辉长岩骨料在沥青砼心墙施工中的适用性研究

杨海锋

(三峡大学水利与环境学院 湖北宜昌 443002)



辉长岩骨料在沥青砼心墙施工中的适用性研究

杨海锋

(三峡大学水利与环境学院 湖北宜昌 443002)

原材料的选择是影响沥青混凝土心墙施工质量的一项重要因素。为了研究辉长岩骨料对沥青混凝土心墙施工的适用性，结合四川省米易县马鞍山水库工程的实际，从辉长岩骨料的化学成分、物理性能、与沥青的黏附性及现场应用效果等方面，对辉长岩骨料的适用性进行试验和分析，以求证辉长岩骨料适用性。

沥青混凝土心墙；辉长岩骨料；适用性；马鞍山水库

0 引言

自20世纪90年代以来，随着三峡工程茅坪溪土石坝和四川南垭河冶勒工程两座沥青混凝土心墙坝的成功修建，以沥青混凝土心墙作为防渗体的坝型在我国得到了较为广泛的应用，目前我国建成或在建的沥青混凝土心墙坝已将近100座。

沥青混凝土相对于水泥混凝土来说，具有一定的柔韧性，适应变形的能力较强，但由于沥青混凝土心墙结构单薄，渗透系数一般要求达到10-8cm/s，故对施工质量的要求较高。通过大量的实践证明，影响沥青混凝土心墙施工质量的主要因素包括两方面：一是原材料的选择，二是施工工艺的选择及过程控制。

四川省米易县马鞍山水库工程拦河坝高度68m，坝型为沥青混凝土心墙石渣坝。沥青混凝土心墙粗骨料宜采用碱性岩石(石灰岩、白云岩等)，当采用酸性岩石时，应进行试验论证，必要时可采取措施改善骨料与沥青的黏附性[1]。由于离本工程最近的石灰岩料场运距约100km，且岩石风化较为严重，夹层较多，若选择石灰岩料场作为沥青混凝土骨料的料场，一是质量难以控制，二是经济成本过高。通过现场勘察，大坝附近的辉长岩料场储量丰富，岩石质地坚硬，夹层较少，便于开采和质量控制。但辉长岩骨料能否作为沥青混凝土心墙的施工材料，需要通过试验论证，对其适用性进行研究，然后才能用于沥青混凝土心墙施工。因此，施工单位委托西安理工大学防渗研究所对辉长岩的岩性进行了鉴定，然后采用辉长岩骨料对沥青混凝土进行试配，并根据推荐的配合比，检测了沥青混凝土的各项性能。

1 岩石的化学分析及岩性判断

2014年10月，施工单位在辉长岩料场选取了具有代表性的岩石送至西安理工大学防渗研究所实验室。通过试验检测，西安理工大学防渗研究所出具了辉长岩化学分析试验报告，检测成果见表1。

表1 辉长岩化学分析试验成果表

根据矿料化学分析结果，对骨料酸碱性进行判断主要有两种方法：(1)矿物分析法，当SiO2含量<45%时为超碱性，SiO2含量为45%～52%时为碱性；SiO2含量为52%～65%时为中性；SiO2含量>65%时为酸性；(2)计算法，M=(CaO+MgO+FeO)/SiO2，当M>1 时为碱性，M=0.6～1时为中性，M<0.6时为酸性。

根据岩石化学分析结果(见表1)，SiO2含量41.15%为超碱性，M=(CaO+MgO+Fe2O3)/SiO2=(17.24+6.01+13.26)/41.15=0.89为中性。为慎重起见，本工程的辉长岩综合判断为中性，并对辉长岩骨料用于沥青混凝土的适用性作进一步的试验和研究。

2 辉长岩粗骨料的适用性试验

辉长岩粗骨料鉴定试验包括骨料密度及吸水率试验、与沥青的黏附性试验、坚固性试验、抗热性试验以及压碎率试验[1]。

西安理工大学防渗研究所实验室用小型破碎机对现场选取的辉长岩块石进行了破碎，筛分为19mm～16mm、16mm～13.2mm、13.2mm～9.5mm、9.5mm～4.75mm、4.75mm～2.36mm和<2.36mm粒径6级矿料。沥青混凝土粗骨料选取粒径在19mm～2.36mm间的碎石[1]；细骨料选用辉长岩人工砂和天然河砂(各占一半)；填料采用石灰岩矿粉；沥青采用为克拉玛依70号A级沥青。经过试验检测，辉长岩粗骨料质量鉴定成果见表2。

表2 辉长岩粗骨料质量鉴定成果表

注*：在沥青中加沥青重的0.2%PA-1抗剥落剂后与辉长岩的黏附力为4级；加0.3%黏附力为5级；加0.4%黏附力为5级。

鉴定结论：辉长岩质地坚硬，在加热过程中未出现开裂、分解等现象，在沥青中加入沥青重0.2%以上PA-1抗剥落剂后与沥青黏附力强，坚固性好，满足SL 501—2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》规定的沥青混凝土粗骨料的技术要求，可作为沥青混凝土心墙的粗骨料。

3 辉长岩细骨料的质量鉴定

沥青混凝土中细骨料是指粒径在2.36mm～0.075mm的颗粒。细骨料质量鉴定试验包括表观密度、吸水率、水稳定等级、坚固性以及<0.075mm颗粒含量测定[1]；辉长岩细骨料质量鉴定成果见表3。

表3 辉长岩细骨料质量鉴定成果表

由表3可知，辉长岩破碎后的人工砂细骨料满足SL 501—2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》规定的沥青混凝土细骨料的技术要求，可作为沥青混凝土心墙的细骨料。

4 沥青混凝土配合比初选及确定

沥青混凝土配合比初选是根据不同骨料级配指数、不同矿粉、油石比(即沥青质量占矿料总质量的百分比)和天然砂组成各种不同配合比，通过基本性能(孔隙率、变形和强度)试验，选择出满足工程要求的较优配合比沥青混凝土。根据沥青混凝土心墙的受力特点，在室内试验中采用劈裂试验(也叫间接拉伸试验)，其试验条件的应力和变形特性与沥青混凝土心墙工作状态相近，能较好地评价心墙配合比沥青混凝土的性能，试验温度为19.6℃[1]。

通过沥青混凝土配合初选的各项试验数据，西安理工大学防渗研究所优选了配合比参数，然后对推荐配合比沥青混凝土进行性能验证试验，包括小梁弯曲、拉伸、压缩、水稳定性能和渗透试验，对推荐的配合比的各项性能指标进行了检验，试验检测结果见表4。

表4 推荐配合比沥青混凝土验证性试验成果表

最后，西安理工大学防渗研究所通过沥青混凝土依据室内试验成果，从防渗、变形、强度、施工、耐久性和经济性等考虑，推荐了米易县马鞍山水库工程大坝心墙的沥青混凝土配合比。

2015年5月，施工单位按照推荐的配合比进行了现场摊铺碾压试验[2]。通过现场沥青混合料抽提试验及沥青混凝土各项物性试验结果，西安理工大学防渗研究所推荐的沥青混凝土配合比与现场比较吻合，最终确定的施工中使用的原材料、配合比及矿料级配见表5～表7。

表5 沥青混凝土原材料表

表6 沥青混凝土配合比级配参数表

表7 配合比的矿料级配表

5 沥青混凝土心墙的施工效果

米易县马鞍山水库工程辉长岩料场在覆盖层剥离后，岩体结构较完整，岩石质地坚硬，经加工的粗骨料洁净，粒形较好，加热后无性质变化；辉长岩细骨料石粉含量较低，便于质量控制。沥青混合料在沥青混凝土拌和站拌制，运抵现场后，分层摊铺碾压，松铺层厚30cm；采用沥青混凝土摊铺机摊铺，当温度下降至140℃～160℃时采用1.5t～2.0t振动碾碾压密实[3]。沥青混凝土心墙每层均作沥青混合料马歇尔击实试验、提取试验及矿料级配试验；每上升2m～4m，钻芯取样一次[1]。钻芯取样试验结果表明，沥青混凝土层间结合情况良好，添加抗剥落剂后的沥青与辉长岩骨料结合紧密，粘附性较好，碾压密实后沥青混凝土干容重为2.53g/cm3～2.55g/cm3、孔隙率为1.0%～2.0%、渗透系数<1.0×10-8cm/s，满足设计和《水工沥青混凝土施工规范》(SL514—2013)的要求。

6 结语

通过米易县马鞍山水库工程对辉长岩骨料在沥青混凝土心墙施工中的适用性研究，以及现场的应用效果，说明在沥青中加沥青重的0.3%PA-1抗剥落剂后，沥青与辉长岩的黏附力为5级(抗剥落剂添加量对黏附力的影响见表2)，新鲜的辉长岩骨料可以作为沥青混凝土的骨料。由于各地辉长岩的化学成分及物理力学指标存在一定的差异，故在应用前应充分做好室内的各项试验工作，从质量和经济两方面分析其能否使用。对于沥青混凝土心墙的耐久性及运行效果，我们将继续跟踪作进一步的研究，为沥青混凝土心墙土石坝这种坝型更加广泛地推广应用作出贡献。

[1] DL/T 5362-2006 水工沥青混凝土试验规程[S].北京：中国电力出版社，2006.

[2] SL514—2013 水工沥青混凝土施工规范[S].北京： 中国水利水电出版社，2013.

[3] 覃新闻.沥青混凝土心墙设计与施工[M].北京：水利水电出版社，2011.

Research on the Applicability of Gabbro Aggregate in Asphalt Concrete Core Wall Construction

YANGHaiFeng

(College of Hydraulic & Environmental Engineering,China Three Gorges University,Yichang 443002 )

The choice of raw material is an important factor for the quality of asphalt concrete core wall construction.In order to study the applicability of gabbro aggregate as the raw material of asphalt concrete core wall,based on the practical status of Ma’anshan Reservoir Project in Miyi County, Sichuan Province, we test and analysis the applicability of gabbro aggregate from the chemical compositions and physical properties of gabbro aggregate, its adhesion to asphalt, and the effect of its field application.It Proves that gabbro aggregate is applicable.

Asphalt concrete core wall; Gabbro aggregate;Ma’anshan Reservoir

杨海锋(1971.7- ) 男，高级工程师。

E-mail:yhf3046@126.com

2016-06-15

TU528.04

A

1004-6135(2016)10-0095-03