胡亮亮

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，南昌 330000)

瀝青混凝土在作為目前很多水利工程使用的主要防滲材料，具備防滲功能好、和壩體一起變形等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是筑壩用瀝青混凝土的長期水穩(wěn)定性卻有待提高，使用水泥摻量能夠在很大意義上提升瀝青混凝土的長期水穩(wěn)定性，文章將對不同水泥摻量對筑壩用瀝青混凝土的長期水穩(wěn)定性影響進(jìn)行探討，希望能夠?qū)μ嵘斡脼r青混凝土長期水穩(wěn)定性有所幫助。

1 概 述

在筑壩工程建造過程中，防滲系統(tǒng)使用的主要材料就是瀝青混凝土，在最近幾年，面臨水利工程的數(shù)量以及規(guī)模不斷提升，對于瀝青混凝土的運(yùn)用也在不斷地進(jìn)步。眾所周知，相對比于水利工程中其他的一些防滲材料，瀝青混凝土具備許多優(yōu)點(diǎn)和好處：

1)浸透系數(shù)偏低，因此瀝青混凝土的防滲漏功能更好。

2)瀝青混凝土能夠更好地與筑壩進(jìn)行穩(wěn)合，而且可以隨著筑壩一起變形，從而使得筑壩的穩(wěn)固性和安全性更高。

3)除了前兩點(diǎn)外，瀝青混凝土在抗拉伸、抗壓力、抗疲勞以及黏結(jié)性和黏塑性上等諸多方面表現(xiàn)都相對不錯(cuò)，而且瀝青混凝土很少發(fā)生一些裂縫，即使在壓力的影響下產(chǎn)生了裂縫，瀝青混凝土也可以對裂縫進(jìn)行自行恢復(fù)。

不過，雖然瀝青混凝土具備以上眾多優(yōu)點(diǎn)，瀝青混凝土在長期水穩(wěn)定性上還存在一定問題。如果想確保瀝青混凝土的水穩(wěn)定性，就要使用人力打碎的堿性巖石為其填料。但是目前，中國為了更好地保護(hù)人們的生活環(huán)境，頒布了一系列的法規(guī)政策，這其中也包括對于開采堿性巖石的相關(guān)規(guī)定，這樣使得在開采使用堿性巖石時(shí)受到了一定限制，而且很多筑壩區(qū)域都缺少堿性巖石，如果從一些偏遠(yuǎn)地區(qū)開采堿性巖石，又需要投入大量的資金以及人力物力，因此，使用堿性巖石作為瀝青混凝土的主要填充材料在現(xiàn)實(shí)生活中不具備實(shí)施條件。

而天然礫石相對于堿性巖石，開采條件較低，往往在一些適合筑壩的區(qū)域很容易見到，所以目前瀝青混凝土填充物材料主要是天然礫石，不過在使用天然礫石作為瀝青混凝土的填充材料時(shí)，需要通過添加水泥等堿性材料來提高瀝青混凝土的水穩(wěn)定性。通過不同的水泥摻量實(shí)驗(yàn)研究水泥摻量對壩體瀝青混凝土的長期水穩(wěn)定性影響，能更好地為提升瀝青混凝土的水穩(wěn)定性作為參考[1]。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

當(dāng)瀝青混凝土填充物材料使用天然礫石時(shí)，通過用不同水泥摻量以及石粉兩種填充材料對瀝青混凝土長期水穩(wěn)定性的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下：

實(shí)驗(yàn)一共涉及3種不同水泥摻量：①一種是12%水泥摻量；②一種是12%石粉；③還有一種是同時(shí)使用6%的水泥以及6%的石粉，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對不同水泥摻量對瀝青混凝土長期水穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析。

在這3種方案中，一共包括6組，1組對應(yīng)9個(gè)試件，其中拿出1組放置在20℃的常溫條件下，在時(shí)間達(dá)到48h以后再做壓縮，其余的5組試件放置在80℃的溫度條件下，在水中放置時(shí)間分別是75h、225h、375h、750h以及1500h，然后再放置在20℃水中放置2h再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。注意：根據(jù)《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，瀝青混凝土水穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果必須要≥0.9。

在實(shí)驗(yàn)中，要注意以下實(shí)驗(yàn)條件：瀝青混凝土試件的制作準(zhǔn)備使用的是試驗(yàn)瀝青混凝土水穩(wěn)定性的專門儀器,即馬歇爾擊實(shí)儀，瀝青混凝土試件直徑范圍是97-103，高度范圍是98-102；另外，考慮到瀝青混凝土在高溫度水中浸泡中容易變形，在瀝青混凝土試件侵泡到水中之前，可以用薄鐵皮篩網(wǎng)對瀝青混凝土試件進(jìn)行穩(wěn)固，這樣能夠確保瀝青混凝土試件可以在水中得到充分的浸泡；對于20℃的溫度保持，在房間內(nèi)用空調(diào)控制溫度即可，對于80℃和60℃溫度的保持，可以使用恒溫水箱來控制溫度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析

通過以上實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，放置在80℃水中進(jìn)行浸泡、用水泥作為填充材料的瀝青混凝土在水中放置一會兒后，在瀝青混凝土薄鐵皮篩網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)了一些附著物，并在放置的水里面發(fā)現(xiàn)了一些白色的懸浮物，因此，可以知道瀝青混凝土試件里面發(fā)生了進(jìn)水。通過對實(shí)驗(yàn)得到的參數(shù)和結(jié)果進(jìn)行整理，可以得到不同填充材料的瀝青混凝土水穩(wěn)定性系數(shù),見表1。

表1 不同填充材料的瀝青混凝土水穩(wěn)定性系數(shù)

通過表1，可以發(fā)現(xiàn)：

1)填充材料使用12%水泥的瀝青混凝土試件,在80℃水中放置不同的時(shí)間段，最后得到的瀝青混凝土系數(shù)之間相差很少,而且最后結(jié)果普遍<0.9，當(dāng)瀝青混凝土試件在水中放置試件達(dá)到375h時(shí)，瀝青混凝土的水穩(wěn)定性系數(shù)最高，結(jié)果是0.97。整個(gè)的瀝青混凝土水穩(wěn)定性系數(shù)呈現(xiàn)的走向是先變高后降低，這主要是因?yàn)樵?0℃溫度條件下，瀝青混凝土里面更容易進(jìn)水，這個(gè)時(shí)候水泥會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生堿性混合物，之后瀝青和堿性混合物之間相互作用，從而增強(qiáng)了瀝青和天然礫石兩者的黏著,水泥產(chǎn)生的水化產(chǎn)物對瀝青混凝土的縫隙進(jìn)行了填補(bǔ)。

按照定量關(guān)系，不難得出，瀝青混凝土試件在80℃溫度條件下、然后在水中放置浸泡75h，其水穩(wěn)定性系數(shù)等同在20℃水中放置浸泡1a的系數(shù)結(jié)果。對于填充材料使用12%水泥、然后在80℃溫度條件下進(jìn)行放置浸泡1500h的瀝青混凝土，其水穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果等同于在20℃溫度條件下進(jìn)行放置浸泡20a的水穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果，最后系數(shù)結(jié)果是0.93，其結(jié)果符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2)填充材料使用12%石粉的瀝青混凝土試件在80℃水中的水穩(wěn)定性，隨著時(shí)間的推移，整體的系數(shù)呈現(xiàn)的走向是先變高后降低，結(jié)果也是普遍<0.9，當(dāng)瀝青混凝土?xí)r間在水中放置1500h時(shí)，瀝青混凝土的水穩(wěn)定系數(shù)最低，結(jié)果是0.68，這并不符合相關(guān)規(guī)定，這說明，在80℃的溫度條件下，瀝青混凝土里面更容易進(jìn)水，水分子和瀝青混凝土里面的極性分子進(jìn)行結(jié)合，導(dǎo)致瀝青和天然礫石之間的黏著減少。

按照定量關(guān)系，填充材料使用12%石粉、然后在80℃溫度條件下進(jìn)行放置浸泡1500h的瀝青混凝土試件，其水穩(wěn)定性系數(shù)等同于在20℃條件下放置浸泡20a的系統(tǒng)結(jié)果，最后系數(shù)結(jié)果是0.68，不符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3)填充材料使用6%水泥以及6%石粉的瀝青混凝土試件在80℃水中的水穩(wěn)定性，隨著時(shí)間的推移，整體的系數(shù)呈現(xiàn)的走向也是先變高后降低，實(shí)驗(yàn)得到的系數(shù)普遍<0.9，當(dāng)瀝青混凝土試件在水中放置的時(shí)間達(dá)到375h時(shí)，瀝青混凝土試件的水穩(wěn)定性最高，結(jié)果是1.02，由此可知，在80℃的溫度條件下，填充材料同時(shí)包含水泥和石粉導(dǎo)致水化反應(yīng)更加劇烈，生成了更多的水化產(chǎn)物對瀝青的空隙進(jìn)行填充，同時(shí)石粉也會起到填充瀝青縫隙的作用，而且瀝青和水泥兩者相互作用生成的吸附作用更使得瀝青混凝土的水穩(wěn)定性得到了很大提升。

按照定量關(guān)系，填充材料使用20%水泥、然后在80℃溫度條件下進(jìn)行放置浸泡1500h的瀝青混凝土試件，其水穩(wěn)定性系數(shù)等同于在20℃ 溫度條件下在水中放置浸泡20a的水穩(wěn)定性系數(shù)，最后結(jié)果是0.695，其結(jié)果符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[3]，見表2所示。

表2 不同水泥摻量的瀝青混凝土水穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合表1-2可以得知：當(dāng)瀝青混凝土填充材料使用6%水泥和6%石粉的時(shí)候，瀝青混凝土的抗壓力水平最高，這主要是因?yàn)槭壑械囊恍┪⑿☆w粒與水泥水化產(chǎn)物相互作用之后，對瀝青混凝土的縫隙起到了填充作用，這樣使得瀝青混凝土在嚴(yán)密性和穩(wěn)固性上都得到了提升，因此，瀝青混凝土的抗壓力水平也得到了提高。在實(shí)驗(yàn)過程中，填充材料使用12%水泥的瀝青混凝土抗壓水平要高于填充材料使用12%石粉的瀝青混凝土抗壓水平，而在空氣中填充材料使用12%水泥的瀝青混凝土抗壓水平要低于填充材料使用12%石粉的瀝青混凝土抗壓水平，這主要是因?yàn)樵诳諝鈼l件下，石粉的吸附作用要高于水泥的吸附作用。在浸泡過程中，隨著時(shí)間的推移，瀝青混凝土的抗壓水平的走向呈現(xiàn)是先升高后降低，但是總體變化程度較小，這是因?yàn)樗嘣诤笃谒^程中生成了鈣礬石，瀝青混凝土因此出現(xiàn)縫隙。

4 總 結(jié)

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用不同填充材料的瀝青混凝土水穩(wěn)定性不同。在80℃水中，填充材料使用12%水泥，及填充材料用6%的石粉和6%的水泥，這兩種情況瀝青混凝土的水穩(wěn)定性系數(shù)都>0.9，在水中放置至375h時(shí)水穩(wěn)定性系數(shù)最高，用水泥填充的瀝青混凝土試件水穩(wěn)定性系數(shù)要大于用石粉的，整體走向先升高后降低，只用石粉填充的試件水穩(wěn)定性系數(shù)一直下降。因此，用水泥填充的瀝青混凝土水穩(wěn)定性要高于用石粉的，也就是說，水泥可以提高瀝青混凝土水穩(wěn)定性。而且當(dāng)填充材料使用6%水泥和6%石粉時(shí)，瀝青水泥土的長期水穩(wěn)定性最高。

[1]田顏.水泥摻量對筑壩用瀝青混凝土長期水穩(wěn)定性影響的分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2017,23(07):74-77.

[2]席爽.水工建筑物防滲系統(tǒng)瀝青混凝土性能研究[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2014,26(04):16-19.

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