酸性材料對瀝青混凝土心墻土石壩的影響分析

張 文

（烏魯木齊水業集團有限公司，烏魯木齊 830000）

酸性材料對瀝青混凝土心墻土石壩的影響分析

張 文

（烏魯木齊水業集團有限公司，烏魯木齊 830000）

以新疆烏魯木齊烏拉泊水庫土石壩心墻工程為實例，介紹分析了砂礫石料的具體配比情況對瀝青混凝土性能的影響，最終確定本項目心墻所使用的瀝青混凝土料最佳油石比為6.9%；最佳級配指數為0.39；最佳粉油比為1.9。

瀝青混凝土心墻；烏拉泊水庫；酸性材料；影響

1 工程概況

烏拉泊水庫壩址坐落于新疆烏魯木齊市南端17km處的烏魯木齊河中游，該水庫性質為攔河中型水庫，兼顧防洪、灌溉、城市供水等任務。水庫控制流域面積2596km2，為4.27萬hm2耕地提供灌溉用水。烏拉泊水庫始建于1959年，受制于當時施工技術水平，造成壩體在抗滲、抗震、防洪等方面均存在缺陷，于1978年和2006年分別進行了兩次除險加固。其中2006年加固核心在于提高壩體抗滲性，重新建筑瀝青混凝土心墻。

2 采用酸性骨料的可行性

烏拉泊水庫大壩為土石壩體，防滲主要依靠瀝青混凝土心墻。在心墻建筑中，一般要求使用堿性骨料，這樣便能和酸性瀝青在攪拌時充分結合，大大增強兩者之間的黏附力。但烏拉泊水庫周邊沒有堿性骨料源，而遠地區運輸會大大增加成本，本工程在2006年心墻加固中分析研究了使用酸性巖作為骨料的可能性［1］。

烏拉泊水庫大壩周邊有大量天然砂礫石及河砂，經檢測其整體偏酸性。后又檢測其黏附力（標準值取4）可知，該區域超過2/3天然砂礫料的黏附力可達到標準值，遠高于破碎砂礫料的1/2。分析是因為天然砂礫料在生成過程中，其表面形成一層金屬化合物 （以Fe，Al為主），有效改善了其與瀝青的黏結性。但由于天然砂礫石其黏附力也無法完全達到標準要求，因此必須采用人為干預。目前常采用的方法包括兩種：①在瀝青中加入抗剝落劑；②填料采用水泥或消石灰。本工程設計采用方法1，抗剝落劑型號為PA-1，其技術參數如表1［2］。

表1 PA-1抗剝落劑技術參數

3 砂礫石料配比對心墻性能的影響

除了添加抗剝落之外，還需根據原料的不同特點分析最佳配比，包括填料級配、油石比、粉油比等，馬歇爾試驗主要涉及指標有孔隙率、間接拉伸強度、垂直位移等。

3.1 油石比［3］

為確定最佳油石比，根據砂礫石料特點及工程經驗，級配指數0.39，粉油比2.0。然后分別取油石比為6.3%，6.6%，6.9%，7.2%，7.5%，通過測定混合料孔隙率、間接拉伸強度、垂直位移等參數來確定最佳油石比，具體試驗結果如圖1。

圖1 油石比的影響

由圖1（a）可知：當油石比從6.3%增至6.6%時，孔隙率始終保持在2.3%；當油石比從6.6%增至6.9%時，孔隙率從2.3%驟降至1.5%。之后雖然油石比在逐步增加，但孔隙率僅出現小幅上升，到最后的1.6%。

由圖1（b）可知：當油石比從6.3%增至6.9%時，間接拉伸強度從0.37MPa逐降至0.34MPa。垂直位移從1.5mm逐升至1.8mm；當油石比從6.9%增至7.5%時，拉伸強度和垂直位移均出現較大幅度變化，其中拉伸強度從0.34MPa降至0.25MPa，垂直位移從1.8mm增至2.4mm。

通過綜合分析壩區溫度環境、水庫規模等因素，當油石比為6.9%時，其孔隙率、間接拉伸強度、垂直位移等均達到了標準要求，且經濟性較好，最終確定本項目瀝青混凝土防滲墻混合料的油石比為6.9%［4］。

3.2 級配指數

在確定最佳油石比為6.9%的基礎上研究最佳級配，默認粉油比為2.0［5］。 級配選取0.33，0.36，0.39，0.42 4檔，其對孔隙率、間接拉伸強度、垂直位移的影響如圖2。

由圖2（a）可知，醉著級配指數逐步增加，孔隙率逐步降低（下降速度先快后慢），級配指數由0.39增至0.42時，孔隙率下降很小。

圖2 級配指數的影響

由圖2（b）可知，隨著級配指數逐步增大，間接拉伸強度和垂直位移均出現拋物線形狀 （開口方向相反），其中間接拉伸強度在級配指數為0.39處達到最大值0.35MPa，垂直位移在級配指數為0.39處達到最小值0.38mm。

綜合分析，當級配指數為0.39時，孔隙率、間接拉伸強度和垂直位移均處于最佳位置，且經濟性較好，所以最終確定本項目最佳料石級配為0.39。

3.3 粉油比

由于瀝青含量越高，其對溫度、重力等作用愈發敏感，因此必須在瀝青中添加石灰、礦粉、水泥等粉狀填料，目的是控制瀝青黏稠度，提高其穩定性和抗水性，而添加的填料和瀝青質量比簡稱為粉油比。本項目在確定了最佳油石比（6.9%）和級配指數（0.39）的基礎上研究最佳粉油比，設計粉油比有1.6，1.8，2.0，2.2 4級［6］，其具體變化曲線如圖3。

由圖3（a）可知，隨著粉油比的逐步增加，孔隙率先降低后升高，當粉油比為1.9時處在最低值1.5%，此時粉油比最佳。

由圖3（b）可知，隨著粉油比的逐步增加，間接拉伸強度經歷了大起大落，當粉油比為1.9時處于最大值0.43MPa；但垂直位移幾乎沒變化，穩定在0.35～0.38mm范圍內。

圖3 粉油比的影響

綜合分析，當粉油比1.9時，瀝青混凝土的孔隙率、間接拉伸強度和垂直位移處于最佳狀態，最終確定本項目的最佳粉油比為1.9。

4 結語

（1）瀝青混凝土性質（防滲性、穩定性）對壩體心墻質量具有決定性影響，本項目通過標準馬歇爾試驗對不同參數的混合料試件進行了研究，最終確定其最佳油石比為6.9%；最佳級配指數為0.39；最佳粉油比為1.9。

（2）該項目表明只要抗剝落劑添加得當，酸性骨料完全可以作為瀝青混凝土心墻骨料使用，且性能完全可達標準要求，烏拉泊壩體心墻加固工程也取得了顯著經濟效益。

［1］胡春林，胡安明，李友華.茅坪溪土石壩瀝青混凝土心墻的力學特性與施工控制［J］.巖石力學與工程學報，2001，20（5）：742-742.

［2］郭鵬輝，陳瑋珂.淺議瀝青混凝土心墻施工質量控制［J］.城市建設理論研究（電子版）， 2011（28）：42-46.

［3］朱晟.瀝青混凝土防滲體的力學特性研究與三峽茅坪溪土石壩安全分析［D］.南京：河海大學，2005.

［4］沙愛民，王振軍.水泥乳化瀝青混凝土膠漿-集料界面微觀結構［J］.長安大學學報：自然科學版， 2008， 28（4）：1-6.

［5］張勇.米蘭河工程心墻瀝青混凝土配合比試驗研究［J］.水利與建筑工程學報， 2014（6）：209-213.

［6］余梁蜀，蘇廣新，王永生.玉灘水庫擴建工程水工瀝青混凝土配合比試驗研究［J］.水利水電工程設計，2013，32（2）：50-53.

Analysis of the influence of acid material on the soil and stone dam of asphalt concrete core wall

ZHANG Wen
（Urumqi Water Industry Group Co.LTD， Urumqi 830000，China）

Takes Xinjiang Urumqi Urapo Reservoir earth dam core wall engineering as an example， analyzes the influence of concrete proportioning of grit stone on the properties of asphalt concrete，ultimately determined that the optimum proportion is 6.9%，the optimum score is 0.39，the best oil ratio is 1.9.

asphalt concrete core wall； Urapo Reservoir； acidic materials； influence

TV431+.5 文獻標識碼：B 文章編號：1672-9900（2017）06-0034-03

2017-09-15

張 文（1979-），男（漢族），新疆哈密人，工程師，主要從事水利工程管理工作，（Tel）13999275730。

王艷肖）