抽水蓄能电站沥青混凝土配合比设计方案

抽水蓄能电站土建及金属结构安装工程抽水蓄能电站沥青混凝土配合比设计方案批准： 审定： 审核： 编制： 抽水蓄能电站工程施工项目部 抽水蓄能电站土建与金属结构安装工程沥青混凝土配合比设计方案公司目 录1. 工程概况11.1上水库11.2下水库21.3气象31.4沥青混凝土面板结构组成32. 试验目的43. 编制依据53.1设计要求53.2引用规程规范54. 项目部总体工期计划55. 沥青混凝土配合比时间计划66. 室内配合比设计方案96.1原材料试验96.2设计说明及设计原则136.3配合比试验166.4性能全项试验247. 完成配合比设计的保证措施277.1 保证措施277.2设备物资配置281. 工程概况1.1上水库上水库位于仑山主峰西南侧沟谷中，北、东、西三面由高程 290.8400.4m 的山脊及山峰组成，山体较宽厚，东南侧为坳沟的沟口，地形条件较好。上水库主要工程有主坝、副坝、库岸公路、库盆防渗等。正常蓄水位267.00m，死水位239.00m。上水库主坝为沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程 272.40m，最大坝高182.30m(坝轴线处)，坝顶长度810m，坝顶宽度10.0m。坝体上游面坡比1:1.7，下游面240m高程以上坡比为1:1.9，240m高程以下坡比为1:1.8，下游坝坡每隔 35m 设一级马道，马道宽3m。副坝坝型为沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程272.40m，坝顶宽度10.0m，最大坝高34.5m（坝轴线处），坝顶长度210m。坝体上游面坡比为1:1.7，下游面240m高程以上坡比1:1.9，240m 高程以下坡比1:1.8。上水库库盆由主副坝、库周1:1.7坡比的开挖坡及库底大平台围成。库底平台由半挖半填而成，平台高程236.50m237.00m。全库底采用厚1.5mm的HDPE 土工膜防渗，库底回填部位采用工程开挖料回填并碾压，其上部填筑1.5m 厚过渡料、0.5m 厚垫层料，库底开挖岩基部位土工膜防渗体下设0.5m厚垫层料，土工膜上部采用土工布保护，并用砂袋压敷；库周为沥青混凝土面板，下设0.8m厚垫层料。沥青混凝土面板由2mm厚沥青玛蹄脂、10cm厚沥青混凝土防渗层及10cm厚胶结层组成。土工膜与大坝防渗面板采用连接板连接；土工膜与岸坡防渗面板连接处、库底等部位设置排水观测廊道。1.2下水库下水库（坝）位于仑山水库库尾，姊妹桥溪高家边村至上孟村之间的河段。下水库主要工程有大坝、溢洪道、放水管、库盆防渗及库岸防护等。下水库正常蓄水位81.00m，死水位65.00m。采用半库盆防渗型式，即库岸沥青混凝土面板+库底黏土铺盖防渗型式。下水库大坝为沥青混凝土面板堆石坝。坝顶高程87.0m，最大坝高 36.0m，坝顶长度700m，坝顶宽度8.5m。坝体上游面坡比1:1.7，下游坡比1:1.8。下水库南库岸、东库岸为沥青混凝土面板，下设0.8m厚垫层。沥青混凝土面板由 2mm 厚沥青玛蹄脂、10cm厚沥青混凝土防渗层及8cm厚胶结层组成。1.3气象本电站地居中纬度，属亚热带气候，冬季寒冷干燥；夏季炎热多雨。由于下库流域内无实测气象资料，主要根据句容市气象站资料统计。据句容市气象站19712009年资料统计，多年平均气温15.4，极端最高气温39.2（2003年），极端最低气温-14.8（1991年）；七月为最热月份，平均气温27.8，一月为最冷月份，平均气温2.4。气温特征值统计成果见表1-1。表1-1：句容气象站气温征值统计表 单位：月份123456789101112年多年平均2.44.38.714.920.324.427.827.122.617.110.74.615.4极端最高20.627.829.333.236.337.337.839.236.932.128.821.939.2出现年份1972200919732005198719811978、2001200319951985、2002197920082003极端最低-13.4-10.6-5.4-1.06.012.016.317.010.1-0.3-5.4-14.8-14.8出现年份19771990198819951974198119761974198719861993199119911.4沥青混凝土面板结构组成沥青混凝土面板结构组成见表1-2。表1-2：沥青混凝土面板结构组成结构层材料级配组成厚度（cm）封闭层改性沥青马蹄脂0.2防渗层普通沥青混凝土10整平胶结层普通沥青混凝土10(上库)8(下库)2. 试验目的江苏句容抽水蓄能电站地处非严寒地区，多年平均气温为 15.4，极端最高气温为39.2，极端最低气温为-14.8。针对句容抽水蓄能电站上、下水库沥青混凝土面板的特点，以及当地气象条件，在沥青混凝土原材料调研的基础上，通过室内试验选择合适的沥青、骨料等原材料，进行沥青混凝土配合比设计和物理力学性能试验。封闭层采用改性沥青，防渗层（包括加厚层）、整平胶结层拟采用普通沥青。试验研究的主要任务是在室内条件下，对组成沥青混合料的主要原材料进行物理力学性能指标及化学成分检测分析，进行沥青混凝土配合比设计与相关的物理力学性能试验。其目的是：（1）通过对沥青混凝土原材料沥青、粗骨料、细骨料、填料及掺料的检验，提出适合本工程要求的沥青品种，提出适宜的沥青、矿料和掺料的技术指标。（2）针对选定的沥青、骨料、填料，研究初定满足工程要求的各层沥青混凝土配合比，研究合适的沥青、矿料、掺料及外加剂用量，初选配合比。（3）对初步选定的沥青混凝土配合比，进行相关的沥青混凝土物理力学性能试验，以确定满足工程要求的面板沥青混凝土性能指标。根据沥青混凝土物理力学性能试验成果，推荐最终的设计配合比，并为上、下水库沥青混凝土面板施工配合比设计提供参考。3. 编制依据3.1设计要求（1）江苏句容抽水蓄能电站沥青混凝土面板现场试验技术要求（2）设计图纸及技术文件。3.2引用规程规范（1）土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范DL/T 5411-2009（2）沥青混凝土面板堆石坝及库盆施工规范DL/T 310-2013（3）公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004（4）水工碾压式沥青混凝土施工规范DL/T 53632016（5）水工沥青混凝土试验规程DL/T 5362-2006（6）公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011（7）公路工程集料试验规程JTG E42-20054. 项目部总体工期计划按2020年3月1日正式进行沥青混凝土面板施工的节点目标反推工期，初步计划如下：2019年8月完成料场的剥离，具备开采条件；2019年9月底前完成沥青混凝土配合比试验；2019年10月完成沥青混凝土拌和系统建设；2019年10月完成场外试验场地建设（包括平整场地、碎石垫层施工、人工摊铺部位、变形模量试验等工作）,完成主绞车架的调试；2019年11月2020年1月（春节前）完成第一次、第二次场外工艺性试验（包括平地、斜坡的整平层、防渗层等）；2020年2月（春节后）完成场内生产性试验。5. 沥青混凝土配合比时间计划根据项目部安排的时间计划，2019年9月30号前完成沥青配合比的设计工作，依据设计下发相关技术要求，结合沥青配合比设计各程序需要同时参考以往经验，特制订以下时间计划：原材料准备阶段：7月10日前，项目部提供满足级配要求的粗细骨料、矿粉、沥青等原材料；整平层配合比设计：7月11日至8月5日，整平层配合比25天；;防渗层配合比设计：8月6至9月10日，防渗层配合比35天；数据分析及报告整理：9月11至9月20日；报送监理审批：9月21日至9月30日。改性沥青玛蹄脂设计：10月1日至10月10日；沥青砂浆设计：10月11日至10月20日报送监理审批：10月21日至10月30日。整平层和防渗层设计流程及时间安排如图5-1、5-2所示。6. 室内配合比设计方案6.1原材料试验6.1.1原材料检测流程原材料检测流程，如图6-1所示。第 10 页 共 29 页6.1.2配合比设计需要原材料数量配合比设计所需原材料清单，见表6-1。表6-1：沥青配合比材料需用量清单类别规格型号需要质量（kg）时间节点备注普通沥青SG903002019年7月10日前邮寄到鼎诚公司收样人：李群芳/郑明慧，电话13997671386邮寄地址：湖北省宜昌市西陵区上岗路6号鼎诚工程技术服务有限公司三种水工普通沥青，各300kg改性沥青/100两种改性沥青，各100kg粗骨料19.0mm-16.0mm灰岩1500白云岩2019年7月1日前准备完毕，石灰岩2019年7月10日前准备完毕，7月11日一起发宜昌鼎诚白云岩75016.0mm-9.5mm灰岩1500白云岩7509.5mm-4.75mm灰岩1500白云岩7504.75mm2.36mm灰岩800白云岩400细骨料（人工砂）0mm2.36mm灰岩20002019年7月10日前准备完毕，7月11日一起发宜昌鼎诚白云岩1000天然砂0mm4.75mm1500矿粉/7502019年7月10日前准备完毕，7月11日一起发宜昌鼎诚灰岩矿粉6.1.3矿料矿料包括粗骨料、细骨料和填料。粗骨料为粒径大于 2.36mm（方孔筛）的石料，细骨料为粒径 0.075mm2.36mm（方孔筛）的石料。试验所采用的粗、细骨料采用工程开挖灰岩、白云岩骨料加工。应分别利用灰岩、白云岩进行粗、细骨料试验，并取得试验成果。填料采用粒径小于0.075mm的矿粉，要求不结团块、不含有机质及泥土，由灰岩、白云岩骨料加工或当地水泥厂生产的灰岩矿粉。矿料试验项目包括：（1）粗骨料：颗粒级配、表观密度、与沥青粘附性能、针片状颗粒含量、压碎值、吸水率、含泥量、耐久性（坚固性）、酸碱性。（2）细骨料：颗粒级配、表观密度、吸水率、水稳定等级、耐久性（坚固性）、有机质及泥土含量。（3）填料：表观密度、亲水系数、含水率、细度。其技术指标应满足表6-2、6-3、6-4的要求。表6-2：沥青混凝土所用粗骨料技术要求序号项目单位技术要求说明1表观密度g/cm32.62与沥青黏附性级4水煮法3针片状颗粒含量%25颗粒最大、最小尺寸比34压碎值%30压力 400kN5吸水率%26含泥量%0.57耐久性%12硫酸钠干湿循环5次的质量损失8岩石酸碱性碱性岩石表6-3：沥青混凝土所用细骨料技术要求序号项目单位技术要求说明1表观密度g/cm32.552吸水率%23水稳定等级级6碳酸钠溶液煮沸1min4耐久性%15硫酸钠干湿循环5次的质量损失5有机质及泥土含量%2表6-4：沥青混凝土所用填料技术要求序号项目单位技术要求说明1表观密度g/cm32.52亲水系数1.0煤油与水沉淀法3含水率%0.54细度0.6mm%1000.15mm%900.075mm%856.1.4沥青沥青原材料试验选择考虑如下：普通石油沥青选择三个厂家。上、下水库防渗面板沥青混凝土防渗层、整平胶结层试验所用沥青相同，统一采用普通石油沥青SG90，根据SG90的原材料试验结果，确定最后采用哪种沥青。封闭层试验采用改性沥青。主要试验项目包括：针入度、延度（15/4）、软化点、溶解度、脆点、闪点、密度、含蜡量，薄膜烘箱后质量损失、针入度比、延度（15/4）和软化点升高。组数要求：每个厂家考虑组进行检测。其技术指标应满足表6-5的要求。表6-5：普通石油沥青SG90技术要求项目单位质量指标DL/T5411-2009SG90针入度（25，100g，5s）1/10mm80100延度（5cm/min，15）cm150延度（1cm/min，4）cm20软化点（环球法）4552溶解度（三氯乙烯）%99.0脆点-12闪点（开口法）230密度（25）g/cm3实测含蜡量（蒸馏法）%2薄膜烘箱后质量损失%0.3针入度比%70延度（5cm/min，15）cm100延度（1cm/min，4）cm8软化点升高56.2设计说明及设计原则6.2.1设计说明（1）在确定了符合6.1要求的料源后，我公司根据设计规定的技术要求，对选定的原材料进行多种配合比选择试验，优选出能满足设计要求的整平层、防渗层、封闭层沥青玛蹄脂和沥青砂浆的配合比参数，确定适用于现场铺筑试验的沥青混凝土配合比。（2）沥青混凝土室内配合比设计试验主要试验项目有：沥青混凝土原材料的性能试验，沥青混凝土矿料级配及最佳沥青用量的选择试验，沥青混凝土物理力学及变形性能试验（性能全项试验），推荐的沥青混凝土标准配合比，改性沥青玛蹄脂试验，沥青砂浆试验。（3）我公司进行充分的配合比试验，确定各组成材料的自然可变性所造成的影响。试验沥青混凝土混合料中，应使用材料变化范围的极端值，以验证配合比中材料变化的可接受的范围。（4）用于整平层和防渗层渗透性试验选用的配合比，应是在各自设计配合比所规定的骨料粒径、填料、沥青用量和密度范围中具有可能获得最大孔隙率。（5）用于整平层和防渗层斜坡稳定性试验所选用的配合比，应是在各自设计配合比所规定的骨料粒径、填料和密度范围内所能获得最小孔隙率和沥青用量最大。（6）用于进行防渗层的冻断、水稳定性、弯曲、拉伸及柔性试验所选用的配合比，应是在设计配合比范围内沥青用量最小的那种。（7）对每种沥青混凝土选定的配合比应进行敏感性试验，校验沥青用量分别增减0.3%、填料用量分别增减1%情况下的密度、孔隙率和渗透系数的相关性。每种沥青混凝土还应在标准马歇尔试验基础上分别制作3种温度和3种击实条件下的试样。在上述不同沥青用量、不同填料用量、不同温度和击实条件下，每种沥青混凝土的性质不应发生本质上的变化，并满足本技术6.3和6.4的规定。（8）在现场铺筑试验开始前，我公司向项目部提交面板每层的沥青混凝土的室内设计配合比及满足各项要求的试验成果，供项目部提交监理工程师批准。提交件内容（但不限于）包括6.1中要求的沥青混凝土各种料源的详细情况，以及设计配合比的允许变化范围。（9）室内设计配合比的参数在经过成功的现场铺筑试验的验证调整，并经监理工程师的批准后，确定为生产配合比。项目部应验证在室内设计配合比采用容许的极限值时，这些材料是否仍能符合6.3和6.4的要求。（10）本次试验以灰岩作为粗、细骨料使用性能较优，在其后的配合比试验中，可采用灰岩骨料为主开展后续试验。在提出防渗层、整平层等推荐配合比后，做2组白云岩作为粗、细骨料的沥青混凝土配合比对比试验。6.2.2沥青混凝土各层配合比设计原则（1）整平层整平层的设计配合比应为其上面的防渗层或加厚层提供一个均匀有粘聚性的基础。在被碾压后整平层应有符合6.3和6.4要求的渗透性，防止在整平层和防渗层之间由于滞留水分而产生气泡，导致防渗层出现鼓包现象。整平层采用SG90沥青，配合比参数选择范围为：沥青含量4%5%，填料占矿料总重的5%8%，骨料的最大粒径不大于19mm，级配指数0.60.9。（2）防渗层粗、细骨料和填料应按一定的比例混合，以制成符合要求的级配良好、混合稳定的矿料。防渗层采用普通石油沥青SG90，配合比参数选择范围为：沥青含量6.5%8.5%，填料占矿料总重的10%14%，骨料的最大粒径16mm，级配指数0.20.5。（3）沥青玛蹄脂封闭层封闭层采用改性沥青玛蹄脂，设计配合比应适应低温环境，应使防渗层密封，防止大气影响而造成防渗层的老化，封闭层应在斜坡上保持稳定，温度70下不流淌，低温不开裂并应能粘附在防渗层上。改性沥青马蹄脂配合比参数范围为：沥青:填料（3040）:（6070）。6.3配合比试验6.3.1配合比试验流程配合比试验流程，如图6-2、6-3所示。6.3.2整平层沥青混凝土根据原材料检测试验成果，整平层选择一种的最佳普通石油沥青进行配合比试验。根据工程经验，整平层配合比参数选择范围为：骨料最大粒为19mm，选择3个骨料合成级配，沥青含量分别为4.0%、4.5%、5.0%。其技术指标应满足表6-6的要求。表6-6：整平层沥青混凝土技术要求序号项目单位技术要求说明1孔隙率%10152热稳定系数1.020与50时的抗压强度之比3水稳定系数0.54渗透系数cm/s110-2110-4根据原材料检测试验确定的矿料和沥青成果，采用性能较优一种普通石油沥青进行以下试验，主要以孔隙率、渗透系数作为选择的依据指标。配合比选择及优化试验组数及试验程序，并按照相关规范规程确定的试验组数。（1）矿料合成级配选择试验根据工程经验，拟定骨料最大粒径、沥青含量、矿粉含量，进行不同矿料合成级配的配合比试验，根据级配指数（0.6、0.7、0.8）初拟3种合成级配，组成不同沥青混凝土配合比，检测孔隙率、渗透系数、密度指标。根据不同骨料合成级配试验结果，初选出1种较优的矿料合成级配进行下一步试验。（2）矿粉含量选择试验在矿料合成级配选择试验成果基础上，初拟4种矿粉含量（分别为5%、6%、7%、8%），组成不同沥青混凝土配合比，检测孔隙率、渗透系数、密度指标。根据不同矿粉含量组成的沥青混凝土配合比试验结果，初选出1种较优矿粉含量进行下一步试验。（3）沥青含量选择试验在初选的合成级配、矿粉含量基础上，根据工程经验，初拟出3种的沥青含量（分别为4.0%、4.5%、5.0%），组成不同沥青混凝土配比，检测孔隙率、渗透系数、密度指标。根据试验成果，结合合成级配选择、矿粉含量选择试验，最终推荐1种较优配合比进行下一步试验。6.3.3防渗层沥青混凝土防渗层沥青混凝土应具有防渗性能，抗高温不流淌的特性。根据原材料检测试验成果，选择一种较优沥青进行配合比试验。根据工程经验，防渗层初拟骨料最大粒径为16mm，选择4个矿料合成级配，沥青含量建议范围为6.5%8.5%。根据原材料检测试验确定的矿料和沥青成果，采用推荐的性能较优的一种石油沥青进行配合比选择及优化试验，主要以孔隙率、斜坡流淌值作为选择依据。配合比选择及优化试验组数及试验程序，并按照相关规范规程确定的试验组数。其技术指标应满足表6-7的要求。表6-7：防渗层沥青混凝土技术要求序号项目单位技术要求备注1密度（表干法）g/cm32.352孔隙率%3.0芯样2.0马歇尔试件3渗透系数cm/s110-84水稳定性%905斜坡流淌值mm0.8马歇尔试件，1:1.7,70，48h6冻断温度-20不开裂7拉伸应变%0.74，拉伸速率0.34mm/min8弯曲应变%2.04，拉伸速率0.5mm/min（1）矿料合成级配选择试验根据工程经验，拟定骨料最大粒径、矿粉含量和沥青含量，进行不同矿料合成级配的配合比试验。根据4种级配指数（0.2、0.3、0.4、0.5）初拟4种合成级配，组成不同沥青混凝土配合比，检测马歇尔击实试件的孔隙率、斜坡流淌等指标。矿料级配选择可采用富勒级配公式：或采用丁朴荣教授基于富勒公式提出的矿料级配公式：式中：孔径为筛的总通过率，；填料用量，；r级配指数；某一筛孔尺寸，mm；矿料最大粒径，mm。根据不同矿料合成级配的试验结果，初选出 1 种较优的矿料合成级配进行下一步试验。（2）矿粉含量选择试验在矿料合成级配选择试验成果基础上，初拟5种矿粉含量（分别为10%、11%、12%、13%、14%），组成不同沥青混凝土配合比，检测孔隙率、斜坡流淌等指标。根据不同矿粉含量组成的沥青混凝土配合比试验结果，初选出1种较优矿粉含量进行下一步试验。（3）沥青含量选择试验在初选的合成级配、矿粉含量基础上，初拟5种的沥青含量（分别为6.5%、7.0%、7.5%、8.0%、8.5%），组成不同沥青混凝土配比，检测孔隙率、斜坡流淌等指标。根据不同沥青含量组成的沥青混凝土配合比试验结果，结合合成级配选择、矿粉含量选择试验，最终推荐 1 种较优配合比进行下一步试验。6.3.4沥青砂浆设在沥青混凝土面板与周边混凝土结构连接处的楔形体沥青砂浆，应保证连接部位黏结牢固、稳定、防渗、变形协调。其技术指标应满足表6-8的要求。表7-8：沥青砂浆技术要求序号项目单位技术要求说明1孔隙率%22小梁弯曲应变%4试验温度43施工黏度Pa.s1031044分离度cm/s1.05试验时将沥青、矿物填料和砂子加热混合而成的沥青砂浆，做3种级配试验，砂子细度模数控制在1.32.4范围，沥青砂浆孔隙率02。通过流动性及强度等试验确定最佳配合比。6.3.5封闭层根据原材料试验成果，封闭层选择 2 种改性石油沥青进行配合比试验。根据工程经验，沥青马蹄脂配合比参数范围为：沥青:填料（3040）:（6070）。填料选用原材料试验结果中推荐的矿粉。初拟每种改性沥青采用 2 种配合比，对每组配合比进行斜坡热稳定性及低温脆裂等试验，最终推荐满足工程封闭层要求的改性石油沥青及沥青马蹄脂配合比。封闭层沥青马蹄脂技术要求及试验项目、试验条件见表6-9。表6-9：封闭层技术要求及试验条件说明序号项目单位技术要求试验方法及说明1斜坡热稳定性不流淌在沥青混凝土防渗层20cm30cm面上涂2mm厚沥青玛蹄脂，在1:1.7坡，70，48h2低温脆裂无裂纹2mm厚沥青玛蹄脂按-20进行二维冻裂试验3柔性无裂纹0.5mm厚沥青玛蹄脂，180对折，54密度g/cm3实测值5软化点90根据上述确定的封闭层沥青玛蹄脂配合比，选用推荐的沥青原材料，采用灰岩矿粉料，进行封闭层沥青混凝土试验，试验组数为1组。6.4性能全项试验6.4.1性能全项试验流程性能全项试验流程，如图7-4所示。6.4.2整平层沥青混凝土性能全项试验针对配合比优化试验推荐的配合比，对原材料试验初选的普通石油沥青进行全项沥青混凝土物理力学性能试验。最终确定最佳配合比及满足各项性能指标的矿料级配和沥青用量的允许范围，每种配合比进行试验项目及条件见表7-10。表7-10:整平胶结层技术要求及试验条件说明项目单位技术要求说明孔隙率%1015渗透系数cm/s110-2110-4热稳定系数4.520与50时的抗压强度之比水稳定系数0.90密度g/cm3实测值根据上述沥青混凝土的力学性能试验结果，推荐出满足工程需要的建议沥青品种及沥青混凝土配合比。6.4.3防渗层沥青混凝土性能全项试验针对配合比优化试验推荐的配合比，对原材料试验初选满足要求的2种普通石油沥青进行全项沥青混凝土物理力学性能试验。最终确定最佳配合比及满足各项性能指标的矿料级配和沥青用量的允许范围，每种配合比进行试验项目及条件见表6-11。表6-11：防渗层技术要求及试验条件说明项目单位技术要求说明孔隙率%2.0室内马歇尔击实试件渗透系数cm/s110-8水稳定系数0.90斜坡流淌值mm0.8马歇尔试件（1:1.7 坡，70C，48h），（常温时开始进行数据记录，作为初始读数）绘制流淌值-温度-时间曲线。密度g/cm3实测值拉伸试验试验温度 4条件下，测定拉伸强度、拉伸应变、拉伸变形模量和应力应变过程曲线。提供关系曲线。小梁弯曲试验试验温度 4条件下，测定抗弯强度、弯拉应变、弯曲变形模量及挠跨比。提供关系曲线。根据上述沥青混凝土的力学性能试验结果，推荐出满足工程需要的建议沥青品种及沥青混凝土配合比。7. 完成配合比设计的保证措施7.1 保证措施7.1.1组织保证措施（1）发挥公司的整体优势，做好队伍组织动员工作，针对工程项目特点，组建高素质的试验人员并按检测计划及时开展工作。（2）建立健全项目管理机构