土木工程毕业论文-沥青混凝土心墙质量管理研究

XXXIII引言自20世纪末，以沥青为主材料石土坝坝体中部防身透墙体在世界范围内得到了广泛的使用。与其他放渗透结构相比较，沥青混凝土心墙具有优秀的放渗透性，而且防爆、抗震，不论是严寒还是酷暑对其质量的影响皆微乎其微为，在摊铺与压实阶段的施工也十分简单，对于相关骨料的级配也没有很高的要求，还可以和土石坝的坝壳同时施工，能很大程度的减少工期。借着此类诸多优点，沥青混凝土心墙在土石坝的主体结构型式中逐渐发展起来。在筑坝过程中，工程技术人员不断的改革和创新，在一次次的创新中沥青混凝土心墙的施工愈来愈机械化、现代化，这让其有了更大的推广价值。沥青混凝土心墙原材料特性分析沥青的特性分析沥青又被称为柏油，是我们生活中最常见的建筑残料之一，常被用于铺路、建桥和修补平房屋顶裂缝等。其主要构成材料为非金属衍生物和碳氢化物，通常以黑色粘稠液体的形态示人，其最主要的一个特性是物理性质并非一成不变，化学成分也不固定。沥青在自然界中也以矿物的形式存在。目前生产的沥青是原油精制的残渣，精制方法不完善。最常用的精炼方法是通过原油分馏获得。将沥青加热到230T时，沥青会变得粘稠，冷却后会变成坚硬的固体。沥青作为一个大众化的建筑材料，其运用前景十分广阔，在水利、民政、重工、交通等方面均有使用。沥青的粘滞性沥青一般为粘稠液体，能轻易的吸附在其他物体上，对于沥青的这种特殊性质，我们将其称作粘滞性，通常讲为粘性。沥青的粘性能和直观的反映出材料的软硬程度和材料的稀薄程度，是反应沥青质量的重要体现。沥青的粘度是反映其相对流动内部障碍的特性。以绝对粘度表示，它是沥青性能的重要指标之一。为了得到质量更好的沥青材料，我们需要明确影响沥青粘度的关键因素。经过多次实验数据总结，影响沥青粘滞性的因素分为两种，即沥青的成分和作业是的温度。沥青含量高，树脂含量充足，其余成分相对较小时沥青材料的粘滞性高。温度对沥青材料的粘滞性影响比较特殊，在过高或过低的温度下，温度对沥青粘滞性的影响并不明显，只有在适当的温度范围内，沥青材料的粘度才会随着温度的升高而降低，如表2.1所示。表2.SEQ表\*ARABIC\s11沥青混凝土粘度随温度的变换温度/℃粘度/Pa·S120.0131.8135.0135.3144.1150.0165.00.696000.310000.275000.270000.190000.142000.08300沥青的憎水性沥青是一种憎水性有机凝胶化材料，属于石油裂化分流之后的最重要，也是最主要的产物之一，属于高级烃类有机物，众所周知，烃类中的烃基是憎水基团，所以无法与水分子结合，可以说是完全不溶于水，且沥青的结构致密，可以与石材、砖块、灰浆和砼等材料结合形成一个坚实的整体结构。再加上沥青材料形变能力强、抗老化、防渗透且耐腐蚀性强的特点，沥青材料被广泛应用于地下防潮、屋顶防水等工程。以沥青为粘接剂，将矿粉、矿物骨料和加热、混合、压缩的沥青混凝土铺设在河道地面上，形成难以透水的渗滤层，减少送水过程中通道泄漏损失。在土石坝中利用沥青砼材料进行大坝的防渗处理也会有十分优异的效果。相较于其他防渗层沥青混凝土的优点是：（1）拥有卓越的防渗透效果；（2）适应变形能力强；（3）不易老化，对裂缝有自我治愈能力；（4）容易维修；（5）造价低，只不过是防止混凝土渗透的70%。沥青的老化性质在一般情况下沥青时常会发生氧化和缩合，我们将这个过程称之为沥青的老化。通俗来讲就是沥青中的各种分子相互碰撞结合，从而产生新的分子，而新分子的活性、能级等相较于原来的分子而言都会降低，也就是说沥青的老化就是沥青混合物中的分子相互结合形成新的分子，从而影响沥青材料总体活性的过程。常见的沥青老化大概可分为两种：一种是饱和芳香酚等成分挥发引起质量损失，一种是以沥青发生氧化反应，沥青分子中羰基与氧结合实现发生氧化，使分子结构发生改变，从而引起化学性质的变动。热拌式沥青砼施工，是目前最为常见施工方式。这种施工方式有着方便、快捷、操作简单等诸多优点，然而相应的缺点也很致命。热拌式施工在沥青混合料的拌和阶段极易发生老化，是最为常见的沥青老化方式，一般称之为热老化。发生热老化的根本原因是在拌和过程中需要将拌和的矿料加热到160摄氏度以上，在如此高温之下沥青中的水分极易挥发，其中的碳氢化物也极易发生氧化，从而影响到沥青混合料的根本性质。除此之外沥青混合料的搅拌时间、沥青和矿料的使用比例等因素都会影响到沥青的老化。通过多次实验观察，拌和矿物的温度越高、拌和时间越长、沥青和矿料使用比例越小，所拌和成的沥青混合料也就老化越严重。沥青老化所带来的问题十分严重，如若沥青老化形成的裂缝不能及时进行有效的封堵处理的话，大坝就会出现严重的渗漏情况，影响到大坝的储蓄水源能力的同时，还会直接影响到大坝的使用寿命和使用成本，因大坝无法得到及时修补而造成决堤的情况也时有发生，严重的影响到了人民群众的生命安全。骨料粗骨料骨料指在混凝土中起骨架作用的材料，加强沥青混凝土对外力的承受能力，一般为砂砾或石子，其中粒径大于5mm的骨料称为粗骨料。粗骨料一般选取卵石或者碎石。且粗骨料必须大小一致且干燥、干净，质量指标应符合有关规范的规定。沥青混凝土中粗骨料技术要求见表2.2。表2.SEQ表\*ARABIC\s12沥青混凝土粗骨料技术要求表指标单位技术要求含泥量吸水率压碎率针片状颗粒含量坚固性与沥青的粘附性％％％％％级≤0.5≤2≤30≤25≤12≥4表现密度g/cm³≥2.6细骨料与粗骨料相比，细骨料是指粒径相对较小的骨料，一般直径在0.16mm——5mm，一般多为天然砂，有时也会用人工研磨的人工砂，细骨料的作用是填充砾石、卵石等粗骨料之间的缝隙，增加混凝土的强度。沥青混凝土中粗骨料技术要求见表2.3。表2.SEQ表\*ARABIC\s13沥青混凝土粗骨料技术要求表指标单位技术要求吸水率含泥量表现密度超径率坚固性水稳定等级％％g/cm³％％级≤2≤2≥2.55≤5≤15≥6沥青混凝土心墙施工流程对一个工程质量影响最大的因素莫过于施工阶段的质量控制，沥青混凝土的施工应包括以下节段，施工准备阶段、沥青砼的制备、运输、摊铺及碾压阶段，如图3.1所示。图3.SEQ图\*ARABIC\s11沥青混凝土心墙施工流程图施工准备阶段沥青混凝土心墙的施工准备主要包括三个部分：沥青混凝土性能试验和沥青混凝土内部配合比设计、场外沥青混凝土摊铺试验和生产试验，一般需要完成的工作如下。（1）编制沥青混凝土心墙叠层土石坝基础安装内部施工技术规范和操作规程；（2）做好施工组织设计和现场规划场地布置工作；（3）设计沥青混凝土和沥青混凝土灰浆的配比，在沥青混凝土正式填充之前安排现场滚动试验；（4）选择沥青原材料加热混合机种、运输、铺垫、滚石设备；（5）购存沥青、矿料，充填料和燃料等，进行矿料、填充料天然风干；（6）修筑场内外运输道路；（7）选定和加工制作出模板支护结构；（8）做好基础、水泥砼盖板、齿墙，廊道等结合面上的凿毛、清洗加热工作；（9）做好基础部位抽排水和岸坡渗水处理工作；（10）培训施工队伍，熟悉工艺操作；（11）其他准备工作。在沥青砼的各个性能测试时，少不了仪器的作用，选取合适的仪器不仅可以使得到的实验数据更加准确，还可以减少不必要的麻烦，因此仪器的选择是准备工作重点一大要点，常用的实验仪器见表3.1。表3.SEQ表\*ARABIC\s11常见实验仪器功能仪器沥青性能检测仪器沥青混凝土试件制备仪器沥青混凝土质量检测仪器无损检测仪器其他仪器针入度仪、软化点仪、延伸度仪烘箱、天平、沥青混合料搅拌锅、马歇尔击实仪、脱模器抽提仪、渗透仪、马歇尔试验仪渗气仪、核子密度仪温水浴、温度计、各种试模沥青混凝土的制备如若采用热拌式制备沥青混合料，则最好将制备机器集中到某一固定地点。如果条件允许最好在专业热拌厂进行制备，或者使用可以随时移动的热热拌机。如若采用冷拌的方式制备条件相对比较宽松，既可以集中拌和也可以根据施工现况安排拌和地点。连续拌和机和分批拌和机时最常用的两种拌和机械，可以根据施工情况选择。沥青混凝土制备工艺也可以分两种，一种时用热沥青直接与矿粉进行拌和，但需要先将集料烘干，在此过程中容易产生粉尘。另一种方法是先用热沥青拌和湿集料，在对沥青混凝土整体整体进行加热拌和。相较第一种方法而言，第二种能有效的减少拌和过程中的飞灰和粉尘，被广为采用。不过第二种办法时要注意混合料中的水分，水分过高会影响沥青混凝土的使用寿命，详细流程如图3.2所示。图3.SEQ图\*ARABIC\s12沥青混凝土制备流程图另外，在使用拌和站进行制备沥青混凝土时与要注意，拌和站必须要有记录拌和过程的功能，且要有安全可靠的计量系统，拌和过程中可以随时观测混合料的温度、湿度等，且必须将其控制在安全规范的范围之内。拌和站必须秉持不扰民、不污染的原则。按照我国法律规定，拌和站在满足环保、消防等条件的同时必须远离居民区5000米。除此之外拌和站还应具备一切检测沥青混凝土各种指标的仪器和专业的操作人员。除了以上几点制备沥青混凝土还应遵守一下几点:（1）没有明确的配合比不开盘；（2）上级没有下达明确的开盘指令不开盘；（3）遇到雨雪天气或其他影响到沥青混凝土质量的恶劣天气不开盘；（4）施工温度过低，影响沥青混凝土拌和不开盘。（5）任何人不能私自更改沥青混合料配合比，发现拌和异常时应及时通知在场技术人员，不得私自操作。配合比允许偏差、计量允许偏差如表3.2、表3.3所示。表3.SEQ表\*ARABIC\s12配合比允许偏差项目油石比粗骨料比例细骨料比例填料比例允许偏差/％±0.3±5.0±3.0±1.0表3.SEQ表\*ARABIC\s13计量允许偏差材料沥青粗骨料细骨料填料允许偏差/％±1.0±2.0±2.0±2.0沥青混凝土的运输为了保证拌和效率沥青混凝土材料的运输速率应大于拌和速率，经多次实验得出运输车辆选用15t的自卸车最佳，为了保证拌和材料的质量必须要求车辆内部保持清洁，且车辆没有任何安全问题，司机有相关经验等。还要保障材料的运输安全和效率，面对爆胎、车祸等意外事故，应有相应的处理措施。为防止材料与车体粘连，应在车身涂抹润滑剂，也可以使用柴油和水的混合物代替，但应注意油水混合物不能在车辆底部堆积，影响材料质量。在沥青混合材料装载时应该保持顶部平整，不能使混合料堆积在一起，且在运输时应注意环境对沥青混合料的影响，例如大风、雨雪、高温等可能影响沥青混凝土性质的天气，并对所运输的沥青混合料进行相应的保护措施。到达运输地点时，运输车辆必须要与拌和机保持适当距离，太远影响拌和速度，会造成不必要的困扰，太近容易与拌和机发生碰撞。因此，在装卸现场必须要有专人进行指挥，从而避免不必要的麻烦。在沥青混合料的运输时应注意以下事项：（1）拌和料应采用大吨位车辆运输，车辆装载不能过满，在运输途中熊急刹车、急转弯、急加速等，为保证施工效率，混合料的运输速度应该大于摊铺速度。（2）运输是必须保证车辆内部干净整洁、无粉尘，必须涂抹隔离剂，不能使沥青粘连到车辆上，且运输车内要备有篷布，在遇到雨雪、大风或高温天气时对沥青混凝土进行保护。（3）沥青混凝土心墙的摊铺现场应设有车辆冲洗设备，要去除运输车辆轮胎上粘连的泥土和粉尘。需对运输的沥青混合料进行检查确认，若沥青混合料不符合施工要求，不得进行铺筑。沥青混凝土的铺垫沥青混凝土心墙铺垫施工流程应包括：基层验收合格——喷洒透层油——撒布嵌缝料——测设高程基准线——混合料到场——检查油温——摊铺——检查油温——初压——检查油温——筛补——接茬处理——复压——检查油温——终压——养护。大概流程如图3.3所示。图3.SEQ图\*ARABIC\s13沥青混凝土心墙铺垫施工流程在正式开始摊铺工作时应做好一切准备工作，包括熨板预热、涂抹防粘黏化学药品等。此外还要严格要求摊铺机的摊铺速度和稳定性，摊铺机必须匀速行驶且速度必须控制在0.12~0.18km/h。摊铺开始时，沥青混凝土墙面厚度应该以试验阶段总结的系数乘以需要摊铺的厚度为准，此外在摊铺时要保证铺面干净无异物，摊铺沥青混凝土的温度保持在130~150摄氏度最佳。摊铺机作业时必须要有运输沥青混合料的车辆等候，要保证摊铺机随时都能补充填料。合理的安排摊铺机和运输车辆配合，能在节省施工成本的同时保证摊铺效率，所以运输车辆司机要与摊铺有着娴熟的合作，因此需要要求运输司机要有与摊铺机合作的经验。此外摊铺机的摊铺高度、轨道等都要有专业的人员测量控制。如果遇到机械不易施工的角落，应立即人工摊铺，人工摊铺是应注意铺面的平整。沥青混凝土的碾压初压当摊铺的沥青混凝土温度达到150摄氏度时，应立刻对沥青混凝土进行初次碾压，初次碾压速率不能过快，以2km/h最佳，碾压速度过高或过低都会使沥青混凝土铺面出现较大起伏。初压过后，如若出现突起或凹陷可认为修复或反复碾压。复压初压后，沥青沥青混凝土温度下降到接近130℃时，可以进行二次碾压，即复压。相较初压而言，复压速度较快，以压路机3km/h反复碾压两次，并对施工重点区域反复碾压最佳。复压过程中应有监理人员、施工人员、技术人员随时监督测量，确保碾压曾符合安全标准。如果有局部未达到要求要及时进行追压。终压最终碾压阶段时，轮迹应该重叠1/2，速度保持在3km/h。采用插蓝旗的方法限定碾压区域。控制在碾压过程中，压路机必须平稳运，慢慢地开始和停止。质量保证团队及时检查平整度和密度。遇见在操作过程中因辊轴倒置而引起的膨胀、摊铺过程中出现不规则骨料缺陷时，必须及时发现并立即处理，以确保在油温冷却之前解决所有缺陷。沥青混凝土心墙质量的影响因素和保护措施紫外线对沥青混凝土心墙质量的影响沥青的主要成分是由C、H、O、N等化学元素组成的大分子有机物，这些大分子之间的结合能就是觉得沥青性质的一大因素，而紫外线的照射可以使这些键能断裂，进而使沥青原有性质降低甚至丧失。沥青砼在发生紫外线老化后会使沥青砼表层会增加脆性、沥青延度下降、黏附性变差，导致沥青混凝土心墙抗低温能力变弱，极易产生裂缝。与沥青的热老化不同，紫外线的强度、照射时间都会直接影响到沥青砼的老化，一来讲紫外线的强度越高，照射时间越长，沥青砼的老化就越快。紫外线老化不仅改变了沥青的化学性质，还会影响到沥青砼混合料的物理特性，通常表现为针入度、延度下降，软化点上升。影响沥青光老化速度的主要因素有：（1）辐射强度：沥青的老化速度与光辐射强度称正比；（2）温度：沥青的紫外线老化在正常温度下一般不考虑温度带来的影响，但在沥青温度高于80℃时，沥青的紫外线老化会随着温度的上升导致沥青老化加剧。低温对沥青混凝土心墙质量的影响在寒冷地区低温对沥青混凝土的影响必须要考虑在内，在昼夜温差较大、最低气温过低的情况下沥青混凝土心墙由于热胀冷缩会产生裂缝，当温度应力等于低于该温度层的抗拉强度时，表层表面会出现一些低温收缩裂纹，这些微裂纹最终会在未来的温度循环中穿过整个表层。随着时间的变化和温度的降低，沥青混凝土的变形能力会逐渐降低。墙面会随之出现一些裂缝，尤其是在寒冷地区，一些现有裂缝会扩大和加深。这些裂缝往往是沥青路面各种病害的开始。最后它将直接影响心墙的使用寿命。高温对沥青混凝土心墙质量的影响在使用过程中，高环境温度会软化沥青混合料中的沥青，使其粘附性下降。沥青混合料中的骨料会在蓄水压力下产生移动。如果各表面层的粘结措施不好，骨料位移将沿墙面高温行驶方向进行移动，使骨料分布不均心墙抗压能力变差。高温对整个沥青混凝土心墙质量的影响主要有以下几点：（1）耗水量增加。由于温度高、蒸发量大，制备沥青混凝土时用水量也必须相应增加，用水不足无法达到制备沥青混凝土的回访，影响沥青砼总体的质量。（2）和易性降低。由于水分蒸发量大，混凝土输送和建设过程中的塌方损失大，混凝土的和易性降低。由于温度过高水泥水化速度加快，严重时会发生假凝结现象，影响浇筑。（3）心墙整体抗压能力降低。由于温度过高，心墙中的水分不断蒸发，是心墙变形能力变差，无法承受蓄水压力。沥青混凝土心墙的质量保护措施低温情况下沥青混凝土心墙的质量保护措施经过低温季节沥青混凝土心墙施工试验，采取防护措施后在低温季节进行沥青混凝土心墙施工是可行的。低温季节施工的主要措施包括:（1）适当提高沥青混凝土摊铺机械的温度，弥补沥青砼的热量流失；（2）加强运输车辆的密闭性和隔热性，减少运输过程中沥青砼的温度流失；（3）沥青混合料摊铺好后及时进行覆盖，防止心墙表面温度下降过快；（4）适当提高初碾温度和增加碾压遍数；（3）碾压完成后及时用保温罩进行覆盖，保温罩上要加盖棉被，防止沥青表面温度损失过快，有利于气泡的排除。沥青混凝土心墙防护主要对高海拔地区强紫外线照射的防护和沥青混凝土心墙的越冬防护，对一二期心墙接头采用帆布覆盖砂砾石的方法对紫外线照射进行防护；施工中的心墙，采用帆布覆盖的方法对心墙进行防护。土石坝一般施工工期较长，这就需要做好对心墙的越冬防护。在高寒高海拔地区昼夜温差较大，不利于心墙碾压后靠自身的调节密实在冬季暂停施工，寒冷天气容易造成表面裂缝。防护方法为在心墙表面盖一层帆布，然后在帆布上面覆盖砂砾石，砂砾石厚度要大于当地冻土层的厚度。高温情况下沥青混凝土心墙质量保护措施为保证高温下的施工质量，应选用低热的或早期强度较低的水泥，并掺用缓凝减水剂，以改善和易性，延长初凝时间。条件许可时应尽可能利用早、晚时间进行浇筑。尤其是大体积混凝土，避免高温下入仓，降低入仓温度更为重要。利用手推车、皮带运输机、翻斗车等运输时，白天要加以覆盖，以防阳光直射。应用泵送混凝土时，输送管道也应覆盖湿布。在高温下浇筑，由于水分被蒸发会影响水化。因此，模板以及岩石基础和旧混凝土表面，在浇筑前应充分洒水。浇筑地点应采取遮盖措施，以避免温度升高和干燥。结论本文综合分析沥青混凝土心墙的全部施工的过程，包括施工准备、沥青混合料制备、沥青混合料运输、沥青混合料摊铺、沥青混合料碾压，归纳总结了各阶段的工作内容与质量控制要点，并在此基础上，分析了影响沥青混凝土心墙质量的关键因素。参考文献王韶华.