張 文

（烏魯木齊水業(yè)集團(tuán)有限公司，烏魯木齊 830000）

酸性材料對(duì)瀝青混凝土心墻土石壩的影響分析

張 文

（烏魯木齊水業(yè)集團(tuán)有限公司，烏魯木齊 830000）

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

瀝青混凝土心墻；烏拉泊水庫(kù)；酸性材料；影響

1 工程概況

烏拉泊水庫(kù)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(kù)性質(zhì)為攔河中型水庫(kù)，兼顧防洪、灌溉、城市供水等任務(wù)。水庫(kù)控制流域面積2596km2，為4.27萬(wàn)hm2耕地提供灌溉用水。烏拉泊水庫(kù)始建于1959年，受制于當(dāng)時(shí)施工技術(shù)水平，造成壩體在抗?jié)B、抗震、防洪等方面均存在缺陷，于1978年和2006年分別進(jìn)行了兩次除險(xiǎn)加固。其中2006年加固核心在于提高壩體抗?jié)B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(kù)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(shí)充分結(jié)合，大大增強(qiáng)兩者之間的黏附力。但烏拉泊水庫(kù)周邊沒(méi)有堿性骨料源，而遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)輸會(huì)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(kù)大壩周邊有大量天然砂礫石及河砂，經(jīng)檢測(cè)其整體偏酸性。后又檢測(cè)其黏附力（標(biāo)準(zhǔn)值取4）可知，該區(qū)域超過(guò)2/3天然砂礫料的黏附力可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，遠(yuǎn)高于破碎砂礫料的1/2。分析是因?yàn)樘烊簧暗[料在生成過(guò)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(jié)性。但由于天然砂礫石其黏附力也無(wú)法完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，因此必須采用人為干預(yù)。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(shè)計(jì)采用方法1，抗剝落劑型號(hào)為PA-1，其技術(shù)參數(shù)如表1［2］。

表1 PA-1抗剝落劑技術(shù)參數(shù)

3 砂礫石料配比對(duì)心墻性能的影響

除了添加抗剝落之外，還需根據(jù)原料的不同特點(diǎn)分析最佳配比，包括填料級(jí)配、油石比、粉油比等，馬歇爾試驗(yàn)主要涉及指標(biāo)有孔隙率、間接拉伸強(qiáng)度、垂直位移等。

3.1 油石比［3］

為確定最佳油石比，根據(jù)砂礫石料特點(diǎn)及工程經(jīng)驗(yàn)，級(jí)配指數(shù)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(guò)測(cè)定混合料孔隙率、間接拉伸強(qiáng)度、垂直位移等參數(shù)來(lái)確定最佳油石比，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖1。

圖1 油石比的影響

由圖1（a）可知：當(dāng)油石比從6.3%增至6.6%時(shí)，孔隙率始終保持在2.3%；當(dāng)油石比從6.6%增至6.9%時(shí)，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(xiàn)小幅上升，到最后的1.6%。

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

通過(guò)綜合分析壩區(qū)溫度環(huán)境、水庫(kù)規(guī)模等因素，當(dāng)油石比為6.9%時(shí)，其孔隙率、間接拉伸強(qiáng)度、垂直位移等均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，且經(jīng)濟(jì)性較好，最終確定本項(xiàng)目瀝青混凝土防滲墻混合料的油石比為6.9%［4］。

3.2 級(jí)配指數(shù)

在確定最佳油石比為6.9%的基礎(chǔ)上研究最佳級(jí)配，默認(rèn)粉油比為2.0［5］。 級(jí)配選取0.33，0.36，0.39，0.42 4檔，其對(duì)孔隙率、間接拉伸強(qiáng)度、垂直位移的影響如圖2。

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

圖2 級(jí)配指數(shù)的影響

由圖2（b）可知，隨著級(jí)配指數(shù)逐步增大，間接拉伸強(qiáng)度和垂直位移均出現(xiàn)拋物線形狀 （開(kāi)口方向相反），其中間接拉伸強(qiáng)度在級(jí)配指數(shù)為0.39處達(dá)到最大值0.35MPa，垂直位移在級(jí)配指數(shù)為0.39處達(dá)到最小值0.38mm。

綜合分析，當(dāng)級(jí)配指數(shù)為0.39時(shí)，孔隙率、間接拉伸強(qiáng)度和垂直位移均處于最佳位置，且經(jīng)濟(jì)性較好，所以最終確定本項(xiàng)目最佳料石級(jí)配為0.39。

3.3 粉油比

由于瀝青含量越高，其對(duì)溫度、重力等作用愈發(fā)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(wěn)定性和抗水性，而添加的填料和瀝青質(zhì)量比簡(jiǎn)稱為粉油比。本項(xiàng)目在確定了最佳油石比（6.9%）和級(jí)配指數(shù)（0.39）的基礎(chǔ)上研究最佳粉油比，設(shè)計(jì)粉油比有1.6，1.8，2.0，2.2 4級(jí)［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(dāng)粉油比為1.9時(shí)處在最低值1.5%，此時(shí)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(qiáng)度經(jīng)歷了大起大落，當(dāng)粉油比為1.9時(shí)處于最大值0.43MPa；但垂直位移幾乎沒(méi)變化，穩(wěn)定在0.35～0.38mm范圍內(nèi)。

圖3 粉油比的影響

綜合分析，當(dāng)粉油比1.9時(shí)，瀝青混凝土的孔隙率、間接拉伸強(qiáng)度和垂直位移處于最佳狀態(tài)，最終確定本項(xiàng)目的最佳粉油比為1.9。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）瀝青混凝土性質(zhì)（防滲性、穩(wěn)定性）對(duì)壩體心墻質(zhì)量具有決定性影響，本項(xiàng)目通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)對(duì)不同參數(shù)的混合料試件進(jìn)行了研究，最終確定其最佳油石比為6.9%；最佳級(jí)配指數(shù)為0.39；最佳粉油比為1.9。

（2）該項(xiàng)目表明只要抗剝落劑添加得當(dāng)，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(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求，烏拉泊壩體心墻加固工程也取得了顯著經(jīng)濟(jì)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(xué)特性與施工控制［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2001，20（5）：742-742.

［2］郭鵬輝，陳瑋珂.淺議瀝青混凝土心墻施工質(zhì)量控制［J］.城市建設(shè)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(xué)特性研究與三峽茅坪溪土石壩安全分析［D］.南京：河海大學(xué)，2005.

［4］沙愛(ài)民，王振軍.水泥乳化瀝青混凝土膠漿-集料界面微觀結(jié)構(gòu)［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)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(yàn)研究［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)， 2014（6）：209-213.

［6］余梁蜀，蘇廣新，王永生.玉灘水庫(kù)擴(kuò)建工程水工瀝青混凝土配合比試驗(yàn)研究［J］.水利水電工程設(shè)計(jì)，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(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：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）