（水利工程专业论文）尼尔基水利枢纽工程碾压式沥青混凝土心墙低温施工技术研究.pdf

中文摘要 _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ ，一 尼尔基水利枢纽工程碾压式 沥青混凝土心墙低温施工技术研究 学科名称： 作者姓名： 导师名称： 导师名称： 导师名称： 水利工程 梁晓东 。 苗隆德副教授 叶林副教授 刘万海教授级高工 摘 答辩日期：2 、 作者签名：l 导师签名： 导师签名： 导师签名： 要 叶术末 尼尔基水利枢纽工程位于内蒙古自治区莫力达瓦自治旗和黑龙江省讷河县交 界的嫩江上按照施工计划进度安排，在4 1 0 月份进行沥青混凝士心墒施工。 对于东北寒冷地区修建沥青混凝土心墙土石坝，5 9 月是大坝沥青混凝土防渗墙 施工的黄金季节，但由于7 月9 月上旬是东北地区的主汛期，大气降雨较多， 沥青混凝士防渗心墙有效施工天数较少，1 4 月份和1 0 1 2 月份的多年平均气 温( 分别为2 2 0 c 、1 7 3 c 、6 6 、4 4 、2 8 c 、9 7 1 c 、1 9 2 c ) 均低于规 范要求的正常施工日气温标准5 碾压式土石坝施工规范( 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 。由于4 月份和1 0 月份工程所处地区的白天 气温大于5 的天数较多，只是夜晚气温在5 以下甚至是负温，进而造成昼夜温 差变化较大、日平均气温较低的结果。因此，如果4 月份和如月份采取一定的施 工措施进行碾压式沥青混凝土防渗心墙旋工，沥青混凝土防渗心墙的施工有效天 数将增加，施工强度将减小，同时也可以缩短大坝的旖工工期，为工程提前竣工 创造了有利条件。本文羞重介绍了在试验( 室内试验和现场试验) 的基础上进行 ( 0 5 c ) 条件下碾压式沥青混凝防渗心墙施工技术研究，提出了适合尼尔基 西安理工大学工程硕士专业学位论文 土石坝沥青混凝土防渗心墙的施工控制措施，在保证工程施工质量的前提下可以 延长施王作业时间。同时本文结合尼尔基水利枢纽工程的碾压式沥青混凝土心墙 低温施工介绍，表明了碾压式沥青混凝土在0 - - 5 低温范嗣内采取一定的措施仍 可以施工。并且能保证工程质量，满足了设计要求。这项研究在沥青混凝土低温 施工技术方面取得了一定的突破，低温施工可以有效地延长寒冷地区碾压式沥青 混凝土防渗心墙的施工工期，在类似工程中可以被借鉴及应用。 关键词：低温 碾压式沥青混凝土心墙 施工技术 一 些! ! ! 墼! l o w - t e m p e r a t u r et e c h n i q u es t u d yo fr o l l e da s p h a l t i c c o n c r e t ec o r ew a l l o fn i e r j iw a t e rc o n t r o lp r o j e c t m a j o rs u b j e c t ：h y d r o s t r u c t u r ee n g i n e e r i n gd a t a ： w r i t e r ：l i a n gx i a o d o n g a d v i s e r ：m i a ol o n g d e y el i n l i uw a n h a i a b s t r a c t 、 s i g n a t u r e ：( s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： 叶林 t h en i e r j iw a t e rc o n t r o lp r o j e c ti sl o c a t e di nt h en e n j i a n gr i v e r ，o nt h e b o r d e ro fm o l i d a w aa u t o n o m o u sc o u n t yo fi n n e rm o n g o l i aa u t o n o m o u sr e g i o n a n dn e h ec o u n t yo fh e i l o n g j i a n gp r o v i n c e a c c o r d i n gt op l a n n e dc o n s t r u c t i o n p r o g r e s st h ec o n s t r u c t i o no fa s p h a l t i cc o n c r e t ec o r ew a l ls h a l lb ee x e c u t e d f r o ma p r i lt oo c t o m b e r f o rc o n s t r u c t i n ge a r t h r o c kd a mw i t ha s p h a l t i c c o n c r e t ec o r ew a l li nn o r t h e a s tc o l da r e ao fc h i n a ，t h eg o l d e nc o n s t r u c t o n s e a s o nf o rc o n s t r u c t i o no fa s p h u l t i cc o n c r e t ei m p e r v i o u sw a l lo ft h ed a m i sf r o mm a yt os e p t e m b e r b u tt h em a i nf l o o dp e r i o di nn o r t h e a s ta r e ais f r o mj u l yt ot h e f i r s tt e n d a yp e r i o do fs e p t e m b e r ，t h e r e f o r et h e a t m o s p h e r i cr a i n f a l li sm o r e ，t h en u m b e r so fd a yf o re f f e c t i v ec o n s t r u c t i o n o fa s p h a l t i cc o n c r e t ei m p e r v i o u sc o r ew a l li sl e s s + f r o mj a n u a r yt oa p r i l a n df r o mo c t o b e rt od e c e m b e rt h em e a na n n u a lt e m p e r a t u r e ( s e p a r a t e l ya r e 一2 2 0 ，一1 7 3 ，一5 6 。4 4 ，2 8 。一9 7 c ，一1 9 2 ) ，a l la r el o w e r t h a nt e m p e r a t u r es t a n d a r do f5 f o rn o r m a lc o n s t r u c t i o nd a yr e q ui r e db y c o n s t r u c t i o n s p e c i f i c a t i o n s d a i l y m e a n t e m p e r a t u r ef o r n o r m a l c o n s t r u c t i o ni sn o tl o w e r5 g i v e nb y r o l l e de a r t h r o c kd a mc o n s t r u c t i o n s p e c i f i c a t i o n ( s d j 2 1 3 8 3 ) a sar e s u l to ft h a ti na p r i la n do c t o b e r t h en u m b e r so fd a yi nw h i c ht h ed a yt e m p e r a t u r ei sh i g h e rt h a n5 a r em o r e i nt h ep r o j e c ta r e a ，o n l yt h en i g h tt e m p e r a t u r ei sl o w e rt h a n5 e v e n n e g a t i v et e m p e r a t u r e ，i tc a u s eb i gt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ed a y a n dn i g h ta n dl o wd a i l ym e e l r lt e m p e r a t u r e ，t h e r e f o r i ft h es p e c i f i cm e a s u r e s h a sb e e nt a k e no nc o n s t r u c t i o no fr o l l e da s p h a l t i cc o n c r e t ei m p e r v i o u sc o r e 撇 西安理工大学工程硕士专业学位论文 w a lli na p r ila n do c t o b e r ，t h en u m b e ro fd a yf o re f f e c t i v ec o n s t r u c t i o n o fa s p h a l t i cc o n c r e t ei m p e r v i o u sc o r ew a l l w i l lr a i s e ，t h ec o n s t r u c t i o n s t r e n g t hw i1 lb er e d u c e d ，t h ec o n s t r u c t i o np e r i o do fd a mc a nb ec u r t a il e d a n di tw i l lc r e a t ef a v o r a b l ec o n d i t i o n sf o rc o m p l e t i o no ft h ep r o j e c ta h e a d o ft i m e i nt h i sp a p e ri te m p h a t i c a l l yi si n t r o d u c e dt h a tt h ec o n s t r u c t i o n t e c h n i q u es t u d y i n gw o r k so fr o l l e da s p h a l t i cc o n c r e t ei m p e r v i o u sc o r ew a l l u n d e rc o n d i t i o n s ( o 5 ) i sc a r r i e do u to nt h eb a s i so ft e s t i n g ( i n d o o r t e s t i n ga n dt e s t i n gi nt h es i t e ) ，t h es u i t a b l ec o n t r o lm e a s u r e sf o r c o n s t r u c t i o no fa s p h a l t i cc o n c r e t ei m p e r v i o u sc o r ew a l lo fn i e r j j e a r t h r o c kd a mh a sb e e np u tf o r w a r d ，a n dt h ew o r k i n gt i m ec a nb ep r o l o n g e d u n d e rp r e r e q u i s i t ec o n d i t i o n so fa s s u r i n gc o n s t r u c t i o nq u a l i t y m o r e o v e r ， b yi n t r o d u c i n gl o w 。t e m p e r a t u r ec o n s t r u c t i o no fr o l l e da s p h a l t i cc o n c r e t e c o r ew a l lo fn i e r j iw a t e rc o n t r o lp r o j e c t ，i nt h i st h e s i si t i sm a d ec l e a r t h a tt h ec o n s t r u c t i o no fr o l l e da s p h a l t i cc o n c r e t ec a nb es t i l le x e c u t e d i nl o wt e m p e r a t u r eo 5 w i t ht a k i n gs p e c i f i cm e a s u r e s ，t h ec o n s t r u c t i o n q u a lit yc a nb ea s s u r e da n dm e e t st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s t h i ss t u d y i n g w o r km a k e sac e r t a in b r e a k t h r o u g h i n r e s p e c t o fl o w t e m p e r a t u r e c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u eo fa s p h a l t i cc o n c r e t e t h el o w t e m p e r a t u r e c o n s t r u c t i o nc a ne f f e c t i v e l yp r o l o n gc o n s t r u c t i o np e r i o do fr o l l e d a s p h a l t i cc o n c r e t ei m p e r v i o u sc o r ew a l li nc o l da r e aa n di ts h a l l b eu s e d f o rr e f e r e n c ea n da p p l i e dt os i m i l a rp r o j e c t k e yw o r d s ：l o w t e m p e r a t u r e r o l l e rc o m p a c t i n g a s p h a l t i cc o n c r e t e c o r ew a llc o n s t r u c ti o nt e c h ni q u e 望8 1 3 7 0 独创性申明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所里交的学 位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知， ：除特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我 一同t 作静同志对本文所论述的工作的任何贡献均已在论文中作了明确 舳说瞻并己致谢。 奉论文及相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。 论文作者签名：之翌兆牌c 月，日 保护知识产权申明 本人完全了解西安理工大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在 校攻读学位期闯所取得的所有研究成果的知识产权属西安理工大学所有。 本人保证：发表或使用与本论文相关的成果时署名单位仍然为西安理工大 学，无论何时何地，未经学校许可，决不转移或扩散与之相关的任何技术 或成寨学校有权保留本人所提交论文的原件或复印件，允许论文被查阅 或借阅；学校可以公布本论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或 其他手段复制保存本论文。 论文 辨夕月9 日 1 概论 1 概论 1 1 沥青混凝土防渗墙的发展 沥青混凝土心墙坝在1 9 4 9 年开始建设，首次应用在葡萄牙的瓦勒 多盖奥( v a l ed ec a i o ) 坝。但因心墙设置在坝体内部，不易检查，如 发生渗漏，处理较为困难，所以沥青混凝土心墙的发展比斜墙较为迟 缓，目前在数量上也少于斜墙。但也正函为心墙处于坝体内部，受到 坝壳的保护，使心墙抗震能力提高，受温度变化的影响相对较小，不 易老化，耐久性好，适应基础和坝体变形的能力较强，通常基础处理的 工作量也较小，而且心墙施工工艺比斜墙简单得多，特别是在高土石 坝中，采用沥青混凝土心墙往往较为有利。1 9 7 8 年建成的香港高岛水 库，沥青混凝土心墙东坝高达1 0 5 m ，挪威在1 9 8 4 年和1 9 9 2 年施工的 斯特拉迈沥青混凝土心墙坝和s t o r g l o m v a t n 沥青混凝土心墙坝分别高 达l o o m 和1 2 0 m 。 从目前技术发展的趋势看，在今后一段时期内，沥青混凝土心墙 技术可能会有较大的发展。 我国在土石坝工程中，于1 9 7 2 年最早建造的沥青混凝土心墙坝是 吉林白河沥青混凝土心墙坝，建于1 9 7 4 年至1 9 7 5 年间的辽宁郭台子、 甘肃党河、河北抄道沟、云南黄龙和河南南谷洞等水库，分别采用碾 压式或浇筑式沥青混凝土心墙，对原坝体进行全面或局部处理，均取 得了很好的效果。1 9 7 6 年建成的陕西正岔、北京半城子等水库是我国 最早兴建的碾压式沥青混凝土斜墙工程。我国水工沥青技术起步较晚， 3 0 多年来经历了由人工、半机械化施工发展到机械化施工的过程，在 理论研究和工程实践方面都有了很大的进展。辽宁碧流河水库和湖北 车坝一级水库沥青混凝土防渗墙的施工，促进了我国水工沥青混凝 技术水平的提高和专业化施工队伍的建设。 最近建成的天荒坪抽水蓄能电站上库沥青混凝土防渗面板和长江 三峡水利枢纽毛坪溪防护坝工程。施工工艺水平和施工机械化程度已 西安理工大学工程硕士专业学位论文 达到或接近国际先进水平。目前沥青混凝土防渗墙已逐步用于大型的 重要工程，大量的工程实践必将促进我国水工沥青混凝土施工技术进 一步的发展。表1 1 介绍了部分国内外碾压式沥青混凝土心墙填筑坝工 程实例。 表1 - 1国内外碾压式沥青混凝土心墙土石坝实例 序心墙高心墙厚过渡层厚心墙倾斜 号 坝名国家时间 ( m )( c m )( m ) 坡比 ld h u e n n德国1 9 6 23 57 0 6 0 l ：o 德国 5 58 5 1 5 l ：o 5 82 b i g g c 1 9 6 2 德国 1 9 6 2 2 25 01 5 2 0l ：o 3 b r c m g e 4e b c r l a s t e 奥地利 1 9 6 82 86 0 5 01 2l ：o 5m a u t h s i l 娼德国1 9 6 91 64 0 l ：o 6 s e p o u s e 法国1 9 6 91 1 58 5 l ：0 。4 1 8 i 0 7 l a g a d a d i 埃塞俄比1 9 6 92 6 6 01 ：o 1 o o 8 8p o z ah o n d a厄瓜多尔1 9 7 0 6 06 0l ：o 9w i c h l1 9 7 l 5 46 0 4 01 5l ：o 德国 德国 1 9 r 7 l 2 25 0 4 01 5l ：0 1 0m e i sw m k c l 德国 1 9 7 21 41 41 5l ：o l lf i n k c n r a t h 1 2w i c h l ( u ) 德国 1 8 5 0 4 0 1 51 ：o 1 9 7 2 德国 1 9 7 4 1 84 02 ol ：0 1 3e i c h c r s c h i d 1 4 e i x e 砌o r f德国 1 9 7 52 66 0 4 0 l ：o 1 5 l a g u a ad el o s 智剥 1 9 7 63 l6 0 l ：o 1 6 高岛( 西) 中图番：港1 9 7 3 朋 9 0 1 2 0 踟 1 5 1 4上部倾斜 1 7高岛( 衷)中圈番潜 1 9 7 3 所1 0 51 2 0 踟1 5上部倾斜 1 8九星坑中露湖缸1 9 7 7 4 45 0 3 0 l ：o 1 9f i n s l a t a l奥地利1 9 7 7 愿l1 4 蝤)5 0 - - 7 0 2 0 - 3 。0l ：0 4 2 0 武利 日本1 9 7 9 1 5 ( 2 9 ) 5 0 3 ol ：o 1 概论 2 2 k i a z i g 德国1 9 7 8 培l6 7 56 5 5 0 1 5 上韶倾斜 2 3 v e s 眦d a l s t j p a n 挪威1 9 7 8 8 l 3 25 01 2 5l ：o 2 4d h u e n n ( g )德国 1 9 7 9 趣i6 2 。56 01 5 上龆倾斜 2 5k a t l a v a s s挪威 1 9 7 9 8 l3 55 0l - 2 5l ：0 2 6 l e a g a v a m 扭【威 1 9 7 9 飕l2 25 01 2 5 0 ，61 ：0 2 7 s u l b y 英国1 9 7 鲫8 0 3 27 51 5l ：o 2 8碧流河( 左)中国辽宁 1 9 34 98 0 5 01 51 ：0 2 9 碧流河( 右) 中国辽宁1 9 8 3 3 3 5 0 4 0 2 ol ：0 3 0f e i d b a c h德国 1 9 8 41 44 01 ：o 3 l s h i c h i g a s h u k u 日本1 9 8 53 75 0 l ：0 德国 1 9 8 6 1 66 0l ：o 3 2d 唧e 德国 1 9 8 6 3 96 0上部倾斜 3 3 w u p p e r 德国 3 4 r o t t a c h1 9 8 83 8 6 0 l ：o i ：0 3 5 k o r a l p e 奥地利 1 9 9 1 08 87 0 5 0 l ：o 3 6h i n t e r m u h r奥地利 1 9 9 04 07 0 5 0 l ：o ，2 3 7s t o r v a t a 挪威1 9 8 i _ 8 7 9 0 8 0 5 0 挪威 1 9 8 3 瞄 4 5 5 0l ：0 3 8 r i s k a l v a m 撂酸 1 9 3 臼弱 6 2 5 0 l ：0 3 9 j h e , r d a l s v a l l l 挪或 1 9 8 的o5 2 5 01 ：o 4 0 s t y g g e v a m 挪威 1 9 9 1 21 2 01 3 0 l ：o 4 l s 勰g l o t r l v a t n 4 2h o l m v a m 挪成 1 9 9 1 5 5 65 0 l ：0 4 3珊溪中国浙江 1 9 8 4 1 2 6 ( 1 4 6 ) 1 6 q l 弱 2 o 上都饿斜 上部镁斜 4 4 瀑布沟中嗣四川 1 9 9 21 8 22 0 0 6 0 6 0 5 。3 - - 3 ，0上部惯斜 4 5冶勒孛盈娌川 1 9 9 41 2 52 沁- - - 6 0 2 - 0 - - - 3 01 ；0 4 6茅坪溪中圈兰蛱 1 9 9 79 43 一5 0 l ：o 4 7尼尔基( 膏董i )中国内蒙 2 0 ( 1 抛53 97 0 5 03 o 3 西安理工大学工程硕士专业学位论文 1 2 沥青混凝土防渗墙的分类和特点 1 2 1 沥青混凝土防渗墙的分类 a 按结构分类 沥青混凝土防渗墙从结构上说大体可分为两类： ( 1 ) 沥青混凝土斜墙( 包括防渗面板) ； ( 2 ) 沥青混凝土心墙。 b 按沥青混合物分类 沥青混凝土防渗墙按其材料构成大致可以分为三类： ( 1 ) 密实沥青混凝土( 碾压式沥青混凝) 防渗墙。一般骨料最 大粒径为2 0 3 0 m m ，沥青用量为5 8 。 ( 2 ) 块石沥青混凝土防潘墙。填筑一层厚约2 0 r a m 的缅粒沥青混 凝土( 骨科最大粒径8 m m ) ，于其上倾倒一层厚4 0 c m 、粒径l o 4 0 c m 块石( 块石占混合料容积的3 5 4 5 ) ，用振动碾或强力振捣器将块 石压入沥青混合料中去。沥青含量为8 1 2 s 。 ( 3 ) 浇筑式沥青混凝土防渗墙。浇筑式沥青混凝土的沥青用量达 8 ，5 1 6 ，沥青除了填充矿物混合料的空隙外还存在较多的自由沥 青。 c 按施工方法分类 沥青混凝土防渗墙从施工方法上说，大体可分为四类。 ( 1 ) 碾压式防渗墙。将热j 聿后的沥青捏合料按一定的厚度摊铺在铺 筑部位上，然后用适当的压实设备碾压。这是目前使用最广泛的一种 旋工方法。 ( 2 ) 浇筑式防潘墙。将热拌后的沥青混合料浇筑后靠自重压密，不 需要碾压设备。 ( 3 ) 装配式防渗墙。将沥青棍合料预制成沥青板或沥青席，然后运 到现场再装配成防渗体。 ( 4 ) 填石沥青防渗墙。将热拌细料沥青混合料摊铺好，在其上摆放 ( 4 ) 填石沥青防渗墙。将热拌细料沥青混合料摊铺好，在其上摆放 1 概论 块石。然后用大型振动器将块石振捣沉入混合料中。 1 2 2 沥青混凝土防渗墙的特点 ( 1 ) 防渗性能好。碾压式沥青混凝土的渗透系数一般小于1 l o 7 1 0 一c m s 。 ( 2 ) 适应变形能力比较强。沥青混凝土具有较好的柔性，能较好 地适应各种不均匀沉陷，如果一旦发生裂缝，在坝体应力( 包括自重) 作用下，沥青混凝土有自愈( 闭合) 能力。 ( 3 ) 不用粘土防渗，因而可以不占农田，包括耕地。对于缺乏良 好的天然土料的地方，更显示其优越性。 ( 4 ) - v 程量小。般地讲，沥青混凝土防渗体积约占粘性土防渗 体的1 2 0 - 1 5 0 。适合工厂化施工，用工少，效率高，加快了施工进度。 由于沥青混凝土防渗体断面小于土质防渗体断面，因而对要求减小坝 体体积的场合更为适用。 ( 5 ) 由于沥青混凝土防渗墙较薄，工程量小，因而投资较少。 ( 6 ) 沥青混凝土防渗体比土质防渗体易于施工，在多雨地区更显 出其优越性。 1 3 尼尔基水利枢纽沥青混凝土防渗心墙工程简介 尼尔基水利枢纽工程位于黑龙江省与内蒙古自治区交界的嫩江干 流的中游，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 6 1 1 0 8 m 3 ，控制流域面积6 6 4 万k m 2 ，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 域水资源开发利用、防治水旱灾害的核心工程，也是实现北水南调的 控制性工程之一。 尼尔基水利枢纽工程由沥青混凝土防渗心墙土石坝( 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 物等组成。主坝位于河床部位，全长1 6 5 7 3 1 m ，以碾压式沥青混凝土 心墙砂砾石坝为主，沥青混凝土心墙中心线位于坝轴线上游，距坝轴 西安理工大学工程硕士专业学位论文 线2 o m ，心墙两侧设3 o m 宽的砂砾石过渡带，下游砂砾石过渡带后设 竖向和横向排水体。坝顶高程2 2 1 。o o m ，最大坝高4 1 5 m ，坝顶宽8 m 。 碾压式沥青混凝土心墙，高程2 0 0 o o m 以下厚0 7 m ，以上厚0 5 m ，心 墙顶高程2 1 8 5 m 。碾压式沥青混凝土工程量为2 6 9 0 0 m 3 。根据当地气 候条件，施工进度计划安排在4 1 0 月份进行碾压式沥青混凝土防渗 心墙的施工。防渗心墙标准横断面示意图见图1 1 。 尼尔基水利枢纽为大( 一) 型工程。所处的嫩江流域属寒温带季 风气候区，冬季寒冷干燥，历时长达半年；春季多风，蒸发量大；夏 季炎热多雨；秋季降温急骤，历时较短。坝址附近多年平均降水量 4 7 5 m m ，最大降水量7 6 7 4 m m ，最小降水量2 9 6 。2 m m ，降水年内分布 不均匀，主要集中在6 9 月，特别是7 - - 8 月雨量更为集中，冬季降 水很少。嫩江流域尼尔基站多年年平均气温1 5 ，气温年内变化大， 年内最高气温一般出现在7 月，极端最高气温3 9 5 ，最低气温一般 出现在1 月，极端最低气温达4 0 0 。地面风向以n e _ n w 为主，年 平均风速2 5 3 o m s ，多年平均最大风速1 7 7m s ，风向n w ( 吹向主 坝) 。尼尔基水利枢纽坝址区全年气候条件见表1 2 。 图1 1尼尔基水铡枢纽碾压式沥青混凝土标准横断面示意图 6 1 概论 11 oooa n o 小 n o _ 一 a 一 n 一 、nnm - n 1 o- n小小卜 心 oo am 小 n n 一 mn 一 ( - q 一 _ n n o 卜h寸o h叫、 婚 一 hf nn 一 oooo 一一一一 n 衷 西o 甘 一一 n - n、 r 、i n n oo nn oo 一 o 一 n 一 _ 一 oooo n 寸 一 v 、o卜 o o 小 o 、 oo oo 一 峙 一一一 oo h 岔 u oooo n om 一 甘 n oooont q 一一 寸 n n 一 一 妖 oo o h 一 甘卜n - n p 、 a oo ho oooo 寸n 一卜 一 旧 r ，、mo o 卜一n 卜o “ ooo nh _ _ - 一 v 、o 一 n n 一 小 小十 中中小hno no hn 臣 心n 一 oooo 一一 n n 小 小 on 小 o 1 1 1 oo 卜中 、o 中 n n、nn 一 t n- r 、 oon n n 1 1 一一 nn h 一 一 一 一一 nn 一 oooo o o h 一 一 i q o r 、 m、 n n 一 籁籁裁 籁糕 籁 籁糕 籁 每| h h 敝 赋 状 联 辞暇联 ppp p g 基 重 l 童 2 嚣 一、 毫 甚 v 毒 制 v 7 啦 【 嘲 * 逝 畎 也 露 婚 交 媳嫌 一 隧 邀 霸 融 皿 哎 谁 露 嚣卜 no o 暑 g 螭1 t t -螭 叩 2 吸 h h * _ 矗 蟮避肇避p一 绢霸娟蛹 v 窿靛 r r r扩蛹 遵邀 霹避霹溪r嚣露 昏餐 隹卜 嘲嚣 甚卜融 叮皿皿吸礴i匝墨 畎 叹 吣 哎暖呶暖 论妇心谁谁 妇 | 溱 露露露 嚣霹霹露 睁酗甚卜融* * | 慧廿 特 廿 抖 醑j l 卜廿 馘 抵嫡抵螭蚺撩娥 o n 欹审 n、甘，、卜小 _ 一 7 2 沥青混凝土原材料及技术要求 2 沥青混凝土原材料及技术要求 2 1 沥青混凝土原材料及技术要求 2 1 1 沥青 a 沥青的基本特性及用途 沥青是一种有机胶结材料，是由一些极其复杂的碳氢化合物及碳氢 化合物与氧、氮、硫的衍生物所组成的混合物。沥青在常温下呈固体、 半固体或液体状态，颜色为褐色或黑褐色。沥青不溶于水，能溶于二 硫化碳、四氯化碳、三氯甲烷、三氯乙烯等有机溶剂中。 由于沥青具有良好的粘结性、塑性、防水性和防潮性，因而广泛应 用予工业、交通、水利及民用建筑中。目前，水利方面使用的沥青主 要是石油沥青。 b 石油沥青技术性能 水工沥青技术要求基本上与道路沥青近似。 ( 1 ) 粘度与针入度 粘度是指沥青材料在外力作用下，沥青颗粒间产生相互位移时抵抗 变形的能力。由于沥青粘度测定方法比较复杂，目前我国粘稠沥青技 术标准多采用针入度来评定。 沥青的针入度是沥青试样在规定温度条件下，以规定荷重的标准 针，在规定的时间贯入试样中的深度。单位以i l o m m 表示，针入度测 定条件见表2 1 。 表2 - 1针入度测定条件 温度荷重时闻温度荷重时间 ( ) ( g ) ( s )( ) ( g ) ( s ) 0 2 6 0 2 5 1 0 05 42 0 06 04 6 15 05 我国粘稠沥青技术标准规定针入度条件为2 5 0 ，荷重1 0 0 9 ，时间 5 s ，即p ( 2 5 c ，l o o g ，5 s ) 。可按下式计算“针入度温度指数”( 简写 8 西安理工大学工程硕士专业学位论文 为p t i ) ，用以表示沥青温度稳定性。 e t a 2 i v ( 4 6 i ，5 0 9 ，5 s ) 一p ( o ，2 0 0 9 ，6 0 s ) p ( 2 5 c ，10 0 9 ，5 0 沥青的针入度p 与绝对粘度r l ( p 。s ) 之间的关系可用下式表示： r l = f 1 5 8 1 0 9 ) p 2 1 6 因此可以认为，沥青针入度即是沥青在一定温度条件下的条件粘 度，简称”等温粘度”。针入度愈大，粘度则愈小，沥青就愈软。我国粘 稠石油沥青中的道路沥青、普通沥青以及建筑沥青的等级，就是按针 入度值来划分的，故亦称“针入度级沥青”。沥青针入度，是工程上选 用沥青材料的主要根据之一。 ( 2 ) 软化点 沥青是一种高分子非晶态物质。它没有明显的熔点，它从固态转变 为液态，两者之间有很大的温度间隔，因此选择在粘塑态时的一种条 件温度为软化点。最常用的测验方法为“环球法”，它取固化点与液化 点间温度间隔的o 8 7 2 1 倍作为软化点。即 t r b = 0 8 7 21 ( t 。一t ) + t 式中t r b 沥青软化点( 环球法) ，； t 。液化点，； t 固化点，。 我国现行的石油沥青软化点测定方法( 环球法) 操作程序为：试 样放在规定尺寸的铜环内( 内径：上口1 7 4 6 m m ，下口1 5 8 8 m m ，高 6 3 5 r a m ) ，上置规定尺寸和重量的钢球( 巾9 5 3 m m ，重3 5 9 ) 放入水 ( 估计试样软化点低于8 0 c 时) 或甘油( 估计试样软化点高于8 0 。c 时) 中，以5 c m i n 的加热速度加热，使试样软化而下沉达到规定距离 ( 2 5 4 r a m ) ，这时的温度即为软化点，以表示。软化点是测定沥青材 料达到规定条件粘度时的温度，即“等粘温度 。 可以认为沥青软化点是“等粘温度 ，而沥青针入度则是“等温粘 度”，都是沥青粘度的不同表示形式。一般说来，同一种原油所得的沥 9 2 沥青混凝土原材料及技术要求 青针入度可与软化点进行换算。但不同原油所得的沥青，即使具有相 同的针入度，软化点却可以相差很远，故我国沥青技术标准把两者均 列入控制项目。 沥青软化点愈高，则表示沥青的温度稳定性愈好，它在一定程度 上反映了沥青的感温性能，是工程上选用沥青材料的主要依据之一。 ( 3 ) 延伸度 一般认为沥青的延伸度即表示了沥青的塑性。所谓塑性就是指沥 青在一定温度条件下，承受一定的外力作用而产生的不可恢复的变形。 其适应变形能力的大小，以延伸度来表示，延伸度愈大，则塑性愈好。 石油沥青延伸度测定法是将沥青试样制成8 字形标准试件( 最小 断面l c m 2 ) ，在规定温度下，放在与沥青比重接近的水溶液中，以定 速度延伸，至拉断时的长度称为延伸度，以c m 表示。非经另外规定， 温度为2 5 ，拉伸速度为5 o 5 c m m i n 。但是有时为了测定沥青的低 温延伸度，往往采用不同的规定：温度为1 5 、速度5 c m m i n ；或温 度o 、速度l c m m i n 等。 在我国，粘稠石油沥青技术标准对沥青延伸度有明确规定，沥青 延伸度也是选用沥青材料主要根据之一。一般说来，选用粘稠石油沥 青都比较关心沥青的针入度、软化点和延伸度，即所谓沥青三大指标。 这三项指标可以基本上反映沥青性质，它们之间有着相互联系。这三 项试验是目前世界上大多数国家评价沥青性能和分类的主要指标。因 此在今后工程实践和科研活动中，仍要使用这些古老方法，以便相互 比较。 ( 4 ) 溶解度 沥青中不溶于有机溶剂( 苯、二硫化碳、四氯化碳或三氯乙烯等) 的有害杂质含量过多，会降低其技术性能。通常，除特殊研究目的外， 均不作沥青化学组分分析，而仅是检验其溶解度，藉以确定沥青含有 的高分子碳质以及矿物质等有害杂质的含量。沥青溶解度是指试样在 1 0 西安理工大学工程硕士专业学位论文 规定溶剂中可溶物的含量，以重量百分数表示。 ( 5 ) 蒸发损失与针入度比 蒸发损失是表示沥青气候稳定性，即耐久性指标。沥青在加热和 使用过程中，由于发生氧化、缩聚等作用，使得轻质油分挥发，粘度 和软化点提高，针入度减小，延伸度亦随之降低。此时沥青的性质将 发生变化，以致影响工程质量。沥青蒸发损失，是沥青试样在规定温 度条件下，经过规定的时间后，其损失重量占原试样重量的百分率， 非经注明，沥青试样为5 0 9 ，放入直径为5 5 m m 、高度为3 5 m m 的盛样 皿内，制成试样厚为2 1 m m ，加热时间为5 h ，加热温度，石油沥青为 1 6 3 。但是这项试验，有时也会出现不是减量而是增量的情况，这是 由于氧化所增加的重量超过了轻质成分的挥发量。蒸发损失后的残留 物可进行针入度试验，蒸发损失后试样的针入度与原针入度之比乘上 1 0 0 ，即为残留物针入度占原针入度的百分数，称之为蒸发后针入度比 ( ) 。 ( 6 ) 闪点与燃点 沥青混凝土采用热法施工时，对于沥青材料必须加热。测定沥青 闪点及燃点之目的，就是为了控制施工时沥青极限加热温度，避免发 生燃烧，甚至造成火灾。闪点与燃点的测定方法为，将沥青试样放入 标准杯中，以4 4 - l c r a i n 速度升温，加热到它的蒸气与空气的混合气 体接触火焰发生闪光的最低温度，称为开口杯法闪点。继续加热到它 的蒸气能被接触的火焰点着并燃烧不少于5 s 时的最低温度，称为开口 杯法燃点。 ( 7 ) 密度 沥青材料的密度是指在2 5 下单位体积试样所具有的质量，以1 3 2 5 表示。 ( 8 ) 水分 当沥青中含有水分时，沥青加热就会使水分蒸发而形成泡沫。随 2 沥青混凝土原材料及技术要求 着温度升高泡沫逐渐增加，结果使沥青从脱水锅中溢出，可能因此而 引起火灾；而用慢火加热脱水，水分蒸发就慢，往往造成停工待料。 故我国旧标准中，粘稠沥青与液体沥青对含水量均有限制。沥青含水 量用试样内含有的水分占试样重量的百分率表示。在粘稠沥青中，此 项试验是用一种挥发性的水量。如是液体沥青则直接抽提测定含水量。 ( 9 ) 脆点 沥青材料随着温度的降低，由粘一塑性状态逐渐转变为弹一脆性 状态，因而表现为塑性逐渐减少，脆性逐渐增加。沥青在低温时的变 形性能是水工沥青的一个极为重要的指标。目前除了进行低温延伸度 试验外，较多地采用产生条件脆裂时的温度，即所谓“脆点 来表示。 由于试验方法的不同，相同的一种沥青可以得到非常不同的结果，为 取得一致条件下的可比性，目前世界各国多采用a 弗拉斯建议的方 法( 以下简称弗氏法) 。 按弗氏法的定义，沥青脆点的测法是：0 4 l c m 3 沥青试样，匀布在 4 1 m m 2 0 r a m 的标准金属片上，此金属片装置在脆点仪弯曲器的夹钳 上，稍微弯曲地置于间距为4 0 m m 的夹钳中，将弯曲器置于每分钟降 低l 德瓦尔真空器中，均匀摇动手柄，以每秒钟l 圈的速度旋转手柄， 用1 1 s 时间使夹钳间距由4 0 m m 缩至3 6 5 m m ，迫使夹钳所夹的涂有沥 青的金属片弯曲。同时又以同样速度使夹钳恢复至起始位置。如此每 降1 ，进行弯曲试验一次。金属片上的沥青涂层出现第一次裂缝时的 温度即为脆点。 世界各国道路沥青规范中，前苏联、罗马尼亚、德国、西班牙、 比利时等国将脆点列入了沥青控制项目中。 ( 1 0 ) 薄膜烘箱试验 按照美国a s t md l7 5 4 7 8 的规定，该试验是将沥青试样5 0 9 放 入盛样皿内，制成厚度为3 2 r a m 、直径1 4 0 r a m 的沥青薄膜，然后将盛 样皿安放在一个带有转盘的烘箱内，转盘直径大于2 5 c m ，以5 5 l r m i n 西安理工大学工程硕士专业学位论文 的速度作水平旋转，烘箱温度为1 6 3 c ，加热5 h ，然后测定沥青残渣 的技术性质。 c 沥青化学组分和时问的关系 沥青化学组分并非绝对的稳定性质，由于阳光、温度、空气、水 等自然因素，沥青发生氧化聚合作用，将使沥青变脆，随着时间的推 延，使沥青中分子量较小的碳氢化合物，如油分、树脂转化为较高分 子组分的沥青质。沥青中化学组分随时间增长与温度变化而转化为其 它组分的过程，称为沥青的“老化 。 此外要特别注意加热拌和时的温度管理闯题。沥青老化很大程度 上是由于施工过程中加热不当所造成的。在加热拌和时，如果超过适 当温度，沥青就会急速老化，变成极脆的沥青，这种老化速度比实际 工程中产生的老化速度要大的多。 解决沥青老化的办法有：尽量减少沥青混凝土的孔隙率，以提高 耐久性；填加外加剂( 水泥、消石灰) 以提高骨料与沥青的粘附性； 平时对工程作定期检查：设置保护层，或改变表面暴露式结构为埋藏 式结构等。 我国原石油工业部所属各炼油厂正式生产的道路石油沥青规定的 技术标准见表2 2 。 d 碾压式沥青混凝心墙游青的选择 石油沥青的品种应根据工程的类