蒙勝弟,史鵬展

中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

江蘇句容抽水蓄能電站裝機(jī)容量1 350 MW,主要承擔(dān)江蘇電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及緊急事故備用等任務(wù)。電站額定水頭175 m,設(shè)計(jì)年發(fā)電量18.09億kW·h。樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、尾部式地下廠房、地面開關(guān)站及下水庫等組成。上水庫正常蓄水位267 m,相應(yīng)庫容1 702.7萬m3;主、副壩均為瀝青混凝土面板堆石壩,上、下水庫大壩及庫岸瀝青混凝土面板坡比均為1：1.7,由表面封閉層厚2 mm、面層防滲層厚10 cm、底層整平膠結(jié)層厚10 cm(8 cm)組成。

1 研究目的

句容抽水蓄能電站防滲層采用的瀝青為SG90號(hào)水工瀝青,在瀝青的生產(chǎn)為同一廠家以及每批進(jìn)場瀝青的物理指標(biāo)也能滿足設(shè)計(jì)要求的情況下,原油的油源不同、開采方式不同、地理層次不同、冶煉的方法不同等,均能對(duì)瀝青產(chǎn)品化學(xué)四組分的含量及比例造成影響。而瀝青化學(xué)四組分的差異在瀝青的物理指標(biāo)試驗(yàn)中不能充分反應(yīng),但對(duì)瀝青混凝土施工配合比的適應(yīng)性較為敏感,這對(duì)句容項(xiàng)目防滲層面板的斜坡流淌穩(wěn)定性影響極大[1]。

瀝青混凝土施工前,葛洲壩試驗(yàn)室要求瀝青生產(chǎn)廠家提供穩(wěn)定合格的瀝青,以進(jìn)行施工前的配合比驗(yàn)證等工作。在驗(yàn)證工作中發(fā)現(xiàn),供應(yīng)廠家提供的多次瀝青樣品中,工地試驗(yàn)室檢測的3大指標(biāo)均合格,但拌制后的瀝青混合料斜坡流淌出現(xiàn)了極大的波動(dòng),加大了施工的質(zhì)量控制難度。

針對(duì)瀝青原材料的品質(zhì)波動(dòng)及夏季的持續(xù)高溫現(xiàn)象,本文的研究主要針對(duì)如何通過調(diào)整配合比來改善防滲層瀝青混合料的斜坡流淌,同時(shí),要確保其他各項(xiàng)指標(biāo)也能滿足設(shè)計(jì)要求。

2 配合比調(diào)整的難點(diǎn)

目前國內(nèi)瀝青混凝土大壩,如山東沂蒙抽水蓄能電站的瀝青混凝土面板全庫防滲采用改性瀝青;西龍池上水庫斜坡防滲層采用改性瀝青加纖維素,這些水庫主要集中在北方寒冷地區(qū),對(duì)于瀝青混凝土的要求主要是抗低溫性能。而南方地區(qū)面臨的主要問題是抗高溫性能,江蘇句容抽水蓄能電站處于南方炎熱地帶,而針對(duì)高溫性能的研究較少。

本文經(jīng)過深入分析和研判后,確定了施工配合比中的主要難題:句容抽水蓄能電站采用的SG90號(hào)水工瀝青,對(duì)于高溫季節(jié)的高溫穩(wěn)定性具有較大的挑戰(zhàn);瀝青配合比中的斜坡流淌和其他多項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)系呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[2],在滿足斜坡流淌穩(wěn)定的要求下,力學(xué)性能會(huì)受到較大影響,因此需要找出各項(xiàng)指標(biāo)的平衡點(diǎn),這具有較大難度。

3 配合比調(diào)整試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作

3.1 試驗(yàn)材料的制備

瀝青采用2022年8月8日進(jìn)場的盤錦中油遼河瀝青有限公司的SG90號(hào)水工瀝青。為保持瀝青原材的穩(wěn)定性,防止老化,在同一批瀝青原材中取樣20 kg,再攪拌均勻后,分裝入20個(gè)密封容器中,供后續(xù)試驗(yàn)使用。

骨料采用葛洲壩砂石料加工系統(tǒng)破碎制成的石灰?guī)r粗細(xì)骨料,粗骨料規(guī)格分別是2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～16 mm;細(xì)骨料采用人工砂及天然砂7：3摻配,規(guī)格為0.075～2.36 mm。為保證試驗(yàn)的穩(wěn)定性,將細(xì)骨料分級(jí)篩分為0.075～0.15 mm、0.15～0.3 mm、0.3～0.6 mm、0.6～1.18 mm、1.18～2.36 mm 6檔。

礦粉填料采用鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)高資唐駕莊機(jī)鋏砂廠生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉,規(guī)格為0～0.075 mm。

經(jīng)檢驗(yàn),原材料均滿足《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5411—2009)[1]的要求。

3.2 配合比調(diào)整的預(yù)定方案

瀝青混凝土配合比中的主要參數(shù)有級(jí)配指數(shù)、填料含量、油石比,故配合比調(diào)整方案主要針對(duì)此3種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

第1步:配比方案初步定下級(jí)配指數(shù)0.3、填料含量10%、油石比7.6%作為后續(xù)試驗(yàn)的基準(zhǔn)。

第2步:采用單一變量原則,級(jí)配指數(shù)初步選取0.2、0.3、0.4,檢測密度、孔隙率、滲透系數(shù)、斜坡流淌,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取最優(yōu)級(jí)配指數(shù)。

第3步:采用單一變量原則,填料含量初選8%、10%、12%,檢測密度、孔隙率、滲透系數(shù)、斜坡流淌及力學(xué)性能指標(biāo),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取最優(yōu)填料含量。

第4步:油石比已按規(guī)范中的較低值7.6%控制,考慮瀝青含量越高其力學(xué)性能指標(biāo)越大,且油石比越大則配合比的經(jīng)濟(jì)成本越高,故本次調(diào)整方案中若7.6%油石比能夠滿足要求,則不對(duì)油石比進(jìn)行調(diào)整,若不滿足,則采用7.6%、7.9%、8.2%進(jìn)行檢測。

4 配合比調(diào)整試驗(yàn)過程檢測

4.1 級(jí)配指數(shù)優(yōu)選試驗(yàn)

4.1.1 級(jí)配指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

根據(jù)初定配比中的數(shù)據(jù):填料含量10%,按丁樸榮公式[2]計(jì)算0.2、0.3、0.4級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)值,見表1。

表1 級(jí)配指數(shù)

4.1.2 不同級(jí)配指數(shù)試驗(yàn)檢測結(jié)果

不同級(jí)配指數(shù)對(duì)斜坡流淌及其他各項(xiàng)指標(biāo)[3]的影響見表2、圖1、圖2。

圖1 級(jí)配指數(shù)與孔隙率的關(guān)系

圖2 級(jí)配指數(shù)與斜坡流淌距離的關(guān)系

表2 級(jí)配指數(shù)與瀝青混凝土防滲層各檢測指標(biāo)關(guān)系

4.1.3 級(jí)配指數(shù)試驗(yàn)成果分析優(yōu)選

根據(jù)0.2、0.3、0.4三個(gè)級(jí)配指數(shù)的試件結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),根據(jù)單一變量原則,油石比在7.6±0.3范圍內(nèi)、填料含量在(10±1)%范圍內(nèi),符合技術(shù)要求[1]。3種級(jí)配指數(shù)的孔隙率分別為0.5%、0.7%、0.6%,均合格。斜坡流淌的檢測結(jié)果隨著級(jí)配指數(shù)的增大逐漸減小。因配合比中油石比未發(fā)生變化,為防止級(jí)配指數(shù)過大造成配合比中對(duì)應(yīng)的游離瀝青增加,結(jié)合后期需做力學(xué)性能指標(biāo)要求,優(yōu)選0.3級(jí)配指數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)值。

4.2 填料含量優(yōu)選試驗(yàn)

4.2.1 不同填料含量時(shí)的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

根據(jù)優(yōu)選配比中的數(shù)據(jù):級(jí)配指數(shù)0.3,按丁樸榮公式[2]計(jì)算8%、10%、12%填料含量時(shí)的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)值(見表3)。

表3 8%、10%、12%時(shí)的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)值

4.2.2 不同填料含量試驗(yàn)檢測結(jié)果

不同填料含量對(duì)斜坡流淌及其他各項(xiàng)指標(biāo)[3]的影響見表4、圖3～7。

圖3 填料含量與斜坡流淌距離的關(guān)系

圖4 填料含量與水穩(wěn)定系數(shù)的關(guān)系

圖5 填料含量與凍斷溫度的關(guān)系

圖6 填料含量與拉伸應(yīng)變的關(guān)系

圖7 填料含量與彎曲應(yīng)變的關(guān)系

表4 8%、10%、12%各項(xiàng)檢測指標(biāo)匯總

4.2.3 填料含量試驗(yàn)成果分析優(yōu)選

按0.3級(jí)配指數(shù),根據(jù)8%、10%、12%三個(gè)填料含量的試件結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),根據(jù)單一變量原則,油石比在7.6±0.3范圍內(nèi),符合規(guī)范要求。3種填料含量的孔隙率分別為0.4%、0.4%、0.5%,均合格。斜坡流淌的檢測結(jié)果隨著填料含量的增加,逐漸增加,均未大于0.8 mm。

其中8%的含量過少,填料和瀝青的比值只有1.05,對(duì)力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性能指標(biāo)不利[5];8%、10%、12%的水穩(wěn)定性能分別為0.92、0.94、0.97,均合格,并且逐步升高;8%、10%、12%的凍斷溫度分別為-25 ℃、-29 ℃、-30.5 ℃,均合格;8%、10%、12%的彎曲應(yīng)變分別為1.98、3.52、4.16,接近合格限值,同時(shí)彎曲應(yīng)變隨填料含量的加大逐步升高;8%、10%、12%的拉伸應(yīng)變分別為1.08、1.44、1.61,均合格,并且逐步升高,但8%富裕度小。

考慮8%的填料含量過小,對(duì)拉伸和彎曲應(yīng)變的富裕度較小,所以采用10%的填料含量控制。貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院在下水庫瀝青混凝土防滲層面板內(nèi)部7 cm處也布置振弦式應(yīng)變計(jì)和溫度計(jì)的監(jiān)測設(shè)備(防滲層厚10 cm),發(fā)現(xiàn)在2022年6—8月的過程中,內(nèi)部整體溫度未超過50 ℃,內(nèi)部位移推算的平均值為0.09 mm、最大值0.3 mm,現(xiàn)場的實(shí)際溫度和位移量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范中室內(nèi)斜坡流淌試驗(yàn)的要求(70 ℃、小于等于0.8 mm),故優(yōu)選10%填料含量作為句容瀝青面板混凝土施工配合比控制值。

4.3 油石比確定

本次調(diào)整方案中7.6%油石比均能夠滿足要求,則不對(duì)油石比進(jìn)行調(diào)整。

5 現(xiàn)場驗(yàn)證

對(duì)江蘇句容抽水蓄能電站工程正在施工的下水庫面板施工進(jìn)行階段性統(tǒng)計(jì),現(xiàn)場采用鉆芯法取樣,共計(jì)檢測75組,其中,孔隙率最大值2.37%、最小值1.68%,平均值2.34%,滿足設(shè)計(jì)要求;其他各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)第三方檢測單位驗(yàn)證,亦能滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語

針對(duì)南方炎熱地區(qū),防滲層采用普通SG90水工瀝青的瀝青混凝土面板,拌和樓可通過調(diào)整填料含量來有效改善瀝青混凝土斜坡穩(wěn)定性難題,建議填料含量控制在10%～12%。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測,在持續(xù)高溫的情況下,瀝青混合料表面、內(nèi)部溫度及斜坡流淌均遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求,經(jīng)試驗(yàn)論證后,此配合比調(diào)整方式適用于瀝青混凝土面板質(zhì)量控制。本次試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求,并經(jīng)后續(xù)施工監(jiān)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證。同時(shí)提出了通過降低填料含量的方式控制斜坡流淌,為后續(xù)其他工程的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。