防渗层水工沥青混凝土配合比优化.pdf
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1、2023年8 月生产与应用石油 沥青PETROLEUMASPHALT第37 卷第4期防渗层水工沥青混凝土配合比优化全配配(中石油燃料油有限责任公司研究院,北京10 0 19 5)摘要:为提升防渗层水工沥青混凝土的综合性能,采用马歇尔配合比设计方法,研究了配合比参数对混凝土性能的影响。试验结果表明,相较于混合料的级配指数,油石比对水工沥青混凝土性能的影响比较显著;随着油石比增加,水工沥青混凝土的防渗性能提高。关键词:防渗层水工沥青混凝土配合比优化防渗层水工沥青混凝土面板是将水工沥青混凝土通过浇筑或碾压的方式,在迎水面形成防渗层,依靠坝体坝坡承担由沥青混凝土传来的外力荷载的一种工程结构形式,因其具
2、有良好的防漏抗渗性能、优异的抗变形性能和施工和易性好等特点,而广泛应用于国内外水利水电的防渗工程中1-2 。裂缝是防渗层水工沥青混凝土面板在使用过程中出现的主要问题,会直接影响到工程效益的发挥。研究表明,我国防渗层水工沥青混凝土面板的裂缝原因主要为不均匀基础沉降、反向压力鼓包、沥青混凝土性能差等,其中沥青混凝土的性能包括低温抗裂性、高温稳定性和长期耐久性1。为使水工沥青混凝土的性能满足工程需要,不仅要确保水工沥青的良好品质,而且还要合理选择沥青混合料的配合比设计。余华英等3 采用灰色关联分析方法,研究了配合比参数对水工沥青混凝土面板防渗性能的影响。为进一步提升水工沥青混凝土的防渗性能,本文在选
3、定水工沥青和集料种类的基础上采用马歇尔设计方法进行配合比参数的优化,并依托国内某工程制定了防渗层水工沥青混合料设计指标要求。1试验部分1.1试验原料沥青:防渗层胶结料为实验室研制开发的高性能水工沥青,其各性质指标满足DL/T54112009土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范中SG7O号水工沥青的技术要求。防渗层沥青胶结料技术指标见表1。表1防渗层沥青胶结料技术指标项目试验结果技术要求试验方法针人度(2 5)/(10-mm)67软化点(环球法)/53.5延度(15 ,5 cm/min)/cm150延度(4,1 cm/min)/cm78溶解度(三氯乙烯)/%99.3脆点/-14闪点(开口法)/28
4、5密度(2 5)/(g cm-3)1.035含蜡量(裂解法)/%1.0薄膜烘箱试验质量损失/%针入度比/%延度(15 ,5 cm/min)/cm延度(4,1 cm/min)/cm软化点升高/粗骨料:采用石灰岩破碎筛分后粒径为2.3619.0mm的骨料,其性能密度为2.7 4g/cm,吸水率为0.4%,沥青黏附性为5级。细骨料:采用石灰岩加工而成的机制砂,其粒径范围为0.0 7 5 2.36 mm,表观密度为2.7 2g/cm,石粉含量为2.9%。填料:为细石灰岩粉,表观密度为2.7 2 g/cm,收稿日期:2 0 2 3-0 1-0 3作者简介:全配配,女,工程师,硕士研究生毕业于中国石油化工
5、股份有限公司石油化工科学研究院化学工艺专业,从事沥青技术研发方向。E-mail:tong-60 80GB/T 450948 55GB/T 4507150GB/T 450810GB/T 450899.0GB/T11148-10GB/T4510260GB/T267实测GB/T892820.180.2GB/T530471.6689880244GB/T45083.05GB/T4507GB/T4509GB/T450844亲水系数为0.7。1.2试验配合比参数级配指数:根据某工程防渗层水工沥青施工技术要求及前期研究结果,设定级配指数为0.24和0.43,其级配曲线数据分别见图1、2。1008060200图
6、1防渗层集料目标级配曲线与设计级配曲线(r=0.24)10080200图2 防渗层集料目标级配曲线与设计级配曲线(r=0.43)填料用量:填料用量影响沥青胶结料的粘结性,本次试验设定数r=0.24时,填料用量P=11%;r=0.43时,填料用量=9%。油石比:根据工程经验,选定防渗层沥青混凝土的油石比为7.3%、7.6%和7.9%。1.3试验方法按照水工沥青混凝土试验规程53622018)进行防渗层沥青混凝土的拌和成型,其中矿料加热温度控制为18 0,沥青加热温度为16 0,成型温度控制在145。2结果与讨论2.1油石比对混凝土性能的影响选取级配指数为0.2 4,制备油石比为7.3%、7.6%
7、和7.9%的防渗层水工沥青混凝土试件,考察不同油石比对混凝土试件密度、孔隙率、斜坡流涧值、渗透系数的影响。石油沥青(1)对密度的影响油石比对混凝土试件密度的影响如图3所示。分析可知,随着油石比的增加,混凝土试件的密度和最大理论密度逐渐减小。这是由于石料密度大于沥青密度,因此沥青用量的增加将导致混凝土试件密度的降低。2.45目标级配2.44一设计级配2.4392.42筛孔尺寸/mm2.412.407.3图3油石比对密度的影响目标级配(2)对孔隙率的影响+设计级配油石比对混凝土试件孔隙率的影响如图4所示。分析可知,随着油石比的增加,混凝土试件9的孔隙率逐渐降低,且均小于2%,满足技术设筛孔尺寸/m
8、m计要求。在高温拌和条件下水工沥青具有流动性,能够渗人骨料的孔隙,因此沥青用量的增加会降低混合料试件的孔隙率,增加混合料试件的致密性,有利于提高防渗性能。1.81.51.2%/率潮0.90.6(DL/T0.3F(3)对斜坡流消值的影响斜坡流尚值是沥青混凝土性能测试的主要指标,能够反映斜坡面板的稳定性。油石比对混凝土试件斜坡流尚值的影响如图5所示。由图5可知,随着油石比的增加,混凝土试件的斜坡流尚2023年第37 卷最大理论密度密度7.47.5油石比/%7.37.6油石比/%图4油石比对孔隙率的影响7.677.77.87.97.9第4期值逐渐增大,稳定性降低;但不同油石比混凝土的斜坡流尚值均满足
9、设计技术要求。0.60.50.40.30.20.1图5油石比对斜坡流值的影响(4)对渗透系数的影响抗渗性能是评定面板透水性质的重要指标,直接影响工程的耐久性3。图6 为油石比对渗透系数的影响。由图6 可知,随着油石比的增加,混凝土试件的渗透系数逐渐降低,抗渗性能增强。综上分析可知,不同油石比条件下防渗层水项目最大理论密度/(gcm-3)级配指数0.240.43设计要求孔隙率和渗透系数是表征沥青混凝土面板防渗性能的重要指标4。分析表2 数据可知,当混凝土的级配指数由0.2 4变化到0.43时,斜坡流尚值呈降低趋势,表明沥青混凝土的高温性能提高;孔隙率、渗透系数呈增加的趋势,表明沥青混凝土的渗透性
10、增加,但指标均满足工程设计要求。本文选用0.2 4作为优选级配,因为其细料和填料用量相对较高,在不损害其高温性能的情况下有利于保证其混凝土的密实性和防渗性。与级配指数相比较,油石比变化对水工沥青混凝土的孔隙率、渗透系数结果的影响更大,表明油石比对混凝土的防渗性能影响更显著。3优选配合比混凝土的力学性能评价依据沥青混凝土配合比参数的优化结果,在r为0.2 4、填料用量P为11%、油石比为7.6%条件下,制备防渗层水工沥青混凝土试件,开展水稳定性试验、小梁弯曲与拉伸试验、冻断试全配配防渗层水工沥青混凝土配合比优化7.37.6油石比/%2.4392.44445工沥青混凝土试件的孔隙率、斜坡流尚值、渗
11、透系数均能满足设计技术指标要求。结合沥青拌和楼沥青用量的波动范围,石油比选定为7.6%。76154327.910图6 油石比对渗透系数的影响2.2级配指数对混凝土性能的影响选取油石比为7.6%,制备两个不同级配的防渗层水工沥青混凝土马歇尔试件,并进行孔隙率、渗透系数和斜坡流尚值试验,试验结果如表2所示。表2 不同级配指数的沥青混凝土试验结果试件密度/(gcm-3)孔隙率/%斜坡流消值/mm渗透系数/(cms-l)2.4081.272.4121.322验、圆盘试验等进行混凝土力学性能评价。3.1水稳定性试验水稳系数为马歇尔试件在6 0、2 0 水浴浸泡后抗压强度的比值,以表征沥青混合料试件受水损
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- 关 键 词:
- 防渗 水工 沥青 混凝土 配合 优化