沥青混凝土心墙结合面质量影响因素研究

(新宾满族自治县水务局，辽宁 抚顺 113200)

沥青混凝土心墙具有强裂缝自愈性、高压抗渗性和良好的抗震性能[1]等，被广泛应用于堤防等水利工程建设[2]。沥青混凝土结合面是沥青混凝土心墙中的薄弱环节，容易受气温、降雨等因素的影响[3]，并且施工过程中，沥青混合料容易粘在心墙碾轮上，因此,研究合理的施工防粘措施对于推广沥青混凝土心墙的使用具有十分重要的意义。

本文结合辽宁省大伙房水库工程，根据相关试验模拟了-3℃、25℃、45℃、125℃四种层面温度和采取向层面洒水措施且层面温度为55℃、65℃、75℃、85℃八种沥青心墙的碾压施工工况，为相关水利工程建设提供参考。

1 沥青混凝土相关实验

1.1 劈裂实验

按照有关规范规定，沥青混凝土试件的破坏拉伸应变与劈裂抗拉强度[4]按以下公式计算：

εT=(0.0307+0.0936μ)XT(1.35+5μ)

(1)

RT=0.006287PT/h

(2)

式中εT——破坏拉伸应变，%；

RT——劈裂抗拉强度，MPa；

μ——泊松比；

XT——水平方向总变形，mm；

PT——试件荷载的最大值，N；

h——试件高度，mm。

1.2 小梁弯曲试验

小梁弯曲试验在弯曲试验机上进行，首先在试件跨中部位施加荷载，然后通过位移传感器采集挠度与荷载，按照规范有关规定进行沥青混凝土的相关计算:

(3)

(4)

(5)

(6)

式中εb——最大弯拉应变，%；

f——试件破坏时的跨中点挠度，mm；

h——跨中断面试件高度，mm；

L——试件的跨径，mm；

Rb——抗弯强度，MPa；

Pb——试件破坏时的最大荷载，N；

b——跨中断面试件宽度，mm；

Wb——挠跨比，%；

Eb——弯曲变形模量，MPa。

2 温度施工因素对沥青混凝土心墙层间结合质量影响研究

2.1 心墙模拟

以大伙房水库沥青混凝土心墙配合比(油石比为6.9%、填料含量为12%、级配指数为0.42、最大骨料粒径为19mm)作为试验配合比。试验试件所用模具包括两种，渗透试件和劈裂试件采用27cm×27cm×16cm模具，小梁弯曲试件采用25cm×12cm×25cm模具。

2.2 低温条件下沥青混凝土结合面渗透试验

结合面温度为-3℃，通过观察成型试件结合面，发现其上层与下层沥青混凝土密实，结合效果良好，用渗气仪测定其结合面的防渗性,结果见表1。

表1 沥青混凝土结合面渗气性检测结果

由表1可知，当层面温度为-3℃时，沥青混凝土结合面渗气速率皆小于0.005MPa/min，能够满足水利工程防渗性要求。由此表明，静置上层的160℃热沥青混和料半小时能够做到对下层沥青混凝土进行加热，并且沥青混凝土上层与下层结合效果良好。

2.3 低温条件下沥青混凝土劈裂试验

劈裂试验试件取自渗气试验完成后的试件，对其进行劈裂试验并计算其间接拉伸应变与间接拉伸强度，结果见表2。

表2 沥青混凝土劈裂试验结果

由表2可知，与沥青混凝土非结合面相比，结合面的间接拉伸应变降低了0.04%，间接拉伸应力降低了0.04 MPa，两者变化幅度很小，表明沥青混凝土的力学性能不受低温条件的影响。

2.4 不同层面温度下结合面小梁弯曲试验

在大伙房水库工程，选择-3℃、25℃、45℃和125℃四种层面温度模拟沥青心墙碾压施工，对标准试件进行小梁弯曲试验，结果见表3。

表3 不同结合面温度小梁弯曲试验结果

由表3可知，不同结合面温度下的结合面抗弯强度与弯曲应变均大于DL/T 5411—2009中抗弯强度(0.4 MPa)与弯曲应变(1.0%)的要求。再以层面温度125℃为研究本体，得到层面沥青混凝土小梁弯曲各项力学性能与温度的关系，见图1。

由图1可知，以125℃为研究本体，挠度、抗弯强度、弯曲应变与挠跨比都随着层面温度的减小而降低，其中挠度、弯曲应变与挠跨比降低趋势相同，几乎重合，而抗弯强度下降趋势较缓。随着层面温度的降低弯曲变形模量出现增大的趋势，层面温度为45℃

图1 各项力学性能随层面温度变化关系曲线

时，弯曲变形模量增大了4%，因此，沥青混凝土心墙施工加热层面温度应该不低于45℃，在此条件下上层摊铺的沥青混凝土可以加热下层物料，层面间结合效果良好，并且抗弯强度与弯曲应变能够满足标准。

3 洒水措施对心墙层间质量影响研究

3.1 模拟心墙施工

试验试件混凝土配合比与模具与2.1相同，分层制备混凝土上下层，首先进行沥青心墙下层振动碾压法击实模拟，为了解决碾压过程中振动碾沾料的问题，击实过程中向层面洒水(见图2)，再将160℃沥青混合料铺到下层试块，传热30min，再对上层热料进行击实。

3.2 防粘效果

试验模拟过程中发现，通过向心墙层面上洒水，可以使击实机不沾沥青混和料，具有良好的防粘效果。

图2 不洒水层面与洒水后层面的比较

3.3 渗透试验

通过观察结合面洒水后的切割试件，发现其上层与下层沥青混凝土仍然能够良好地结合，用渗气仪测定其结合面的防渗性，结果见表4。

表4 层面洒水后沥青混凝土结合面渗气性检测结果

由表4可知，沥青混凝土结合面洒水后不仅具备良好的防粘效果，并且能够满足水利工程防渗性要求，说明该措施具有可行性与可靠性。

3.4 劈裂试验

劈裂试件由钻取渗气试验完成后的试件获得，对其进行劈裂试验并计算其间接拉伸应变与间接拉伸强度，结果见表5。

表5 层面洒水后结合面与非结合面试件劈裂试验结果

由表5可知，采取洒水措施以后，与沥青混凝土非结合面相比，结合面的间接拉伸应变降低了0.31%，间接拉伸应力降低了0.01MPa，两者下降幅度皆较小，表明洒水措施对沥青混凝土的力学性能产生的影响可以忽略不计。

3.5 采用洒水法时不同层面温度下结合面小梁弯曲试验

由于层面洒水不利于层间结合，因此，结合前述沥青混凝土心墙施工加热层面温度应不低于45℃的结论，选择55℃、65℃、75℃与85℃四种层面温度进行沥青心墙碾压施工模拟，然后对得到的试件进行小梁弯曲试验，结果见表6。

表6 层面洒水后不同结合面温度小梁弯曲试验结果

由表6可知，结合面采取洒水措施之后，不同温度下的结合面抗弯强度与弯曲应变均大于DL/T 5411—2009中抗弯强度(0.4MPa)与弯曲应变(1.0%)的要求。再以层面温度85℃为研究本体，得到层面洒水后沥青混凝土小梁弯曲各项力学性能与温度的关系，见图3。

由图3可知，以85℃为研究本体，采取洒水措施后，挠度、抗弯强度、弯曲应变与挠跨比都随着层面温度的减小而降低，层面温度为75℃时，挠度、弯曲应变与挠跨比均下降24%，抗弯强度下降7%；随着层面温度的降低弯曲变形模量呈现增大的趋势，层面温度为75℃时，弯曲变形模量增大23%，因此，沥青混凝土心墙施工中采取层面洒水措施并且保证弯曲应变与抗弯强度等力学性能不受影响的加热层最低温度为75℃。

图3 层面洒水后各项力学性能随层面温度变化关系曲线

3 结 论

根据大伙房水库沥青混凝土心墙配合比，通过沥青混凝土相关试验分析了温度施工因素与洒水措施对沥青混凝土心墙层间结合质量的影响，得到以下结论：层面温度为-3℃时，沥青混凝土结合面渗气速率能够满足水利工程防渗性要求，并且与非结合面相比，结合面的间接拉伸应变与间接拉伸应力变化幅度很小，因此，沥青混凝土的力学性能不受低温条件的影响；沥青混凝土不同结合面温度下的结合面抗弯强度与弯曲应变均满足相关标准，并且随着层面温度的下降而降低，心墙施工无须人为加热层面的允许最低温度为45℃；模拟沥青心墙碾压过程中采取向层面洒水的措施具有良好的防粘效果，并且沥青混凝土的防渗性能也得以保证，结合面的间接拉伸应变与间接拉伸应力下降很小，因此，洒水措施对沥青混凝土的力学性能产生的影响可以忽略不计；结合面采取洒水措施后，沥青混凝土不同结合面温度下的结合面抗弯强度与弯曲应变也能满足相关标准，并且随着层面温度的下降而降低，采用洒水措施心墙施工无须人为加热层面的允许最低温度为75℃。

[1] 万连宾,裴成元,杨合刚.常规温度条件下沥青混凝土心墙层间结合质量研究[J].水利水电技术,2011,42(11):62.

[2] 张奇.下坂地坝基混凝土防渗墙与坝体沥青心墙结合面施工技术[J].中国水能及电气化,2013(10):2-4.

[3] 雷毅.阿尔夏提水库浇筑式沥青混凝土心墙施工技术与质量控制[J].水利建设与管理,2013,33(12):33-36.

[4] 刘学明,李军.低温条件下碾压式沥青混凝土心墙层间结合的处理[J].水利技术监督,2017,25(3):43-45.