防滲面板水工瀝青混凝土試拌試鋪方案設計與試驗分析

2023-10-25 12:09:48余世海莫智云磨煉同

建材世界 2023年5期

華召,余世海,莫智云,磨煉同

(1.中國葛洲壩集團股份有限公司,武漢 430030;2.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室,武漢 430070)

瀝青混凝土防滲面板是抽水蓄能水庫重要的防滲結構形式,其一般采用簡式斷面結構,由內到外分別為瀝青整平膠結層、瀝青防滲層和瀝青瑪蹄脂封閉層。瀝青混凝土防滲面板因具有防滲性好、適應基礎變形能力強、一體化施工性能高、使用耐久性好等諸多優點在我國抽水蓄能水庫建設中得到較多應用[1-3]。水工瀝青混凝土從室內配合比試驗到現場鋪筑試驗都有嚴格的規定,一般在室內配合比設計試驗完成并經第三方驗證合格后確定推薦的標準配合比,同時要求確定推薦的標準配合比后應及時建立試驗場地進行場外現場鋪筑試驗。場外現場鋪筑試驗主要工作包括:首先采用瀝青拌和樓熱料對室內瀝青混凝土配合比進行驗證和調整,確定生產配合比;其次通過瀝青混合料拌和生產、攤鋪、碾壓和現場檢測,掌握瀝青混凝土的材料制備、儲存、拌和、運輸、攤鋪、碾壓和檢測等一套工藝流程,取得并確定各種有關的施工工藝參數,以指導瀝青混凝土的現場施工[4-6]。水工瀝青混凝土施工工藝的核心是確定合理的碾壓壓實工藝,特別是振動碾壓遍數。現場檢測的核心工作之一是開展無核密度試驗和取芯標定,建立無核密度和現場芯樣密度相關性以實現后期施工質量快速無損檢測。

場外現場鋪筑試驗前應開展瀝青混合料試拌試機生產、瀝青攤鋪機試攤、碾路機試壓等聯動工作,以檢驗主要機械設備運行情況。通過瀝青混合料試拌試鋪,開展瀝青拌和樓生產調試、瀝青混合料溫度控制參數設定、瀝青用量和級配抽提檢測等工作。對試拌瀝青混合料檢測其體積性能、高溫抗流淌性能和低溫柔性等指標,這些指標達到設計要求后方能進入場外試驗段鋪筑環節[7,8]。為了保證防滲面板瀝青混凝土場外試驗段鋪筑試驗成功,將通過有限的施工條幅和碾壓區優化設計,提出整平膠結層和防滲層瀝青混凝土試拌試鋪試驗方案,檢驗瀝青混合料攤鋪、接縫處理、碾壓等工藝的合理性,為正式場外現場鋪筑試驗提供技術指導。

1 方案設計

在正式場外平地鋪筑試驗前在瀝青拌和站內開展試拌試鋪工作,試鋪面積按長度20 m、寬度(3～4 m)×2施工條帶。上述2條帶下層為整平膠結層,寬4 m;上層為防滲層,寬3 m。上下層錯幅1 m施工。整平膠結層按攤鋪寬度4 m施工,2條幅1 d施工,條幅接縫按熱接縫處理。防滲層按攤鋪寬度3 m,錯幅1 m施工,分2 d施工以便于進行冷接縫處理,模擬正常防滲層攤鋪、接縫處理、碾壓等工藝。試拌試鋪是開展平地場外試驗的最后一次整套工藝與設備的檢查與驗收,確定是否達到開展場外正式試驗的條件。

整平膠結層施工計劃按兩個條幅劃分試驗目標,其中條帶1重點檢驗攤鋪初始壓實度和不同碾壓遍數對壓實密度的影響,以優化合理的碾壓遍數。條帶2重點模擬極限降溫施工對不同碾壓遍數要求,解決施工溫度低于設計要求下是否可以施工和如何增加碾壓遍數。

為了實現上述目標和要求,整平膠結層條帶1采用如下碾壓方案:1)按條幅長度劃分成5個碾壓區:攤鋪未碾壓區長1.5 m,初碾靜壓1遍區長4 m,復壓振動1遍區長4 m,復壓振動2遍區長4 m,復壓振動3遍區長4 m。復壓長度按遍數依次遞減形成不同的碾壓區。碾壓前提前劃分和標記好各碾壓區以保證不過界碾壓,各碾壓區長度應至少大于振動碾長度的2倍以減少剎車后退的影響。2)瀝青混合料攤鋪過后,在端頭預留未碾壓區(長度1.5 m)不進行碾壓。初碾采用靜壓一遍,不得越界碾壓到端頭預留未碾壓區。3)考慮到斜坡一般采用前進振動、后退靜壓的方式,平地試驗復壓宜全部統一采用前進振動、后退靜壓的方式,起振時應前后鋼輪都起振。4)復壓遍數不大于3遍,終壓靜壓1遍,但只碾壓到所有復壓區。5)施工溫度按技術要求進行控制,攤鋪溫度140～160 ℃,初始碾壓溫度不小于130 ℃,二次碾壓溫度不小于105 ℃,終碾溫度不小于90 ℃,施工時應嚴格按上述溫度控制。

整平層條帶2采用人為極限降溫設計,施工溫度按技術要求下限進行控制,降低攤鋪溫度至130～140 ℃,初始碾壓溫度下降到100～110 ℃,二次碾壓溫度90～100 ℃,終碾溫度不小于70 ℃。以上溫度設定用于模擬瀝青混合料施工溫度下降20 ℃左右時的施工效果。按條幅長度劃分與條幅1相同,復壓遍數按2～4遍設計以增加碾壓遍數。

防滲層試拌試鋪為了重點解決正常條件下的合理碾壓遍數要求和模擬極端溫度下降后混合料的碾壓問題,在整平膠結層上面設計2個施工條幅,其碾壓區劃分和碾壓方案與前述整平膠結層類似,分成5個碾壓區,重點考察復壓遍數,按2～5遍設計。防滲層瀝青混合料施工溫度按技術要求進行控制,攤鋪溫度150～170 ℃,初始碾壓溫度不小于140 ℃,二次碾壓溫度不小于115 ℃,終碾溫度不小于90 ℃,施工時嚴格控制好溫度。

防滲層條幅接縫按冷縫處理,瀝青混合料攤鋪后的斷面達到設計45°,瀝青攤鋪機壓邊器改裝并調試到位。接頭坡度超過45°時,采用人工電動振動板將其矯正至45°以下,便于冷接縫施工。冷縫施工時應用紅外線加熱器對冷縫表面加熱,使其在距其接縫表面以下深20 mm 處溫度不低于100 ℃時,且表面不得烤焦,然后攤鋪另一條幅的熱瀝青混合料,利用振動碾壓實到設計要求的密度。

試拌試鋪后現場開展無核密度試驗和取芯標定工作,分析不同壓實工藝和現場接縫處理對壓實度的影響。現場取芯須與無核密度檢測結合,芯樣在鉆取前應進行無核密度檢測以便于對比無損檢測結果與芯樣密度實測結果,芯樣應從無核密度儀讀取數據部位的中心鉆取。

2 試拌試鋪試驗結果

2.1 施工溫度檢測結果

整平層條幅按技術要求進行控制時要求攤鋪溫度140～160 ℃,初始碾壓溫度大于130 ℃,二次碾壓溫度大于105 ℃,終碾溫度大于90 ℃,實際施工時溫度控制基本可達到要求。整平膠結層瀝青混合料溫度隨施工時間的下降關系如圖1所示,瀝青混合料攤鋪溫度在175～178 ℃,攤鋪1 h后溫度仍可保持105 ℃以上,前1 h降溫速度約為1 ℃/min,保證有較長的時間開展后續碾壓壓實。

防滲層瀝青混合料施工溫度按技術要求進行控制時要求攤鋪溫度150～170 ℃,初始碾壓溫度大于140 ℃,二次碾壓溫度大于115 ℃,終碾溫度大于90 ℃,實際施工時攤鋪溫度和碾壓溫度均可達到上述要求。防滲層瀝青混合料溫度隨施工時間的下降關系如圖2所示,瀝青混合料攤鋪溫度在163～170 ℃,攤鋪1 h后溫度仍可保持110 ℃以上,前1 h降溫速度約為0.8 ℃/min,降溫速度略小于整平膠結層瀝青混合料,可有較長的時間開展后續碾壓壓實。

2.2 現場孔隙率與無損檢測分析

整平膠結層瀝青混合料攤鋪后,針對不同的碾壓方式進行了現場鉆孔取芯,芯樣檢測結果見表1。芯樣密度和孔隙率檢測結果表明,現場攤鋪后未碾壓的整平膠結層瀝青混凝土孔隙率在20%左右,初壓后孔隙率在17%附近,復壓2遍后孔隙率在13%～14%,后繼再增加碾壓遍數可進一步提高壓實度,但溫度降低后增加碾壓遍數效果不顯著,因此整平膠結層應盡量在高溫碾壓以提高壓實效率。整平膠結層熱接縫復壓2遍后孔隙率可小于15%,因接縫處瀝青混合料易產生離析,應適當增加碾壓遍數1～2遍。

表1 整平層現場攤鋪厚度、密度和孔隙率檢測結果匯總

整平膠結層試拌試鋪后現場開展無核密度儀密度試驗和取芯標定工作,取芯前先用無核密度儀開展現場孔隙率檢測,同時標記好現場試驗點所在位置,便于現場取芯進行密度和孔隙率驗證。現場取芯與無核密度點對點重合,芯樣從無核密度儀讀取數據部位的中心鉆取。芯樣在鉆取前無核檢測結果與芯樣實測結果對比見圖3。無核檢測結果與芯樣實測結果有較好的相關性,對于孔隙率過高的芯樣能夠很好地辨別出來,因此整平膠結層可按無核檢測孔隙率不大于15%進行現場壓實度控制。

防滲層芯樣檢測結果見表2。防滲層按正常施工溫度進行攤鋪未碾壓時孔隙率在4.5%～5.0%之間,達到壓實度不小于90%的現場施工質量要求。正常溫度初碾后孔隙率在3.7%附近,復壓2遍后達到穩定,后繼增加復壓遍數影響小,而復碾4遍后孔隙率略有反彈。極限降溫施工時復壓2遍后孔隙率可維持在2%～3%,接近上限3%的技術要求,后繼增加復壓遍數可進一步降低孔隙率,但降幅有限,宜以控制瀝青混合料出料和攤鋪溫度為主,確保后續碾壓溫度達到設計。冷接縫處理采用紅外線加熱到100～120 ℃,表面受熱深度在10 mm內,取芯檢測發現其空隙率維持在2.5%附近,略小于上限3%的技術要求,應適當增加碾壓遍數1～2遍以保證接縫處壓實度。防滲層現場無核密度檢測結果與取芯密度具有較好的相關性,如圖4所示。對于孔隙率大于3%的芯樣能夠很好地辨別出來,因此防滲層可按無核檢測孔隙率不大于3%進行現場壓實度控制。

表2 防滲層現場取芯孔隙率檢測結果匯總

3 結論

a.防滲面板瀝青混凝土場外鋪筑試驗前應進行試拌試鋪試驗,試驗方案可按上下層各2個施工條帶和4～5個不同碾壓區進行優化設計,整平膠結層接縫可按熱縫進行設計以減少施工時間,而防滲層應按冷縫設計以驗證冷縫處理工藝的有效性。

b.通過試拌試鋪了解整平膠結層和防滲層的攤鋪方法、碾壓遍數、施工溫度等各種參數,現場溫度檢測發現各層瀝青混合料降溫較慢,攤鋪后可保證至少有1 h的施工碾壓時間,同時采用振動復壓2遍可達到現場孔隙率要求,過多增加復壓遍數對壓實度提高幅度有限。

c.試拌試鋪試驗模擬了極限降溫條件下的施工碾壓效果,試驗結果表明在施工溫度比設計要求低20 ℃下仍可達到現場孔隙率要求,現場可適當增加碾壓遍數彌補溫度損失的影響,接縫處應適當增加碾壓遍數。