馬江飛，羅小和，楊金華

(1.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司西藏分公司，拉薩，850000；2.西藏自治區(qū)重點(diǎn)水利建設(shè)項(xiàng)目管理中心，拉薩，850000)

1 引言

瀝青混凝土心墻具有優(yōu)良的防滲性能、適應(yīng)變形能力和裂縫自愈能力，并且心墻一般為薄墻，工程量相對(duì)較小，可以在短時(shí)間(1～2個(gè)汛期)內(nèi)迅速地完成施工。這些特點(diǎn)使得瀝青混凝土心墻在高寒、強(qiáng)震地區(qū)具有明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。

事物都有一個(gè)發(fā)展的過(guò)程，在理論缺乏的年代，我們的前輩依靠一代代的摸索匯集為一項(xiàng)項(xiàng)施工經(jīng)驗(yàn)，酸性瀝青混凝土心墻在中國(guó)的發(fā)展也是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。中國(guó)于1974年修建的第一座碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩——甘肅黨河水庫(kù)，心墻瀝青混凝土骨料全部采用戈壁天然砂礫石料(酸性)；1998年修建的甘肅牙塘水庫(kù)，細(xì)骨料全部采用天然砂；2005年修建的大渡河龍頭石水電站，細(xì)骨料部分采用天然砂；2013年修建的新疆精河沙爾托海、特吾勒砂礫石壩和四川平昌雙橋水庫(kù)石渣壩骨料也全部采用天然砂礫石骨料；2014年修建的西藏雅礱水庫(kù)砂礫石壩、2015年修建的西藏結(jié)巴水庫(kù)堆石壩，其心墻瀝青混凝土也全部采用天然砂礫石骨料。

2 骨料酸堿性的判定

在瀝青混凝土的設(shè)計(jì)中，通過(guò)巖石化學(xué)成分分析并根據(jù)成分含量以堿值的大小定量的將巖石分為了酸性和堿性。從化學(xué)角度分析，在瀝青混合料熱拌合過(guò)程中，與呈酸性的瀝青結(jié)合時(shí)，堿性骨料與瀝青會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成不溶于水的化合物并產(chǎn)生化學(xué)吸附作用，而酸性骨料與酸性的瀝青并不能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，只能產(chǎn)生分子間作用力，這種物理吸附，黏結(jié)性沒(méi)有化學(xué)吸附作用力強(qiáng)，因此與瀝青的黏結(jié)力要差。所以，早期的瀝青混凝土中采用的骨料均為堿性骨料。蓄水后，由于水比瀝青更容易浸潤(rùn)集料表面，而瀝青又是憎水性物質(zhì)，當(dāng)瀝青混凝土心墻長(zhǎng)期與水接觸，表面的瀝青會(huì)被水置換掉，從骨料表面剝離，嚴(yán)重地破壞其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，產(chǎn)生水損害[2]。水工瀝青混凝土骨料的選擇遵循由近及遠(yuǎn)、先優(yōu)后劣、因地制宜、就地取材的原則，而在一些壩址區(qū)，在合理的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸距離范圍內(nèi)，不一定能找到適宜的堿性巖石料源，可能僅有呈中性或酸性的骨料，如花崗巖和石英巖。同時(shí)，隨著水資源的大量開(kāi)發(fā)，適合建壩的壩址越來(lái)越少，適合選址的地方并不一定有合適的堿性骨料。隨著實(shí)際情況的變化和進(jìn)一步的需要，以酸性巖石為骨料的瀝青混凝土心墻逐漸登上壩工界的舞臺(tái)。

巖石的酸堿性依據(jù)《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》通過(guò)堿度模數(shù)來(lái)測(cè)定，首先對(duì)骨料進(jìn)行化學(xué)成分的檢測(cè)，測(cè)定巖石中的SiO2含量，然后根據(jù)M=(CaO+MgO+FeO)/SiO2，M>1時(shí)骨料為堿性巖石，M=0.6～1時(shí)為中性巖石，M<0.6時(shí)為酸性巖石。

拉洛水利樞紐工程由于實(shí)際條件的變動(dòng)，需要將瀝青混凝土心墻骨料更改為天然砂礫石料，天然砂礫石料來(lái)源于河床附近，各種料源混雜的現(xiàn)象比較普遍，通過(guò)料源取樣試驗(yàn)表明，該工程區(qū)天然砂礫石中的M分別為0.33、0.002、0.03、0.15、0.07，無(wú)論是個(gè)別還是整體上均表現(xiàn)為明顯的酸性。

表1 拉洛水利樞紐天然砂礫石骨料化學(xué)成分分析

3 酸性砂礫石骨料施工質(zhì)量控制

3.1 骨料的粘附性改良

為改善酸性骨料本身存在的弱點(diǎn)，在酸性骨料瀝青混凝土心墻的施工中，往往會(huì)通過(guò)加入堿性物質(zhì)對(duì)骨料或者加入抗剝落劑對(duì)瀝青進(jìn)行處理來(lái)改善其黏附力。如將骨料以石灰水處理后使用；將抗剝落劑加入到瀝青中拌和均勻后使用。但是，由于對(duì)骨料的處理較復(fù)雜，還需要增加稱量系統(tǒng)，所以本文未推薦。

抗剝落劑的選用宜為非胺類化合物，因?yàn)槠淠蜔岱€(wěn)定性好。通過(guò)西安理工大學(xué)防滲研究所的研究及長(zhǎng)江委進(jìn)一步的室內(nèi)試驗(yàn)表明，在瀝青中加入抗剝落劑后能夠保證混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足工程需要，保證防滲質(zhì)量。

抗剝落劑添加不均勻可能會(huì)導(dǎo)致局部黏附性達(dá)不到要求，抗剝落劑添加方式為在熱熔狀瀝青中依照比例來(lái)添加，一般使用量占熱瀝青比例的0.2%至0.4%，抗剝落劑廠家均只提供添加值范圍。各工程需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行添加量的確定，如果添加量不足則改善作用并不能保證黏附性達(dá)到4級(jí)及以上，如若添加過(guò)多是否會(huì)產(chǎn)生副作用等則沒(méi)有研究成果。所以，進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)之前需要確定抗剝落劑的種類、含量及添加方式。由于心墻施工不似公路鋪筑普遍，目前為止心墻施工并沒(méi)有專門(mén)的抗剝落劑添加裝置。常規(guī)的添加需要對(duì)其儲(chǔ)存罐進(jìn)行改造以使黏稠的抗剝落劑能順利流出，與瀝青充分的混合均勻，并且保證不因時(shí)間和溫度而產(chǎn)生老化、變質(zhì)。在此階段，需要對(duì)抗剝落劑進(jìn)行選擇、試驗(yàn)，確定好添加量、提出添加抗剝落劑的方式以及保持添加的均勻性、維持時(shí)效等的措施，為正式施工提供充分的理論依據(jù)。拉洛水利樞紐采用的添加裝置為通過(guò)密度將質(zhì)量轉(zhuǎn)換為體積，并通過(guò)氣壓推進(jìn)來(lái)進(jìn)行精準(zhǔn)投放。

表2 不同抗剝落劑添加量黏附力情況

表3 抗剝落劑添加裝置記錄

3.2 骨料破碎率

近年來(lái)，骨料的棱角性對(duì)心墻的應(yīng)變特性影響受到研究人員的關(guān)注。他們認(rèn)為，光滑的石料表面易于浸潤(rùn)，遇水后易脫落，黏結(jié)不牢；石料表面粗糙，形成凹凸不平的表面，不僅增加了表面積，使石料增多了與瀝青接觸的機(jī)會(huì)，而且，當(dāng)瀝青嵌入凹穴中，固化后形成牢固的機(jī)械嵌鎖力，使瀝青與石料黏結(jié)牢固。根據(jù)何建新等[3]對(duì)破碎率與瀝青混凝土心墻的應(yīng)變分析，全破碎砂礫石料與原狀砂礫石料相比，內(nèi)摩擦角和黏聚力提升很大，對(duì)于結(jié)構(gòu)的安全性有很大的提高。所以原材料選擇時(shí)需要將小粒徑(≤20mm)骨料篩除，以確保破碎篩分階段能夠?qū)⒐橇铣浞制扑?，保證材料里石料之間的契合性。

同時(shí)，由于石料表面裹覆泥土，將阻隔瀝青與石料的接觸，因此，料場(chǎng)骨料選料時(shí)需要盡量減少其含泥量，最好能通過(guò)水洗的方式進(jìn)行骨料篩選。

3.3 溫度控制

瀝青混凝土心墻的施工對(duì)層間溫度要求為70℃～90℃之間，雖然劉儒博等研究過(guò)依靠混合料的溫度進(jìn)行無(wú)層間加熱連續(xù)施工，但是，目前此種經(jīng)驗(yàn)并未進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用及推廣。施工時(shí)依舊需要采用加熱設(shè)備進(jìn)行加熱，而加熱時(shí)其控制程度不好很有可能會(huì)導(dǎo)致瀝青的老化或抗剝落劑的變質(zhì)，對(duì)瀝青混凝土的耐久性相當(dāng)不利，結(jié)果適得其反。所以在施工中需要盡可能地進(jìn)行連續(xù)鋪筑，保證層面溫度，盡量避免使用明火進(jìn)行烘烤(可以選擇用遠(yuǎn)紅外加熱器)，以減少瀝青因加熱而老化的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)姜德全等[4]的研究“大壩心墻的應(yīng)力拱效應(yīng)在大壩兩端壩肩、3/4壩高及心墻底部較顯著”。拌和樓開(kāi)始幾方的混合料溫度不穩(wěn)定且偏低，所以，為增加心墻防滲體的安全系數(shù)，開(kāi)始幾方溫度不穩(wěn)定的混合料盡量不要用于岸坡結(jié)合處。

3.4 拌合及檢測(cè)

施工過(guò)程中，篩分場(chǎng)的篩孔尺寸應(yīng)與配合比所需骨料尺寸對(duì)應(yīng)，以保證生產(chǎn)時(shí)的級(jí)配適應(yīng)高峰作業(yè)時(shí)的速度要求，盡可能地提高混合料的生產(chǎn)速度?；旌狭习韬蜁r(shí)，拌和樓的設(shè)備檢定、率定必須及時(shí)，盡可能地減少拌和過(guò)程中混合料品質(zhì)不一導(dǎo)致的時(shí)間、材料等的浪費(fèi)，在有限的時(shí)間里盡可能地提高施工進(jìn)度。

瀝青混凝土試驗(yàn)室要及時(shí)對(duì)生產(chǎn)的常規(guī)砂礫石骨料進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工配合比，以確?；旌狭系馁|(zhì)量。待施工結(jié)束后要及時(shí)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)質(zhì)疑點(diǎn)時(shí)及時(shí)取芯檢測(cè)以控制瀝青混凝土心墻質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)雅礱水庫(kù)、結(jié)巴水庫(kù)以及拉洛水利樞紐現(xiàn)有施工資料以及現(xiàn)場(chǎng)取芯，試驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果表明，通過(guò)合理均勻地添加抗剝落劑，控制篩分場(chǎng)骨料破碎率等控制措施，部分地區(qū)酸性砂礫石骨料制備瀝青混凝土的密度、孔隙率以及力學(xué)性能等均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，瀝青混凝土心墻的施工質(zhì)量能夠得以保證。