新疆若羌河水库骨料配制沥青混凝土试验研究

袁 磊，孔晓阳

（水利部新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

新疆若羌河水库骨料配制沥青混凝土试验研究

袁 磊，孔晓阳

（水利部新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

通过对若羌河水库工程沥青混凝土天然戈壁砾石骨料及配合比的室内试验研究，得出采用天然戈壁砾石骨料配制沥青混凝土是可行的，掺配沥青抗剥落剂（非胺类）后，能有效提高天然戈壁粗骨料与沥青的黏附性。沥青混凝土的各项物理力学指标满足规范要求。

天然戈壁砾石骨料；抗剥落剂；沥青混凝土；配合比；室内试验研究

1 概述

新疆若羌河水库工程位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州若羌县境内的若羌河上，是一座以防洪、灌溉、工业供水为主，兼顾发电等综合利用的中型水利工程。挡水坝为沥青混凝土心墙坝，最大坝高77.5m，坝顶宽8m，坝顶长231m，上游坝坡1∶2，下游马道间坝坡1∶1.8，综合坡1∶2。坝体采用砂砾石料和花岗岩堆石料填筑。沥青混凝土心墙位于坝轴线上游2.75m，心墙自上而下按高程采用阶梯式加厚，每级高25m，厚度分别为0.5，0.7，0.9m。心墙与坝基及两岸混凝土基座采用扩大端部衔接。

工程区极端最高气温43.6℃，极端最低气温-27.2℃，年平均气温11.7℃，1月平均气温-8.5℃。

经地质调查，若羌河水库周边，仅在距离坝址区约130km处有可供开采的碱性骨料料源，且交通不便，将造成施工不便和工程造价增加。在坝址区附近山前平原分布有大量的天然戈壁砾石，开采方便，如能利用天然戈壁砾石作为沥青混凝土的骨料，将可方便施工、降低成本。基于该料源特点，对若羌河水库采用天然戈壁砾石骨料配制沥青混凝土进行适用性研究。

2 天然戈壁砾石骨料

当采用未经破碎的天然卵砾石时，其用量不宜超过粗骨料用量的一半。据此分析检测两种天然戈壁砾石骨料：一种为天然戈壁料筛分而成；另一种为粒径大于40cm的天然戈壁料，经室内破碎加工后筛分而成。

2.1 骨料品质

将料场开采的天然原状戈壁料和天然破碎戈壁料冲洗干净，检测粗、细骨料品质如表1，表2。

表1 粗骨料品质检测结果

续表1

表2 细骨料品质检测结果

表1结果表明，粗骨料各项指标均满足规范要求。

表2结果表明，细骨料除含泥量超标（原状天然戈壁细骨料的含泥量3.7%），其他指标均满足规范要求。

2.2 骨料岩石种类、化学成分

天然戈壁砾石骨料的主要岩石种类为白云岩、花岗岩、煌斑岩等，且偏酸性骨料居多，特别是花岗岩所占比率较大。骨料化学成分如表3。

表3 砾石骨料化学成分组成 单位：%

根据天然戈壁砾石骨料化学成分组成，按SL 501—2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》分析骨料的酸碱性。经过计算，天然原状戈壁料的碱度模数M=0.52，天然破碎戈壁料的碱度模数M= 0.53，即天然原状及破碎戈壁料均呈酸性。

3 抗剥落剂与黏附性试验

3.1 抗剥落剂选择

为提高沥青与酸性骨料的黏附性，目前国内外通常采用在沥青或沥青混合料中添加抗剥落剂的方式。沥青抗剥落剂的使用始于20世纪40年代，其发展历程主要是从无机类到有机类，从低分子化合物到高分子化合物。石灰是最早使用的抗剥落剂之一，主要用来处理酸性骨料。石灰成本较低，性能较好，是一种实用的抗剥落剂。但由于石灰粉颗粒很细，很难在混合料中混合均匀，在一定程度上制约了其推广应用。水泥也是目前广泛使用的一种传统沥青抗剥落剂。水泥是碱性物质，可以与沥青中的有机酸反应，生成吸附能力物质，从而提高沥青混凝土的水稳定性。

当前国内使用的聚合物抗剥落剂主要有胺类与非胺类抗剥离剂。以胺类居多。但是胺类物质受热易分解，稳定性相对较差，其抗剥落剂的耐热性与长期性能备受质疑。非胺基类抗剥落剂的主要成分是一种表面活性剂，其特点是热稳定性和耐久性较好，抗剥落剂分解温度高达180℃以上，适合于各种石料（碱性或酸性）化学键不发生破坏，水稳定性能好。

本文采用EASA10型非胺类抗剥落剂，参与粗骨料与沥青的黏附性试验验证。

3.2 粗骨料与沥青黏附性试验

在粒径13.2~19.0mm的天然戈壁料中选取3种具有代表性的酸性骨料作为试验用粗骨料，如图1，试验结果如图2、图3和表4。

图1 粗骨料试验样本

图2 试验结果（未添加抗剥落剂）

图3 试验结果（添加EASA100抗剥落剂）

表4 酸性粗骨料与沥青的黏附性试验结果

结果表明：不掺抗剥落剂，天然戈壁砾石中的酸性骨料与沥青的黏附性等级为3级或4级；沥青中掺入适当抗剥落剂，在沸水中浸煮3min后，沥青膜完全保存，剥离面积百分率小于10%，黏结力等级达到4级或5级。

4 采用天然戈壁料配合比及相关试验

4.1 沥青混凝土配合比选择

沥青含量、矿料级配及填料用量是配制既满足规范要求又符合经济原则沥青混凝土的最重要的3个指标。根据SL 514—2013《水工沥青混凝土施工规范》、SL501—2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》的相关规定，结合国内已建、在建工程的经验及天然戈壁砾石骨料的特性，本次试验骨料最大粒径Dmax选定为19mm，骨料采用混掺50%天然原状戈壁料和50%天然破碎戈壁料。沥青选用克拉玛依AH-90重交通道路石油沥青，含量取6.2%，6.4%，6.6%，6.8%，矿料级配指数取0.39，0.42，0.45，填料选用当地水泥厂生产的灰岩矿粉，用量取11%，12%，13%，14%进行比选试验。结果如表5。

表5 沥青混凝土基本性能试验结果

续表5

试验结果表明：①随着沥青含量的增加，沥青混凝土马歇尔稳定度呈下降趋势，而流值则呈明显上升趋势；当沥青含量6.6%时，沥青混凝土拌合物，色泽均匀光亮，马歇尔试件表面光亮平整，与试模周边接触密实，观察沥青胶结料适中。②随着级配指数的增大，沥青混凝土马歇尔稳定度呈下降趋势，流值先降低后增加，与马歇尔稳定度大流值小，马歇尔稳定度小流值大相对应。③随着填料用量的增加，沥青混凝土马歇尔稳定度呈下降趋势，而流值则呈明显上升趋势。

结合沥青混凝土的防渗、水稳定性、和易性等性能，优选第5组配合比为若羌水库心墙沥青混凝土的室内推荐配合比，如表6。

表6 沥青混凝土室内推荐配合比

4.2 沥青混凝土力学、渗透性

在沥青混凝土室内推荐配合比基础上，进行了沥青混凝土力学及渗透性能试验，试验内容包括：水稳定性、直接拉伸试验、小梁弯曲试验、单轴压缩试验、渗透试验及静三轴试验。实验结果如表7。

表7 沥青混凝土力学及渗透性能试验结果

试验结果表明，沥青混凝土的各项指标满足规范要求。

5 结语

（1）通过对若羌河水库工程沥青混凝土天然戈壁砾石骨料及配合比室内试验研究，确定天然戈壁砾石料可以用作心墙沥青混凝土骨料，参配非胺类沥青抗剥落剂后，能有效提高天然戈壁粗骨料与沥青的黏附性。沥青混凝土的各项物理力学指标满足规范要求。

（2）新疆地广人稀，有着极其丰富的砂砾石料资源，目前新疆采用天然砂砾石料配制沥青混凝土材料的试验研究已在努尔加水库、二塘沟水库、五一水库、奴尔水利枢纽、若羌河水库成功运用。沥青混凝土的各项物理力学指标均满足规范要求。特别是奴尔水利枢纽采用天然破碎砂砾石料配制沥青混凝土已于2016年应用在最大坝高80m的沥青混凝土心墙坝上。

［1］长江水利委员会长江科学院.新疆若羌河水库工程采用天然砂砾料沥青混凝土配合比试验研究报告［R］.2016.

［2］水利部新疆水利水电勘测设计研究院.新疆若羌县若羌河水库工程初步设计报告［R］.2016.

［3］SL501—2010，土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范 ［S］.

［4］SL514—2013，水工沥青混凝土施工规范［S］.

［5］张应波，王为标，兰晓，等．土石坝沥青混凝土心墙酸性砂砾石料的适用性研究［J］．水利学报，2012.

［6］王文政，唐新军，何建新，等．五一水库天然砾石骨料在沥青混凝土心墙中的适用性研究［J］．水利与建筑工程学报，2014.

［7］王为标，申继红．中国土石坝沥青混凝土心墙简述［J］．石油沥青，2002．

［8］郭鹏飞，何建新，刘亮，等．采用天然砾石骨料的浇筑式沥青混凝土配合比设计及性能研究［J］．水资源与水工程学报，2012．

［9］张应波，王为标，杜效鹄.石灰岩粉填料含量对水工沥青混凝土性能的影响研究［J］．水力发电学报，2008.

（责任编辑：尹健婷）

Experimental study on preparation of asphalt concrete with natural gobi gravel aggregate of Xinjiang Ruoqiang River reservoir project

YUAN Lei，KONG Xiao-yang
（Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Inst，Urumqi 830000，China）

Based on Ruoqiang River reservoir project natural gobi gravel aggregate and asphalt concrete mixture ratio of the indoor experimental research，it is concluded that using natural gobi gravel aggregate mixture of asphalt concrete is feasible，and gradation asphalt antistripping agent（amine），can effectively improve the natural gobi aggregate and asphalt adhesion.The various physical and mechanical indexes of asphalt concrete meet the specification requirements.

natural gobi gravel aggregate；antistripping agent；asphalt concrete；aixture ratio；Indoor experimental research

TV431+.5

B

1672-9900（2017）01-0090-04

2017-01-22

袁 磊（1984-），男（汉族），新疆乌鲁木齐人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作，（Tel）13639975570。