成成分、拌合差異或室內(nèi)試驗(yàn)及量測(cè)中的微小差異有關(guān)。

4 討論與結(jié)論

單側(cè)擊實(shí)15次的試樣孔隙率均低于3%，且僅2個(gè)試樣孔隙率高于2.5%。這表明，瀝青拌合料壓塊完全符合技術(shù)規(guī)范。

兩種類型瀝青的孔隙率在試驗(yàn)溫度為110℃和130℃時(shí)無(wú)差異。但試驗(yàn)溫度為150℃時(shí)差異明顯，盡管如此，兩種瀝青平均孔隙率為1.6%是不爭(zhēng)的事實(shí)。

孔隙率測(cè)量與壓實(shí)溫度明顯相關(guān)，壓實(shí)溫度由110℃升至130℃時(shí)孔隙率減小約0.6%，而壓實(shí)溫度由130℃繼續(xù)升至150℃時(shí)孔隙率繼續(xù)減小約0.5%。

施工過(guò)程中瀝青心墻的孔隙率要求在3%以下，馬歇爾擊實(shí)試樣的日?？紫堵蕼y(cè)量值應(yīng)在1%和2.5%之間。壓實(shí)溫度從150℃降至110℃，孔隙率相應(yīng)增大1.1%，由此可得出，壓實(shí)瀝青心墻時(shí)保持高溫相當(dāng)重要。在炎熱而晴朗的天氣條件下，比較容易保持所要求的壓實(shí)溫度。而在寒冷和潮濕的環(huán)境中,保持較高的溫度條件生產(chǎn)瀝青以及有效的瀝青攤鋪壓實(shí)是必需的。

瀝青生產(chǎn)和瀝青心墻攤鋪技術(shù)規(guī)范通常參照道路瀝青國(guó)家規(guī)范。應(yīng)該注意的是，拌合溫度太高瀝青會(huì)硬化或氧化。雖然由于太陽(yáng)輻射道路瀝青會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的硬化(氧化)，但是在壩體中瀝青不會(huì)進(jìn)一步硬化。為保證瀝青心墻孔隙率低于臨界值，建議提高瀝青拌合和攤鋪的溫度,尤其是在寒冷時(shí)節(jié)。

需要注意的是，瀝青廠生產(chǎn)過(guò)程中瀝青明顯硬化(滲透性減小和黏度增加)。但制備馬歇爾擊實(shí)試樣時(shí)，相同程度的硬化并沒(méi)有發(fā)生。因此，瀝青廠生產(chǎn)瀝青將比制備馬歇爾擊實(shí)試樣時(shí)要求更嚴(yán)格。

擊實(shí)前保持瀝青拌合溫度是獲得所需孔隙率、確保瀝青心墻壩抗?jié)B性的關(guān)鍵。