瀝青混凝土心墻配合比設計中參數的選擇探析★

慈 軍 劉 健 陳英杰

(新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830052)

·建筑材料及應用·

瀝青混凝土心墻配合比設計中參數的選擇探析★

慈 軍 劉 健 陳英杰

(新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830052)

針對瀝青混凝土心墻配合比設計中對礦料級配及瀝青用量等參數合理取值的問題，結合國內已建的瀝青混凝土心墻工程，從礦料級配的選擇及瀝青用量的選擇原則上進行了探討和分析，結果表明：對瀝青混凝土配合比設計參數的合理取值，可以保證配合比設計的準確性，同時也可以優化配合比方案。

瀝青混凝土心墻，配合比，設計參數，瀝青用量

0 引言

瀝青混凝土具有很好的抗滲性能，滲透系數可達10-7cm/s～10-10cm/s，同時瀝青混凝土還因具有較好的塑性和柔性，能適應壩體的變形而得以在許多水利工程中廣泛應用。水工瀝青混凝土配合比設計的主要任務就是對各項設計指標提出要求，選出技術上可靠、經濟上合理的配合比[1]，以便保證工程的安全可靠性。配合比設計工作通常包括室內配合比設計試驗和現場鋪筑試驗兩部分：通過對現場取樣的瀝青、粗細骨料檢驗及分級后進行室內配合比試驗，優化礦料級配及瀝青用量等各配比參數，確定出標準配合比[2]；現場鋪筑試驗則是根據現場礦料的實際篩分結果和試鋪試驗的實際效果，對標準配合比中的礦料級配及瀝青用量這兩個配合比參數進行適當的調整，從而保證澆筑的瀝青混凝土的孔隙率及馬歇爾強度和穩定度等指標均能滿足工程設計的要求。

1 礦料級配的選擇

在瀝青混凝土的組成材料中，各級礦料的級配組成對瀝青混凝土的物理、力學性能影響很大。各級礦料在級配良好的情況下，可以最大程度上減小礦料顆粒間的空隙率，使成型后的瀝青混凝土達到較為緊密的狀態，從而可最大限度地發揮瀝青混凝土結構強度的效能，保證瀝青混凝土具有良好的綜合性能。

1.1 骨料

1.1.1 骨料種類

瀝青混凝土骨料包括粗骨料和細骨料。粗骨料一般要求采用堅硬、無風化、潔凈且與瀝青粘結力良好的堿性巖石。細骨料可選用人工砂或天然砂[3]，人工砂多為堿性母巖破碎形成，與瀝青的粘附性較好，因而多將人工砂作為首選考慮。天然砂固然多為酸性骨料或含酸性礦物及泥質較多，但天然砂一定比例地取代人工砂后具有可改善整體礦料的級配以及可降低瀝青混凝土成本的優點，使得在一些水利工程中采用天然砂與人工砂摻配使用也同樣取得了良好的效果[4]。

1.1.2 骨料最大粒徑

骨料最大粒徑對瀝青混凝土的防滲效果有影響。骨料粒徑過大，使瀝青混凝土的勻質性降低，容易形成滲漏通道，降低防滲效果；粒徑過小，瀝青混凝土的強度降低，變形增大。

通常對于防滲瀝青混凝土粗骨料的最大粒徑不應超過壓實后的瀝青混凝土層厚度的1/3，且不應大于19 mm[5，6]。理論計算及大量工程實踐證明，水工瀝青混凝土骨料最大粒徑取19 mm是較適宜的。國內幾個水工瀝青混凝土工程中所使用的骨料最大粒徑情況見表1。

表1 國內水工瀝青混凝土工程混合料骨料最大粒徑 mm

1.2 填料

1.2.1 填料種類

填料通常是指礦料中顆粒粒徑小于0.075 mm，且能夠較好在瀝青中高度分散并與瀝青很好地粘結在一起用于填充其他各級礦料間空隙的材料。工程中通常采用的填料多為石灰巖、大理巖及白云巖等碳酸巖石加工而成，當加工填料的石料巖性偏酸性或加工的礦粉填料數量及質量不能滿足工程需求時，此時可考慮選用有足夠細度的水泥作為填料來替代礦粉，可有效改善骨料與瀝青的粘附性，保證瀝青混凝土的水穩定性。

1.2.2 填料用量

填料數量的多少對瀝青混凝土的力學性能影響較大。通常以填料濃度的大小來表征瀝青膠結料的粘度和強度：當填料濃度較大時，填料表面形成的瀝青膜的厚度減薄，混凝土內部能夠形成許多細小的封閉孔隙，瀝青膠結料的粘度和強度會隨之提高，從而也會使瀝青混凝土獲得較大的穩定性；當填料濃度較小時，瀝青混凝土內部多形成連通的開口孔隙，瀝青混凝土的力學性能及耐久性性能均會不同程度地降低。因此，填料用量是瀝青混凝土配合比設計的一個關鍵技術指標，應做好對填料用量的實時控制[7，8]。

填料用量和瀝青用量比例調整適宜可使瀝青混凝土獲得較低的孔隙率及良好的技術性能。在改變瀝青用量的同時，也應相應地改變填料用量，二者之間存在的最佳比例關系一般在1.9左右，這樣配得的瀝青混凝土的孔隙率可在規程允許范圍之內。SL 501—2010土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范中(以下表述簡稱設計規范)推薦的碾壓式瀝青混凝土心墻材料的填料用量范圍為10%～14%；澆筑式瀝青混凝土心墻材料的填料用量范圍為12%～18%。

1.3 礦料的標準級配

水工瀝青混凝土的礦料標準級配設計通常是根據設計規范中丁樸榮教授提出的丁氏公式計算獲得。丁氏公式是基于泰波公式，而泰波公式又是將級配接近拋物線狀的富勒曲線進行相應調整，允許集料的級配在一定的范圍內波動。丁氏公式則是考慮填料的取值會影響到瀝青混凝土的相關技術性質的變化，故先將填料用量確定出來。

丁氏級配公式為：

其中，Pi為孔徑di篩的通過率，%；P0.075為粒徑小于0.075 mm填料用量，%；Dmax為礦料最大粒徑，mm；di為某一篩孔尺寸，mm；n為級配指數。

從上述丁氏級配公式中可以看出：在骨料最大粒徑和填料用量已確定前提下，級配指數對礦料的標準級配影響較大，該指數可以表征礦料中粗、細骨料含量的比例：級配指數越小，則礦料中細骨料部分的含量越多；級配指數越大，則礦料中粗骨料部分的含量越多。

目前，國內碾壓式瀝青混凝土心墻材料的礦料級配指數多在0.38～0.42之間取值，設計規范中推薦碾壓式瀝青混凝土級配指數的范圍為0.35～0.44。西安理工大學的學者認為，礦料級配指數在0.34～0.42之間變化，可以使礦料達到較大的堆積密度。對于澆筑式瀝青混凝土，級配指數可以取值小一點。設計規范中推薦澆筑式瀝青混凝土級配指數取值范圍為0.30～0.36。

2 瀝青

2.1 瀝青種類

在瀝青混凝土組成材料中，瀝青作為膠結礦料的載體，其穩定性對瀝青混凝土的力學性能影響較大。為提高碾壓式瀝青混凝土的穩定性，通常選用標號較高的瀝青(如70號或90號)；對于澆筑式瀝青混凝土而言，因考慮其油石比較大，為防止瀝青混合料分離流變而一般選用標號較低的瀝青(如50號)。

2.2 瀝青用量

通過以上參數的選擇，就可計算出礦料級配的設計值。在確定出礦料合成級配后，瀝青用量成為影響瀝青混凝土性能的唯一因素，工程中對瀝青混凝土的瀝青數量是用瀝青用量或瀝青含量來表示的。

瀝青用量(或稱油石比)系指瀝青材料質量與礦料總質量的比率[9]，即：

瀝青含量系指瀝青材料質量占瀝青混凝土總質量的比率，即：

兩個量之間的關系：

顯然，瀝青含量數值要小于瀝青用量數值。由于瀝青用量在計算、配料、調整以及操作等方面較方便，常為工程人員使用。瀝青用量通常對瀝青混凝土的密度、強度、水穩定性等性質影響較大，對于瀝青混凝土心墻材料不僅有強度上的要求，而且有適應變形的性能(即在一定溫度和荷載作用下不易開裂的塑性)的要求。因此，在瀝青混凝土的組成結構中還應保持一定“自由瀝青”的數量。從而對于瀝青用量的問題，也就成為如何選擇自由瀝青用量的問題。

設計規范中推薦碾壓式瀝青混凝土心墻中的瀝青占瀝青混凝土總重(瀝青含量)為6%～7.5%；澆筑式瀝青混凝土心墻中的瀝青占瀝青混凝土總重(瀝青含量)為9%～13%。國內的幾座水工瀝青混凝土的瀝青用量情況見表2。

表2 國內水工瀝青混凝土工程瀝青用量

從表2中可以看出以上幾個工程的瀝青用量均在規范推薦范圍之內，其中下坂地工程因其心墻坐落在深厚覆蓋層上，為增加瀝青混凝土心墻的柔性以適應地基的較大變形，因而選用了較大的瀝青用量。

3 結語

1)瀝青混凝土配合比設計旨在合理選擇各級礦質材料的級配組成和瀝青用量這兩大參數，以便正確的指導瀝青混凝土配合比設計。2)瀝青混凝土配合比設計參數的合理取值，一方面可以保證配合比設計的準確性，另一方面也可以優化配合比方案，減少試驗工作量，提高工作效率。3)通過瀝青混凝土室內配合比設計得到的礦料級配和瀝青用量參數應該在現場試鋪試驗中進行進一步的驗證，并根據現場各級礦料的實際分布情況通過級配調整使配制出來的瀝青混凝土滿足工程設計要求。

[1] 丁樸榮.水工瀝青混凝土材料選擇與配合比設計[M].北京：水利水電出版社，1990：117-120.

[2] 慈 軍，葛毅雄，努爾開力·依孜特羅甫，等.正交設計在澆筑式瀝青混凝土心墻壩中的應用[J].水資源與水工程學報，2012(6)：62-64.

[3] 呂偉民.瀝青混合料設計原理與方法[M].上海：同濟大學出版社，2001：15-26.

[4] 慈 軍，李雙喜，努爾開力·依孜特羅甫.摻不同細骨料的碾壓式瀝青混凝土的力學試驗研究[J].水利與建筑工程學報，2012(4)：50-75.

[5] SL 514—2013，水工瀝青混凝土施工規程[S].

[6] SL 501—2010，土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范[S].

[7] 慈 軍.人工細集料中的礦粉含量對碾壓式瀝青混凝土穩定性的影響[J].中國農村水利水電，2014(6)：180-185.

[8] 慈 軍.瀝青混凝土配合比設計后礦料級配調整分析[J].人民長江，2014(6)：68-70.

[9] 張懷生.水工瀝青混凝土[M].北京：中國水利水電出版社，2005：419-420.

The mix ratio design of asphalt concrete core in the choice of parameters analysis★

Ci Jun Liu Jian Chen Yingjie

(HydraulicandCivilEngineeringCollegeofXinjiangAgricultureUniversity,Urumqi830052,China)

Toward how to reasonable selection the mineral aggregate gradation and the asphalt content in parameter design of asphalt concrete core, the selection principle was discussed and analysed respectively from the mineral aggregate gradation and asphalt content which through combined with the existing domestic asphalt concrete projects, the result shows that the reasonable selection of the design parameters, on the one hand can guarantee the accuracy of the mixture ratio design, on the other hand can also be optimal mixture ratio.

asphalt concrete core, mix ratio, design parameters, asphalt content

2015-02-27★：新疆水利水電工程重點學科基金資助(項目編號：xjzdsk-2002-10-05)

慈 軍(1977- )，男，碩士，講師

1009-6825(2015)13-0119-02

TU528.42

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