某水库除险加固工程防渗面板沥青混凝土配合比试验

材料的性能提出较高的要求，通过本次各项试验研究，选择最优沥青掺配比例优化沥青性能，确定具有良好的防渗性、柔性、抗流变性的沥青混凝土配合比。

【关键词】防渗面板；沥青混凝土；除险加固；配合比

1 工程背景

寒区某水库工程除险加固过程中挡水重力坝段采用上游坝面挂板防渗，沥青混凝土防渗板厚度为10cm，外挂预制混凝土保护面板，全坝段自54.0m高程处理至坝基。在坝基浇筑混凝土支撑平台。沥青混凝土防渗面板是防渗结构的主体，预制混凝土挂板位于沥青混凝土防渗层的外侧，施工时可作为浇筑沥青混凝土的模板。

2 试验用原材料及其检验结果

2.1 沥青。浇筑式沥青混凝土应选用抗流变性能好的沥青品种。本次试验选用盘锦市北方沥青有限公司生产的重交通90#沥青与大庆市红岗区学志沥青厂生产的55#普通石油沥青配制的掺配沥青，试验样品均由委托方提供。

因为中重交通90#沥青软化点较低，应用于沥青混凝土中抗流变性差；55#普通沥青软化点较高，适应施工性能及正常工况变形能力较差，二者均不适宜单独作为浇筑式沥青混凝土的胶凝材料使用。为了提高沥青混凝土的抗流变性、改善其拌和性及变形适应性，将两种沥青按一定比例进行掺配，使之适应沥青混凝土的浇筑施工工艺。根据送样沥青的各项检测结果，并参照委托方提供的沥青技术指标要求，确定90#沥青与55#沥青的掺配比例为1：1.3，其检测结果见表2，从结果可以看出：该掺配沥青为溶凝胶型结构，其抗流变性较好。

2.2 石棉

石棉是一种可以劈成细微并且可以任意弯曲的纤维，作为沥青混凝土的改性材料，可以提高沥青混凝土的热稳定性和弯曲变形能力，增强沥青混凝土的抗流变性。试验样品密度为2.40g/cm³。石棉纤维具有极大的比表面积，因此与普通沥青混凝土相比，掺石棉纤维的沥青混凝土还具有沥青含量高、抗老化性能好等特点。

2.3 骨料

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。本次试验所用骨料来源于工程所在第附近石矿，骨料性能检测结果现行规范要求。

3 沥青混凝土配合比设计

沥青混凝土是以沥青为胶结材料、砂石作为骨料、矿粉作为填充料，经加热拌和降至常温硬化后所形成的一种热溶型混合物。其物理力学性能随材料的组成比例及材料的性能变化而改变。

为了获得最佳的试验配合比，选择15%、16%、17%三个掺配沥青含量进行室内沥青混凝土配合比试验。各级骨料均已经剔除超逊径颗粒，石粉是细骨料0.074㎜筛的筛余部分；由于石棉具有较高的可弯曲性，并且可大量吸附沥青，其特性适合与沥青、矿粉一起作为沥青-填料相构成沥青胶结料，因此本试验将石棉在矿料级配中按填料考虑。

4 试验结果及分析

4.1沥青混凝土密实性试验

沥青混凝土密实性的评价指标为孔隙率。试验采用水中称重法测试沥青混凝土的视密度，根据沥青混凝土混合料的理论密度，计算出沥青混凝土的孔隙率。的试验结果中3个配合比所成型的试件孔隙率均小于或等于1.63，小于现行规范中对沥青混凝土孔隙率的要求（3%）。

4.2沥青混凝土耐水性及抗压强度

沥青混凝土耐水性是衡量水工沥青混凝土质量的重要技术指标之一，耐水性不良的沥青混凝土在水的长期浸泡作用下，粘附于矿质材料上的沥青膜易被水剥离，使沥青混凝土强度大大降低从而失去力学稳定性，最终将导致水工沥青混凝土建筑物的失稳破坏。试验结果见表1。从试验结果可以看出，按上述3种配合比成型的沥青混凝土试件，水稳定系数均能满足设计要求。

4.3沥青混凝土小梁弯曲试验

此试验是将规定的标准试件置于特定跨度的简支梁上，在跨中点以恒定的加荷速率施加集中荷载直至试件断裂破坏。通过测定不同温度下沥青混凝土梁变形能力，评价沥青混凝土的柔性（变形性能）。对于不同配合比的沥青混凝土小梁弯曲试验结果见表2。从表试验看出，当矿料级配、试验温度相同时，沥青含量增加，沥青混凝土的挠度、应变增大，沥青混凝土柔性越好；相同配合比的沥青混凝土试件，试验温度越低，挠度、应变越小，沥青混凝土柔性越差。

4.4沥青混凝土抗渗试验

控制沥青混凝土的孔隙率，其主要目的是为了保证沥青混凝土的防渗性能。而沥青混凝土的抗渗性能是评价沥青混凝土防渗心墙质量的最重要指标。所以，沥青混凝土抗渗性能的好坏直接关系到设计的沥青混凝土是否能满足防渗心墙的防渗要求。本文采用的沥青混凝土抗渗性能测试方法是将抗渗试件密封于抗渗试模内，施加2m常压水头（历时48小时）测试渗漏情况。沥青混凝土是一种典型的粘弹性材料，理论上在低水头作用下不会造成沥青混凝土内部结构重新调整，沥青混凝土内部若有连通孔隙不易被封闭。具体试验结果如表3。由试验结果可以看出，三种试验配合比的沥青混凝土均具有优良的防渗性能，完全可满足设计要求。

5 推荐的浇筑式沥青混凝土配合比及抗流变试验

综合分析配合比编号为15、16、17的浇筑式沥青混凝土各项性能试验结果，三个配合比的浇筑式沥青混凝土的各项性能指标均能满足技术要求。从经济和性能方面，配合比编号为15的浇筑式沥青混凝土无疑为最佳推荐配合比，但是在试验过程中，配合比编号为15的浇筑式沥青混凝土施工性能较另外两组配合比差。因此，综合分析试验结果、经济指标、工程状况及施工工艺等，选择配合比编号为16的浇筑式沥青混凝土配合比为最终推荐配合比。

为了进一步论证推荐配合比可靠性，本文进行了沥青混凝土抗流变试验。抗流变试验是模拟浇筑式沥青混凝土防渗面板正常运行工况，测定浇筑式沥青混凝土在一定工作环境（温度高于常温）下产生流淌变形的试验。具体做法是：在平行预制混凝土板之间浇筑高70㎝、宽65㎝、厚10㎝的沥青混凝土，垂直放置，使之上下面临空，两平行预制混凝土板无相互约束，沥青混凝土两端侧用苯板加以保温。并将一侧的混凝土板置于一恒温石棉板箱内，用以模拟受阳光照射下的混凝土挂板受热工况。根据工程实际本文开始以40℃恒温，再使之升高至50℃和60℃，经过三个恒温温度近一个月时间的观测，沥青混凝土模型相对混凝土板沉降为0.397mm，流变微小，说明该施工配合比沥青混凝土具有良好的抗流变性能。

6 结束

本文所推荐配合比最终被工程采用，并且在施工过程中质检人员现场跟踪检测，控制各项各项原材料质量和配合比各材料比例，过程控制结果表明施工过程中沥青混凝土各项控制指标均满足设计要求。经修补后工程已经现运行多年，沥青混凝土防渗面板发挥了较好的工程作用，达到预期除险加固效果。