酸性材料对沥青混凝土心墙土石坝的影响分析

张 文

（乌鲁木齐水业集团有限公司，乌鲁木齐 830000）

酸性材料对沥青混凝土心墙土石坝的影响分析

张 文

（乌鲁木齐水业集团有限公司，乌鲁木齐 830000）

以新疆乌鲁木齐乌拉泊水库土石坝心墙工程为实例，介绍分析了砂砾石料的具体配比情况对沥青混凝土性能的影响，最终确定本项目心墙所使用的沥青混凝土料最佳油石比为6.9%；最佳级配指数为0.39；最佳粉油比为1.9。

沥青混凝土心墙；乌拉泊水库；酸性材料；影响

1 工程概况

乌拉泊水库坝址坐落于新疆乌鲁木齐市南端17km处的乌鲁木齐河中游，该水库性质为拦河中型水库，兼顾防洪、灌溉、城市供水等任务。水库控制流域面积2596km2，为4.27万hm2耕地提供灌溉用水。乌拉泊水库始建于1959年，受制于当时施工技术水平，造成坝体在抗渗、抗震、防洪等方面均存在缺陷，于1978年和2006年分别进行了两次除险加固。其中2006年加固核心在于提高坝体抗渗性，重新建筑沥青混凝土心墙。

2 采用酸性骨料的可行性

乌拉泊水库大坝为土石坝体，防渗主要依靠沥青混凝土心墙。在心墙建筑中，一般要求使用碱性骨料，这样便能和酸性沥青在搅拌时充分结合，大大增强两者之间的黏附力。但乌拉泊水库周边没有碱性骨料源，而远地区运输会大大增加成本，本工程在2006年心墙加固中分析研究了使用酸性岩作为骨料的可能性［1］。

乌拉泊水库大坝周边有大量天然砂砾石及河砂，经检测其整体偏酸性。后又检测其黏附力（标准值取4）可知，该区域超过2/3天然砂砾料的黏附力可达到标准值，远高于破碎砂砾料的1/2。分析是因为天然砂砾料在生成过程中，其表面形成一层金属化合物 （以Fe，Al为主），有效改善了其与沥青的黏结性。但由于天然砂砾石其黏附力也无法完全达到标准要求，因此必须采用人为干预。目前常采用的方法包括两种：①在沥青中加入抗剥落剂；②填料采用水泥或消石灰。本工程设计采用方法1，抗剥落剂型号为PA-1，其技术参数如表1［2］。

表1 PA-1抗剥落剂技术参数

3 砂砾石料配比对心墙性能的影响

除了添加抗剥落之外，还需根据原料的不同特点分析最佳配比，包括填料级配、油石比、粉油比等，马歇尔试验主要涉及指标有孔隙率、间接拉伸强度、垂直位移等。

3.1 油石比［3］

为确定最佳油石比，根据砂砾石料特点及工程经验，级配指数0.39，粉油比2.0。然后分别取油石比为6.3%，6.6%，6.9%，7.2%，7.5%，通过测定混合料孔隙率、间接拉伸强度、垂直位移等参数来确定最佳油石比，具体试验结果如图1。

图1 油石比的影响

由图1（a）可知：当油石比从6.3%增至6.6%时，孔隙率始终保持在2.3%；当油石比从6.6%增至6.9%时，孔隙率从2.3%骤降至1.5%。之后虽然油石比在逐步增加，但孔隙率仅出现小幅上升，到最后的1.6%。

由图1（b）可知：当油石比从6.3%增至6.9%时，间接拉伸强度从0.37MPa逐降至0.34MPa。垂直位移从1.5mm逐升至1.8mm；当油石比从6.9%增至7.5%时，拉伸强度和垂直位移均出现较大幅度变化，其中拉伸强度从0.34MPa降至0.25MPa，垂直位移从1.8mm增至2.4mm。

通过综合分析坝区温度环境、水库规模等因素，当油石比为6.9%时，其孔隙率、间接拉伸强度、垂直位移等均达到了标准要求，且经济性较好，最终确定本项目沥青混凝土防渗墙混合料的油石比为6.9%［4］。

3.2 级配指数

在确定最佳油石比为6.9%的基础上研究最佳级配，默认粉油比为2.0［5］。 级配选取0.33，0.36，0.39，0.42 4档，其对孔隙率、间接拉伸强度、垂直位移的影响如图2。

由图2（a）可知，醉着级配指数逐步增加，孔隙率逐步降低（下降速度先快后慢），级配指数由0.39增至0.42时，孔隙率下降很小。

图2 级配指数的影响

由图2（b）可知，随着级配指数逐步增大，间接拉伸强度和垂直位移均出现抛物线形状 （开口方向相反），其中间接拉伸强度在级配指数为0.39处达到最大值0.35MPa，垂直位移在级配指数为0.39处达到最小值0.38mm。

综合分析，当级配指数为0.39时，孔隙率、间接拉伸强度和垂直位移均处于最佳位置，且经济性较好，所以最终确定本项目最佳料石级配为0.39。

3.3 粉油比

由于沥青含量越高，其对温度、重力等作用愈发敏感，因此必须在沥青中添加石灰、矿粉、水泥等粉状填料，目的是控制沥青黏稠度，提高其稳定性和抗水性，而添加的填料和沥青质量比简称为粉油比。本项目在确定了最佳油石比（6.9%）和级配指数（0.39）的基础上研究最佳粉油比，设计粉油比有1.6，1.8，2.0，2.2 4级［6］，其具体变化曲线如图3。

由图3（a）可知，随着粉油比的逐步增加，孔隙率先降低后升高，当粉油比为1.9时处在最低值1.5%，此时粉油比最佳。

由图3（b）可知，随着粉油比的逐步增加，间接拉伸强度经历了大起大落，当粉油比为1.9时处于最大值0.43MPa；但垂直位移几乎没变化，稳定在0.35～0.38mm范围内。

图3 粉油比的影响

综合分析，当粉油比1.9时，沥青混凝土的孔隙率、间接拉伸强度和垂直位移处于最佳状态，最终确定本项目的最佳粉油比为1.9。

4 结语

（1）沥青混凝土性质（防渗性、稳定性）对坝体心墙质量具有决定性影响，本项目通过标准马歇尔试验对不同参数的混合料试件进行了研究，最终确定其最佳油石比为6.9%；最佳级配指数为0.39；最佳粉油比为1.9。

（2）该项目表明只要抗剥落剂添加得当，酸性骨料完全可以作为沥青混凝土心墙骨料使用，且性能完全可达标准要求，乌拉泊坝体心墙加固工程也取得了显著经济效益。

［1］胡春林，胡安明，李友华.茅坪溪土石坝沥青混凝土心墙的力学特性与施工控制［J］.岩石力学与工程学报，2001，20（5）：742-742.

［2］郭鹏辉，陈玮珂.浅议沥青混凝土心墙施工质量控制［J］.城市建设理论研究（电子版）， 2011（28）：42-46.

［3］朱晟.沥青混凝土防渗体的力学特性研究与三峡茅坪溪土石坝安全分析［D］.南京：河海大学，2005.

［4］沙爱民，王振军.水泥乳化沥青混凝土胶浆-集料界面微观结构［J］.长安大学学报：自然科学版， 2008， 28（4）：1-6.

［5］张勇.米兰河工程心墙沥青混凝土配合比试验研究［J］.水利与建筑工程学报， 2014（6）：209-213.

［6］余梁蜀，苏广新，王永生.玉滩水库扩建工程水工沥青混凝土配合比试验研究［J］.水利水电工程设计，2013，32（2）：50-53.

Analysis of the influence of acid material on the soil and stone dam of asphalt concrete core wall

ZHANG Wen
（Urumqi Water Industry Group Co.LTD， Urumqi 830000，China）

Takes Xinjiang Urumqi Urapo Reservoir earth dam core wall engineering as an example， analyzes the influence of concrete proportioning of grit stone on the properties of asphalt concrete，ultimately determined that the optimum proportion is 6.9%，the optimum score is 0.39，the best oil ratio is 1.9.

asphalt concrete core wall； Urapo Reservoir； acidic materials； influence

TV431+.5 文献标识码：B 文章编号：1672-9900（2017）06-0034-03

2017-09-15

张 文（1979-），男（汉族），新疆哈密人，工程师，主要从事水利工程管理工作，（Tel）13999275730。

王艳肖）