（水利工程专业论文）尼尔基水利工程沥青混凝土低温施工技术研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 本文以尼尔基水利枢纽工程沥青混凝土防渗心墙施工为研究背景，主要目的为通过 试验和理论分析提出适合尼尔基砂砾石坝沥青混凝土防渗心墙的施工控制指标，在保证 工程施工质量的前提下延长施工作业时间，解决尼尔基水利枢纽工程低温旅工和工期有 限的难题。另外，尼尔基水利枢纽工程沥青混凝土防渗心墙是国内同类工程中最长的防 渗心墙，碾压式沥青混凝土防渗心墙和浇筑式沥青混凝土防渗心墙的连接方式的可靠性 直接关系到沥青混凝土防渗心墙的防渗效果和大坝的运行安全，因此，确定浇筑式和碾 压式沥青混凝土防渗心墙连接方式和连接尺寸及连接工艺就显得尤为重要。 本文结合尼尔基水利枢纽工程所处环境气候特点，研究出了适合尼尔基工程特点的 沥青混凝土低温施工技术、合理的浇筑式沥青混凝土防渗心墙结构型式以及浇筑式与碾 压式沥青混凝土的连接技术振捣式沥青混凝土技术，同时提出了尼尔基水利枢纽工 程沥青混凝土防渗心墙的施工控制指标，并在试验( 室内试验和现场试验) 基础上进行 了低温( o 5 ) 条件下碾压式沥青混凝土防渗心墙施工技术研究，为确保尼尔基水利 枢纽工程沥青混凝土的施工质量创造了条件。 本文所作的一系列工作，即尼尔基水利工程沥青混凝土低温施工试验研究和实际沥 青混凝土低温施工情况分析，在沥青混凝土低温施工技术方面取得了巨大突破。为实际 工程的顺利进行提供了保障，为其它同类施工问题提供了难得的借鉴与参考。 关键词：尼尔基水利工程；沥青混凝土；防渗心墙；低温施工技术；连接技术 李伟：尼尔基永利工程沥青混凝土低温旅工技术研究 r e s e a r c ho f a s p h a l t i cc o n c r e t ec o n s t r u c t i o nt e c h o n o l o g y u n d e rl o w t e m p e r a t u r e i nn i e r j ih y d r a u l i ce n g i n e e r i n g a b s t r a c t u n d e rt h eb a c k g r o u n do ft h ec o n s t r u c t i o no fa s p h a l tc o n c r e t ei m p e r m e a b l ec o r ew a l li n t h en i e r j ih y d r a u l i cp r o j e c t , t h ep u r p o s eo ft h i sd i s s e r t a t i o ni st o p r o v i d ea p p r o p r i a t e c o n s t r u c t i o nc o n t r o lt a r g e tf o rt h ea s p h a l tc o n c r e t ei m p e r m e a b l ec o r ew a l lb ye x p e r i m e n ta n d t h e o r ya n a l y s i s ，p r o l o n gc o n s t r u c t i o np e r i o do nt h ep r e m i s eo fe n s u r i n gt h ec o n s t r u c t i o n q u a l i t y ，a n dt os o l v et h ed i f f i c u l tp r o b l e mo fc o n s t r u c t i o nu n d e rl o wt e m p e r a t u r ea n dl i m i t e d c o n s t r u c t i o np e r i o d o nt h eo t h e rh a n d ，i ti st h el o n g e s ti m p e r m e a b l ec o r ew a l li nt h es i m i l a r p r o j e c t s i nc h i n a , a n dt h e r e l i a b i l i t y o ft h ej u n c t i o nb e t w e e nr o i l e da n dm a s t i ca s p h a l t c o n c r e t ec o r ew a l li sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h ei m p e r m e a b l ee f f e c ta n dt h eo p e r a t i n gs e c u r i t yo f t h ed a m s oi ti so fg r e a ti m p o r t a n c et od e t e r m i n et h em e t h o d ，s i z ea n dt e c h n o l o g yo ft h e j u n c t i o n a c c o r d i n gt ot h ee n v i r o n m e n tc l i m a t ec h a r a c t e r i s t i co ft h en i e r j ih y d r a u l i ce n g i n e e r i n g p r o j e c t ，t h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya p p r o p r i a t ef o ra s p h a l tc o n c r e t eu n d e rl o wt e m p e r a t u r e ， t h e p r o p e r s t r u c t u r e t y p e o fm a s t i c a s p h a l t c o n c r e t e i m p e r m e a b l e c o r ew a l l ，a n dt h e t e c h n o l o g yt os e t t l i n gt h ej u n c t i o nb e t w e e nr o i l e da n dm a s t i ca s p h a l tc o n c r e t ew e r ed e v e l o p e d a tt h es a m et i m e ，c o n s t r u c t i o nc o n t r o lt a r g e tf o rt h ea s p h a l tc o n c r e t ei m p e r m e a b l ec o r ew a l l w a ss u g g e s t e da n do nt h eb a s i so fl a b o r a t o r ya n df i e l de x p e r i m e n t s ，t h er e s e a r c hw a sc a r r i e d o u tf o rt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo fr o l l e da s p h a l tc o n c r e t ei m p e r m e a b l ec o r ew a l lu n d e r l o wt e m p e r a t u r e ( 0 - - 5 c ) ，a n dt h a tc o u l di m p r o v et h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yo fn i e r j ih y d r a u l i c e n g i n e e r i n gp r o j e c t i ti sag r e a tb r e a k t h r o u 【g hi nt h ef a c e to ft h ea s p h a l tc o n c r e t ec o n s t r u c t i o nu n d e rl o w t e m p e r a t u r eb yt h ec o n c l u s i o no ft h i sd i s s e r t a t i o n ，w h i c hi sa b o u tt h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c h a n dt h e a n a l y s i s o f p r a c t i c a l c o n s t r u c t i o ne x p e r i e n c ea n di tc a np r o v i d er e f e r e n c ea n d a s s u r a n c ef o ro t h e rs i m i l a rp r o j e c t s k e yw o r d s ：n i e r j ih y d r a u l i cp r o j e e t ；a s p h a l tc o n c r e t e ；i m p e r m e a b l e c o r ew a l l ； t e c h n o l o g yo f c o n s t r u c t i o nu n d e rl o wt e m p e r a t u r e ；t e c h n o l o g yo f j u n c t i o n i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：丛 舛 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名 导师签名： 盟 缝 4 丝月堑日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 论文研究背景 近年来，沥青混凝土防渗结构在我国坝工建设中的应用又有新的进展。目前我国已 建成沥青混凝土心墙土石坝1 2 座，沥青混凝土面板土石坝( 含蓄水库) 2 8 座，在建的 沥青混凝土防渗护面堆石坝( 蓄水库) 有3 座，沥青混凝土心墙坝有3 座，还有相当数 量的拟建工程也将采用沥青混凝土防渗结构。 沥青混凝土应用于水工结构物防渗体，是因其具有极佳的防渗性能和柔性等特征， 适应变形的能力很强。对于需要承受不均匀变形的水工防渗结构来说，这些优点是其它 防渗材料难以替代的。 但是，因为沥青材料是一种温度敏感性很强的原材料，它在高温呈液态，在常温和 低温状态下却呈固态。因此，以沥青作为重要组成部分的沥青混凝土也有温度的敏感性。 就现在沥青混凝土的整体水平而言，其低温下抗裂性能并不突出。对于水工沥青混凝土 结构，无论其在施工期或者运行期，因其低温抗裂能力不足，导致的结构整体不安全性 问题非常突出。在低温环境下沥青混凝土结构的施工，其低温缩裂现象无论在国外还是 在国内特别是在北方地区是十分普遍和严重的。因此，在沥青混凝土工程设计与施工中， 必须考虑低温施工对沥青混凝土工程的影响。 另外，在以往设计施工的浇筑式沥青混凝土防渗心墙的结构型式是采用沥青砂浆砌 混凝土预制块作为沥青混凝土防渗心墙的副墙，中间浇筑自流平自密实沥青混凝土 浇筑式沥青混凝土。由于混凝土预制块墙具有一定的刚性，与柔性沥青混凝土防渗心墙 的变形能力差异较大，当坝体蓄水受力( 或坝体产生较大变形) 后，柔性的浇筑式沥青 混凝土防渗心墙将受到来自预制块的挤压剪切应力作用或变形较大时沥青混凝土防渗 心墙会被拉裂的副墙预制块被动拉裂，在一定程度上影响到防渗心墙的整体稳定性和防 渗效果。 为了消除这些不利因素的影响，结合工程的防渗经验，本文将对沥青混凝土防渗墙 的结构型式进行研究，解决浇筑式沥青混凝土防渗心墙工程的潜在问题，改善浇筑式沥 青混凝土运行工况，完善浇筑式沥青混凝土防渗心墙的施工工艺和施工技术，延长浇筑 式沥青混凝土防渗心墙坝的使用寿命。 1 2 国内外研究现状 沥青混凝土防渗技术在水利水电工程中的研究与应用始于2 0 世纪2 0 年代，经美国、 德国、法国、西班牙、挪威、俄罗斯、日本等国的大面积推广，已形成了成套的碾压施 李伟：尼尔基水利工程沥青混凝土低温施工技术研究 工技术；7 0 年代以后，我国也开始在水利水电工程中研究应用沥青混凝土防渗技术，先 后建成了陕西正岔、北京半成予水库等沥青混凝土护面工程和甘肃党河水库沥青混凝土 防渗心墙砂砾石坝、吉林白河沥青混凝土防渗一t l , 墙坝、辽宁碧流河水库和湖北车坝水库 等沥青混凝土防渗工程，积累了大量的宝贵经验，尤其是浙江天荒坪抽水蓄能电站上库 沥青混凝土面板防渗工程和三峡茅坪溪沥青混凝土防渗一t l , 墙坝工程引进了国外水工沥 青混凝土施工设各，工程施工工艺水平和机械化施工程度均达到了国际先进水平，培养 了大批沥青混凝土旅工专业技术人才。 按水工沥青混凝土的旄工方法，可对防渗心墙进行如下分类： ( 1 ) 碾压式沥青混凝土防渗墙 根据施工中铺筑方式，压实设备不同，又可分为：碾压挤入式、振动碾压式。 ( 2 ) 浇筑式沥青混凝土防渗墙 这种施工方式混凝土又可分为：立模浇筑式、导管浇筑式。 ( 3 ) 装配式沥青混凝土防渗墙 ( 4 ) 其它型式 还有预制拼装式沥青混凝土防渗墙、填石沥青混凝土防渗墙，等。 1 3 论文工程背景 尼尔基水利枢纽工程位于内蒙古自治区莫力达瓦达斡尔自治旗与黑龙江省讷河市 交界的嫩江上，距莫旗尼尔基镇2 k m ，齐齐哈尔市1 3 0 k m 。电站装机容量2 5 0 m w ，水 库总库容为8 3 7 4 x 1 0 8 m 3 ，坝址下游控制流域面积6 5 1 万平方公里，具有防洪、工农 业供水、发电、航运和水环境保护等综合效益，是嫩江流域乃至松辽流域水资源综合开 发利用、防止水灾旱灾、促进地区经济发展的核心工程。主要建筑物为沥青混凝土防渗 心墙堆石坝( 主坝) ，粘土心墙堆石坝( 副坝) ，泄洪建筑物，河床式水电站厂房，灌 溉引水建筑物等。沥青混凝土防渗心墙分碾压式沥青混凝土防渗心墙和浇筑式沥青混凝 土防渗心墙( 导流明渠段) 两种形式，全长1 6 5 8 3 1 m ，坝顶高程2 2 1 o o m ，最大坝高 4 1 5 m ，坝顶宽8 m 。按照施工计划进度安排，在冬季寒冷气候条件下( 1 3 月和1 1 1 2 月) 进行浇筑式沥青混凝土防渗心墙的施工，4 1 0 月份进行碾压式沥青混凝土防渗 心墙的施工。 由于7 月上旬9 月上旬大气降雨较多，是东北地区的主汛期，碾压式沥青混凝土 防渗一t l , 墙有效施工天数较少，因此，4 月6 月和9 月1 0 月是碾压式沥青混凝土防渗 一t l , 墙施工的黄金季节。根据多年的气温统计资料分析，4 月份的多年平均气温为4 4 c ， 1 0 月份的多年平均气温为2 8 ，低于规范要求的正常施工日气温标准( 碾压式土石 大连理工大学专业学位硕士学位论文 坝施工规范( s d j 2 1 3 8 3 ) 规定正常施工日平均温度不得低于5 。c ) ，因而4 月份和 1 0 月份的气温条件不能满足规范规定的施工要求。如果4 月份和1 0 月份不进行碾压式 沥青混凝土防渗心墙的旖工，碾压式沥青混凝土防渗心墙的有效施工天数就将减少，整 个工程建设工期就将严重滞后，直接影响到工程建设效益的发挥。因此，增加碾压式沥 青混凝土防渗墙的有效施工天数是当务之急。由于4 月份和1 0 月份工程所处地区的白 天气温大于5 1 2 的天数较多，只是个别白天和夜晚气温在5 。c 以下甚至是负温才造成昼 夜温差变化较大、日平均温度较低的结果，因而在气温较低的夜里采取适当的保温措施， 降低沥青混凝土碾压施工后的降温速度，预计可以保证沥青混凝土的碾压旌工质量。 1 4 论文主要研究内容 ( 1 ) 首先介绍了尼尔基水利枢纽工程的基本概况，水工沥青混凝土在国内外的发展 和研究现状。针对尼尔基大坝沥青混凝土心墙进行低温研究的条件和背景及其存在的问 题，明确了主要工作是解决沥青混凝土低温施工和工期有限的问题。 ( 2 ) 详述了沥青混凝土低温试验所必须的试验仪器及试验依据，沥青混凝土和原材 料的技术要求。碾压沥青混凝土低温施工性能试验、振捣式沥青混凝土试验、浇筑式沥 青混凝土防渗心墙的结构形式及其施工工艺等三项内容是试验要解决的主要问题。 ( 3 ) 对沥青、填料、骨料等原材料性能提出检验，进而设计沥青混凝土混凝土配合 比，包括碾压式沥青混凝土、浇筑式沥青混凝土、振捣式沥青混凝土室内配合比。并进 行了沥青混凝土的密实性、马歇尔力学稳定性、耐水性、弯曲变形性能、抗渗性分析， 推荐出合理配合比，同时完成了沥青混凝土的三轴试验。 ( 4 ) 结合沥青混凝土低温温施工试验，对矿料进行了复核试验，对碾压式和振捣式 沥青混凝土低温施工试验的现场条件、试验用施工配合比、试验用碾压参数、混合料温 度、保温措施进行叙述，最后得出其试验结果。同时对浇筑式沥青混凝土新型防渗心墙 的结构及施工工艺进行了试验，总结出其模板结构、布基材料及铺筑方法等试验结果。 f 5 1 对沥青混凝土温实际低温过程中，设备人员情况，旌工程序和方法，具体的心 墙技术措施，过程的质量控制和质量检测进行了详细分析，并对沥青混凝土心墙质量检 测结果进行评价。 李伟：尼尔基水利工程沥青混凝土低温施工技术研究 2 试验技术要求及研究内容 2 1 试验仪器及试验依据 针对各项试验内容，试验使用的主要仪器设备如下：y 1 2 0 0 0 k n 压力试验机、w l z 型2 0 l 型沥青混和料卧式全自动拌合机、j m j i i 型自动马歇尔试件击实仪、z b s m c 型微电脑马歇尔稳定度仪、i _ q y 一2 0 0 型数控恒温沥青延度仪、h w l a 型电热恒温水箱、 d z r i i 型数控沥青自动针入度仪、沥青软化点测定仪、渣油沥青混凝士拉压试验机( 自 制) 、沥青混凝土小梁弯曲仪( 自制) 、容积为1 5 0 0 6 0 7 5 c m 3 冰柜、3 1 0 0 型电子天 平、5 k g ( 精度1 0 0 r a g ) 吊盘天平、2 0 0 9 ( 精度1 0 m g ) 天平、d f h 7 4 型电热鼓风恒温 干燥箱、2 6 1 型电热恒温干燥箱、8 2 型沥青薄膜烘箱、l s 一1 型沥青脆点仪、沥青比重瓶、 低温恒温水浴、i d 8 0 型自动化沥青混凝土拌合楼、b o m a g l 2 0 a 型振动碾、7 0 型振动 碾、w a l oc f l 7 1 8 型沥青混凝土摊铺机、喷枪、喷灯、铲车、沥青混凝土保温运输罐 等设备。 沥青混凝土施工参考土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范( s d 2 2 0 8 7 试 行) 实施；配合比设计参考土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则( s l j 0 1 8 8 ) ， 沥青三大指标按国家现行最新标准( g b ，r 4 5 0 7 1 9 9 9 、g b t 4 5 0 8 1 9 9 9 、g b t 4 5 0 9 1 9 9 8 ) 进行测试；矿料、沥青混凝土质量检测按水工沥青混凝土实验方法( s l p 0 0 9 8 9 ) 进行。 2 2 技术要求 2 2 1 沥青混凝土技术要求 结合尼尔基水利枢纽工程的工程条件，依据土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准 则( s l j 0 1 8 8 ) ，并参照t g p s 2 6 2 0 0 0 中国长江三峡茅坪溪土石坝沥青混凝土防渗 心墙单元工程质量检测及评定标准( 试行) ，设计提出的心墙沥青混凝土的各项技术 指标如表2 1 和表2 2 所示。 表2 1 碾压式沥青混凝土技术要求 马歇尔试验小梁弯曲试验 兰坚竺! ! ! ：鲨笙三薹：茎鲨兰耋! 兰 萎菜妻室曩辈考 o s ss 。，。 ，s一一 二三! ：竺! 大连理工大学专业学位硕士学位论文 塑竺茎! ! 遂三鲎鲨! 鎏二竺主笪 霎茎塞喜萋验 2 0 0 1 7 2 8 13 0 51 0 0 82 19 9 7 6 7 74 8 0 1 5 01 60 0 5一一 表3 1 试验结果表明，欢喜岭9 0 # 重交通道路沥青的各项性能指标均能满足设计要 求，可以作为本次试验碾压式和振捣式沥青混凝土胶凝材料；锦州1 0 # 建筑沥青的软化 点较高，延度较小，适当变形能力较差，不利于沥青混凝土的拌和及浇筑施工，因而不 宜单独作为沥青混凝土的胶凝材料使用，而盘县龙马减压渣油的软化点较低，也不宣单 独作为沥青混凝土的胶凝材料使用。为了改善沥青混凝土的拌和性能及变形性能，必须 将沥青与渣油按一定比例进行掺配，使之能满足沥青混凝土工作性的要求a 3 1 2 填料 填料是指在沥青混凝土中掺加的粒径小于0 0 7 4 m m 的矿质材料，比表面积较大， 它与沥青混合后可以有效地改善沥青胶凝材料( 即沥青一填料相) 的稠度，使沥青混凝 土混合料具有较好的施工和易性，其填充作用可以有效地提高沥青混凝土的密实性，改 善沥青混凝土的力学性能和变形性能，进而提高沥青混凝土的耐久性能。在沥青混凝土 中，如果填料在沥青中的分散性差，将会降低沥青混凝土的力学性能和变形性能以及耐 李伟：尼尔基水利工程沥青混凝土低温旋工技术研究 久性能。此外，填料的亲水系数是影响沥青混凝土耐水性的重要因素。因为亲水系数的 大小反映了填料与水的亲和能力，而填料的表面积又占沥青混凝土矿料总表面积的 9 0 9 5 ，其表面吸附了大量的沥青材料，在沥青混凝土混合料中起润滑和填充作用， 对沥青混凝士耐水性的影响要比粗、细骨料大得多，因而填料与沥青粘附性能的好坏将 直接影响到沥青混凝土的各项性能指标。 试验采用的沥青混凝土填料为哈尔滨阿城石灰石厂提供的碱性石灰石矿粉，其性能 检测结果见表3 2 。 表3 2 矿粉性能检验结果 3 1 3 骨料 f 1 ) 骨料性能试验 根据土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则( s i j o l 。8 8 ) 的规定，沥青混凝土 骨料必须满足如下要求：质地新鲜坚硬、不因加热而引起性质变化，洁净、不含有机质 和其它杂质，与沥青粘附性强，耐久性好，级配良好。 对本次试验采用库区长发屯群料、阿荣旗勰料( 石灰石碱性岩石) 经加工而成， 由于库区长发屯b 婿料质地新鲜坚硬，采用锷式破碎机破碎时针片状含量达1 4 ，7 ，超 过1 0 的规范限值要求，为此进行了二次破碎加工，试验用骨料的性能检验结果如表 3 - 3 所示。 表3 3 骨料性能各检测项目检验结果 从表3 3 可以看出，库区长发屯b 撑矿料、阿荣旗2 群矿料的各项技术指标均满足土 石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则( s l l 0 1 8 8 ) 要求，可以作为碾压式、浇筑式和 振捣式沥青混凝土骨料使用。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 2 ) 骨料级配试验 在沥青混凝土室内配合比设计试验中，由于粗骨料经人工筛分获得，故不存在超逊 径问题，所以仅对细骨料( 人工砂) 进行颗粒级配试验，试验结果见表3 4 。 表3 4 室内配合比试验细骨料筛分试验结果 3 2 沥青混凝土配合比设计及分析 沥青混凝土是以沥青为胶凝材料，将适当比例的砂石骨料和填料经拌和、密实成型、 凝固而成的具有随温度变化而改变其物理力学性能和耐久性能的人工合成材料，热沥青 混凝土是指将熔化的沥青与适当温度的砂石及矿粉在1 6 0 c 1 8 0 c 温度条件下拌和、成 型密实，在常温下凝固而成的具有一定物理力学性能和耐久性能的热溶型沥青混合物。 其物理力学性能和耐久性能随配合比和环境运行温度的改变而变化。因此，在一定使用 温度条件下，选择合理的骨料级配及合适的沥青含量是生产优质沥青混凝土的必要条 件，同时也是保证工程质量的重要前提。 水工沥青混凝土的配合比设计分为两种设计理论：一种是传统的水工沥青混凝土配 合比设计理论，另一种是胶浆理论。传统的水工沥青混凝土配合比设计理论采用矿料级 配和沥青用量作为配合比设计的两个主要参数，其中矿料级配用三个参数( d 。d i 、 p i ) 来表征，骨料每一粒径d i 的通过率p i 均有一特定范围，各粒级矿料的通过率计算公 式如下： 只= 。一i i ；i i i ：游o 。一p o 0 7 4 ) 3 1 式中：p i 一粒径为d i 的总通过率； d 。x _ 一骨料最大粒径； p o 0 7 4 _ 0 0 7 4 m m 筛上的总通过率。 李伟：尼尔基水利工程沥青混凝土低温施工技术研究 各粒级矿料的通过范围是根据碾压式水工沥青混凝土的矿料级配特征来确定的，因 此，该设计理论具有较强的包容性，能较好地适应不同的骨料级配，对于由两个不同料 源同时提供矿料的尼尔基水利枢纽工程沥青混凝土防渗心墙而言，传统的水工沥青混凝 土配合比设计理论显得尤为适用。 另一种水工沥青混凝土的配合比设计理论是近年来发展起来的胶浆理论，采用骨料 级配指数、填料浓度、胶骨比作为配合比设计的三个参数，配合比中各粒径骨料占骨料 总量的百分数( 骨料总量计为1 0 0 ) 按下式确定： p 亿) = 歹d ；- 五0 0 丽7 4 7x 1 0 0 ( 3 2 ) 式中：p ( 西) 一粒径为d i 的骨料占骨料总量的百分数； d 骨料最大粒径； r 级配指数。 由式( 3 2 ) 可以看出，当级配指数确定后，配合比中各粒径范围的骨料比例均为定 值，但对细骨料而言，受骨料品种及骨料加工方式或加工设备的影响，成品骨料中各粒 径骨料的比例存在较大差异，而在施工中2 5 r o m e o 0 7 4 m m 这一粒径范围中各粒径骨料 是按自然比例拌和使用的，这使得该级配设计理论的实用性较差。 根据土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范( 试行) ( s d 2 2 0 8 7 ) 要求，防 渗层沥青混凝土骨料最大粒径不得超过一次铺筑层厚的1 3 ，且不得大于2 5 r a m 。结合 尼尔基水利枢纽工程的实际情况，骨料最大粒径确定为2 0 r a m 。为了获得最佳的沥青混 凝土试验配合比，根据土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则( s i a 0 1 。8 8 ) 中最大 粒径为2 0 m m 的密级配碾压式水工沥青混凝土矿料级配及沥青含量范围，针对两种不同 的矿料( 库区长发屯b 撑料、阿荣旗2 # 料) ，不同的沥青( 欢喜岭9 0 # 重交通道路沥青、 锦州石化天元集团公司1 扩建筑沥青和盘山县龙马沥青厂减压渣油) 种类，采用传统的 水工沥青混凝土配合比设计理论来进行尼尔基沥青混凝土配合比设计工作。 3 2 1 碾压式沥青混凝土室内配合比设计 参考其他类似工程沥青混凝土配合比的设计经验，结合尼尔基工程的实际情况，设 计了五种能够满足土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则要求的骨料级配，并分别 对其进行沥青含量为6 1 、6 _ 3 、6 5 的室内沥青混凝土配合比试验，具体配合比见 表3 5 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表3 5 室内试验沥青混凝土配合比表 黜z o ，s ，osz s ，zo so 。o ，s 。7 4 b c ，霁萎试萼编 通过率 ( ) 1 8 4 1 8 4 1 8 4 1 7 4 1 7 4 1 7 4 7 4 6 9 6 9 6 9 1 3 56 5 1 3 56 _ 3 1 3 56 1 1 2 35 9 1 2 36 5 1 2 36 3 1 2 36 1 1 2 26 5 1 2 26 _ 3 1 2 26 1 b 1 o b 1 一i b 1 i i 库区b 1 蘸踹b 2 - 0 b 3 0 b 3 i b 3 i i 1 0 08 6 96 9 9 5 0 03 4 93 1 92 7 62 3 31 7 91 0 i6 5i - i 1 0 08 6 96 9 95 0 03 4 93 1 92 7 6 2 3 31 7 91 0 16 3 b 酊革 1 - 2 1 0 08 6 96 9 95 0 03 4 9 3 1 92 7 62 3 31 7 91 0 16 1 博，# 1 - 3 1 0 09 0 87 7 05 6 03 5 93 2 92 8 62 4 31 8 9 1 1 16 5 ”i ” 2 - 1 1 0 09 0 87 7 05 6 0 3 5 93 2 92 8 62 4 31 8 9 1 1 16 3 。 2 - 2 1 0 09 0 87 7 05 6 03 5 93 2 92 8 6 2 4 31 8 91 1 16 12 - 3 3 2 2 浇筑式沥青混凝土室内配合比设计 ( 1 ) 掺配沥青调试 浇筑式沥青混凝土采用锦, j , l , l e 化天元集团公司生产的1 0 。建筑沥青与辽宁省盘山县 龙马沥青厂生产的减压渣油配制的掺配沥青作为沥青混凝土胶凝材料；掺配试验结果见 表3 6 。 表3 6 沥青、渣油试配试验结果 塑重：望鎏些型 ! ：! ：! j ! ：! ! ：! ：! ! ! ：! ! ：! ：! j ! ：! i ! ：! 兰：! 软化点( ) 1 06 0 45 7 8 5 5 55 2 25 1 64 8 6 4 8 24 6 7 。荔猛， 埘s s s 。 延度( c m ) 3 3 84 35 3 5 5 2 23 0 一 一 7 47 6 7 7 8 4一 针入度指数3 8 4 9 7 0 1 7 5 60 0 5 7 1 0 2 6 4 0- 0 5 2 7 10 5 8 2 6 - 0 5 9 6 7- 0 6 3 4 3- 1 0 2 4 4 壁婆墨垫 ! ：! ! 翌! ：堕! ! ：! 塑! ：! ! ! ! ! ：! ! ! ! ：! 竺：! ：! 塑! ! ：! 竺! ：! ! 塑 表3 6 中的试验结果表明，当沥青与渣油掺配比例为1 ：2 5 时所形成的掺配沥青， 其软化点为4 8 2 ，形成软化点适宜的溶一凝胶型的掺配沥青，可以满足施工需要。其 各项检验成果见表3 7 。 2 2 2 4 4 4 4 6 6 6 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 o o o 5 5 5 5 2 2 2 n n n殳殳吼殳&乳 3 3 3 2 2 2 2 2 2 z 3 3 3 1 1 1 l 3 3 3 8 8 8 8 8 8 8 6 6 6 3 3 3 3 3 3 3 3 3 刍 o 0 0 0 o o 0 8 8 8 h叶j，4 4 4 ，1 1 1 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 石石石 8 8 8 8 8 8 8 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0 0 0 o o o 0 4 4 4 佰佰佰佰w w 弭 o 0 o o 0 0 o 3 3 3蛐如粥如黔盼凹 李伟：尼尔基水利工程沥青混凝土低温施工技术研究 表3 7 掺配沥青( 沥青：渣油= 1 ：2 5 ) 检验结果 检测项目针入度软化点延伸度脆点 质量闪点密度含蜡溶解度 检测状态( 1 1 0 m ( ) ( c m )( ) 损失 ( ) ( g c m 3 ) 量 ( 三氯乙烯) m ) ( 1 5 )( ) ( )f ) 老化前 7 5 64 8 28 4 一一一 1 0 0 13 3 9 8 1 6 老化后 2 7 o 6 1 84 5 一一一一一 一 ( 2 ) 浇筑式沥青混凝土配合比设计 为了获得最佳的试验配合比，根据土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则 ( s i a 0 1 - 8 8 ) 中最大粒径为2 5 r a m 的密级配水工沥青混凝土矿料级配及沥青含量范围， 参考其他类似工程设计应用经验，骨料级配按照土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准 则( s l j 0 1 8 8 ) 中的最大粒径为2 5 m m 的密级配水工沥青混凝土矿料级配范围要求设 计，并对其进行掺配沥青含量为1 0 5 、1 1 0 、1 1 5 的室内沥青混凝土配合比试验， 具体配合比见表3 8 。 表3 8 浇筑式沥青混凝土室内试验配合比 3 2 3 振捣式沥青混凝土室内配合比设计 振捣式沥青混凝土的概念是根据多年的浇筑式沥青混凝土设计、应用、研究经验， 把握现代沥青混凝土施工技术的背景下提出的一种沥青含量及性能均介于碾压式沥青 混凝土和传统的浇筑式沥青混凝土之间，施工时需要采用振捣方式密实，故称其为振捣 式沥青混凝土。 由于振捣式沥青混凝土是一种全新施工工艺的沥青混凝土，目前并无配合比设计经 验可供参考。因此在振捣式沥青混凝土室内配合比设计中，参照土石坝沥青混凝土面 板和心墙设计准则( s l j 0 1 8 8 ) 中密级配水工沥青混凝土矿料级配及沥青含量范围， 进行大量的沥青混凝土配合比试拌和室外模拟施工试验，确定了5 个振捣式沥青混凝土 配合比进行振捣式沥青混凝土施工试验研究，具体配合比见表3 9 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 3 室内试验结果及分析 3 3 1 沥青混凝土密实性 密实性是沥青混凝土获得良好物理力学性能和耐久性能的前提，沥青混凝土密实性 用孔隙率表示，即孔隙率愈小沥青混凝土愈密实，因而沥青混凝土孔隙率的大小直接反 映沥青混凝土抗渗性能的好坏，是控制沥青混凝土防渗心墙防渗性能的最重要指标。子l 隙率试验方法是通过水中称重法按式( 3 f 3 ) 计算出沥青混凝土的视密度，再根据沥青混 凝土混合料的理论密度通过式( 3 4 ) 计算出沥青混凝土的孔隙率。 以2 1 而 k ；1 一 p ( 3 _ 3 ) ( 3 4 ) 式中：p 。_ 试件的视密度； v 、，一孔隙率； w 一试件在空气中重： w 2 一试件在水中重； p1 一理论密度。 根据以往的工程经验，当沥青混凝土的孔隙率小于3 时，沥青混凝土的渗透系数 是小于1 0 7 c m s 的，可以认为是不透水的。 ( 1 ) 碾压式沥青混凝土的密实性 碾压式沥青混凝土各配合比试件的密实性室内试验结果见表3 。1 0 。 表3 1 0 碾压式沥青混凝土物理性能试验结果 一 配合比编号 理论密度( g j c m 3 ) 视密度( g c m 3 )孔隙率( ) 沥青含量b ( ) 一 b 1 _ 02 4 6 5 2 4 4 3 0 8 9 6 5 b l 。i b 1 一i f b 】_ i b 2 - 0 b 2 i b 2 - i i b 3 0 b 3 i b 3 i i 1 - 1 1 2 1 3 2 1 2 2 2 4 7 2 2 4 7 8 2 4 8 5 2 4 6 5 2 4 7 2 2 4 7 8 2 4 6 5 2 4 7 2 2 4 7 8 2 4 6 3 2 4 7 0 2 4 7 7 2 4 6 4 2 4 7 1 2 4 4 7 2 4 4 8 2 4 4 9 2 4 “ 2 4 4 5 2 4 4 6 2 4 4 3 2 4 6 0 2 4 6 9 2 4 5 6 2 4 5 7 2 4 6 2 2 4 4 0 2 4 4 6 i 0 1 1 2 1 1 4 5 0 8 5 0 9 9 1 2 9 0 8 9 0 4 9 0 3 6 o 2 8 0 5 3 0 6 1 0 9 7 1 0 1 6 3 6 1 5 9 6 5 6 3 6 1 6 5 6 3 6 1 6 5 6 3 6 1 6 5 6 3 2 - 3 2 4 7 8 2 4 4 9 1 1 7 6 1 从表3 1 0 的试验结果可以看出，设计的1 2 个配合比的试件孔隙率小于土石坝沥 青混凝土面板和心墙设计准则中对沥青混凝土孔隙率( 2 4 ) 的要求。而且当骨 料n g g n g 时，随着沥青含量的增加，沥青混凝土理论密度、视密度、孔隙率均降低， 密实性提高，孔隙率满足设计要求。 ( 2 ) 浇筑式沥青混凝土的密实性 由于沥青含量比较高的关系，浇筑式沥青混凝土采用耐水性试件的孔隙率来评价其 密实程度，而不是采用马歇尔试件来评价。现将浇筑式各配合比沥青混凝土的理论密度、 视密度、孔隙率列入表3 1 】。 1 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 从表3 1 1 的试验结果可以看出，试验室设计的3 个配合比所成型的试件孔隙率为 o 5 2 左右，远远小于土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则中对沥青混凝土孑l 隙 率( 2 4 ) 的要求。而且当骨料级配恒定时，在一定范围内，随着沥青含量的增加， 沥青混凝土理论密度、视密度、孑l 隙率均降低，密实性提高。 ( 3 ) 振捣式沥青混凝土的密实性 与碾压式沥青混凝土和浇筑式沥青混凝土不同的振捣式沥青混凝土采用芯样孔隙 率来评价其密实程度，测试芯样来自小型施工模拟试验段，和其它芯样沥青混凝土室内 配合比试验相比，振捣式沥青混凝土孔隙率无疑更具有实际意义。现将振捣式各配合比 沥青混凝土的理论密度、视密度、孔隙率列入表3 1 2 。 表3 1 2 振捣式沥青混凝土物理性能试验结果 从表3 1 2 的试验结果可以看出，试验室设计的4 个配合比所成型的试件孑l 隙率符合 土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则对沥青混凝土孔隙率( 2 4 ) 的要求。 而且当骨料级配恒定时，沥青混凝土的密实性随着沥青含量的提高而提高。 李伟：尼尔基水利工程沥青混凝土低温施工技术研究 3 3 2 沥青混凝土的马歇尔力学稳定性 表3 1 3 马歇尔稳定度及流值试验结果 马歇尔力学稳定性反映了沥青混凝士在高温、荷载作用下的可靠性。道路交通部门 根据道路运行工况采用马歇尔稳定度及流值试验来评价碾压式沥青混凝土的高温力学 稳定性，并作为碾压式沥青混合料配合比设计和现场质量检测的主要依据。因为沥青混 凝土路面工程在竣工后的夏季运行过程中受到太阳的辐射，其表蕊温度可达5 0 左右， 需要掌握路面沥青混凝土在各种车辆荷载作用下的稳定性，因而进行马歇尔稳定度及流 值试验是必要的。但沥青混凝土防渗心墙的运行温度较低，在大坝运行过程中承受的荷 载主要来自于其自重和两侧坝体过渡料的侧压力，与马歇尔稳定度及流值试验模拟的运 行工况存在着较大的差异，因而马歇尔稳定度及流值试验对沥青混凝土防渗心墙的指导 意义不大，是否需要开展此项工作值得商榷。考虑到碾压式沥青混凝土在振动碾压施工 大连理工大学