碾壓瀝青混凝土心墻壩關(guān)鍵技術(shù)研究

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1、碾壓式瀝青混凝土心墻壩關(guān)鍵技術(shù)研究提綱水利學(xué)院：何建新一、研究背景瀝青混凝土心墻作為土壩和堆石壩的防滲系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)得到廣泛運(yùn)用，成為重要的壩型之一。瀝青混凝土心墻具有良好的適應(yīng)變形能力、抗沖蝕能力、抗老化能力及整個心墻無須設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，因此，瀝青混凝土心墻可在任何氣候條件下和任何海拔高度使用。理論分析和工程實踐均表明瀝青混凝土心墻壩的安全性很高，是一種極有發(fā)展?jié)摿Φ膲涡?。在碾壓式瀝青混凝土心墻方面，始于1949年葡萄牙建成了Valedecai0瀝青混凝土心墻壩，1962年第一座采用機(jī)械壓實的瀝青混凝土心墻壩在德國建成，此后在世界范圍內(nèi)建成近100座瀝青混凝土心墻壩，其中絕大部

2、分為碾壓式瀝青混凝土壩。挪威l997年在建的Storglomvatn瀝青混凝土心墻壩高達(dá)125m，我國已建成發(fā)電的四川冶勒瀝青混凝土心墻壩高l23m，茅坪溪工程壩高104m。近年來，先后又建起了下板地、庫什塔依、阿拉溝等百米級的碾壓瀝青混凝土心墻壩，這些工程的成功興建，在某種意義上促進(jìn)了新疆瀝青混凝土心墻壩的發(fā)展。新疆“定居興牧”水利工程中又有一大批瀝青混凝土心墻壩興建成功，創(chuàng)造了水利建設(shè)的“新疆速度”，推動了新疆經(jīng)濟(jì)、社會實現(xiàn)跨越式發(fā)展的步伐。盡管工程實踐中碾壓式瀝青混凝土壩得到了迅速的發(fā)展，但在材料研究、設(shè)計理論方面遠(yuǎn)落后于工程實踐，致使瀝青混凝土心墻壩的設(shè)計與施工仍處于經(jīng)

3、驗性，遠(yuǎn)不能滿足工程實際的需要，已制約著該壩型的發(fā)展。為滿足工程建設(shè)特別是高壩建設(shè)的需要，當(dāng)前亟待開展碾壓式瀝青混凝土心墻壩關(guān)鍵技術(shù)研究。二、研究目標(biāo)以天然砂礫石作骨料，研究不同配合比對碾壓式瀝青混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律，分析瀝青混凝土心墻與壩料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、壩體穩(wěn)定性及心墻的防滲性能，評價采用天然礫石骨料的瀝青混凝土心墻的安全可靠性，深入研究寒冷地區(qū)碾壓瀝青混凝土施工工藝，為碾壓式瀝青混凝土心墻在中高土石壩中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。5三、研究內(nèi)容（一）、碾壓式瀝青混凝土材料方面研究1碾壓式瀝青混凝土配合比與其力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系研究瀝青混凝土的工程性質(zhì)完全取決于其材料配合比

4、，它又控制著瀝青混凝土心墻的工作性狀。長期以來往往不是以其力學(xué)性能的基本要求，來直接確定瀝青混凝土的配合比，而是以多級材料組合求取最大密實度，并以瀝青為填隙、膠結(jié)料，采用以物理指標(biāo)為主，間或考慮其他間接指標(biāo)（如馬歇爾指標(biāo)）最終確定其配合比，而其力學(xué)指標(biāo)（如小梁彎曲、抗壓強(qiáng)度等）僅是在確定了配合比以后的實驗“記錄值”，并沒有將其作為瀝青混凝土配合比設(shè)計時的控制指標(biāo)，在研究瀝青心墻的工程性狀時也無直接使用意義。這種情況顯然不符合作為受力材料的瀝青混凝土的要求。為此，本子題將研究配合比對瀝青混凝土工程性質(zhì)的影響，以及瀝青混凝土的力學(xué)性能對心墻工作性狀的關(guān)系，并以此來確定配合比及評價心

5、墻的安全可靠性。在原材料中尤應(yīng)深入研究礦粉對瀝青混凝土性能的影響。眾所周知，瀝青混凝土是由瀝青和礦質(zhì)材料共同組成，是一種由不同粒徑礦料顆粒分散在瀝青中的分散體系。膠體理論研究表明瀝青與填料所組成的瀝青膠結(jié)料，構(gòu)成了瀝青-填料相，其它粗、細(xì)骨料則是分散在瀝青-填料相中的分散介質(zhì)。瀝青混凝土的屬性主要取決于瀝青-填料相的性質(zhì)，它決定著瀝青混凝土的彈性、粘性和塑性等，也就是說它直接決定著瀝青混凝土的應(yīng)力應(yīng)變特性。也正因此，在工程設(shè)計中，對瀝青混凝土配合比中嚴(yán)格控制著填料和瀝青用量。如何將瀝青混凝土的力學(xué)指標(biāo)應(yīng)用于評價壩體工作性狀，亦是本課題的研究內(nèi)容之一，根據(jù)壩體工作性狀對瀝青混凝土

6、提出相應(yīng)的直接應(yīng)用指標(biāo)，進(jìn)而確定瀝青混凝土的配合比。2關(guān)于新疆天然礫石骨料的應(yīng)用研究5水工瀝青混凝土骨料的選擇應(yīng)遵循由近及遠(yuǎn)、先優(yōu)后劣、因地制宜、就地取材的原則。礦料與瀝青黏附性的優(yōu)劣是瀝青混凝土結(jié)構(gòu)形成的決定因素，它直接關(guān)系到瀝青混凝土的強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及老化速度等一些重要性能。按照物理化學(xué)的觀點(diǎn)，瀝青與礦料的結(jié)合不僅包括瀝青與礦料的吸附作用，而且包括瀝青與礦料接觸表面的化學(xué)吸附作用，而其中化學(xué)吸附作用是瀝青與礦料黏附力高低的主要決定因素。堿性巖石(特別是碳酸鹽類巖石)對瀝青不僅可產(chǎn)生物理吸附作用，而且具有良好的化學(xué)吸附作用，可形成不溶于水的化合物，抗水剝離能力好

7、。而酸性巖石礦料與瀝青之間不會形成化學(xué)吸附作用，因而瀝青與礦料間的黏結(jié)力較差。因此，為了保證瀝青混凝土的水穩(wěn)定性，瀝青混凝土防滲工程多采用石灰?guī)r、白云巖等巖石加工骨料。國內(nèi)外一些瀝青混凝土防滲工程中，也有因缺乏堿性骨料料源，而不得不考慮使用改性的酸性骨料配制瀝青混凝土的情況。當(dāng)采用酸性骨料時，必須進(jìn)行試驗研究和論證。室內(nèi)外試驗和實踐結(jié)果表明，當(dāng)采用消石灰等對酸性骨料處理后，骨料與瀝青的黏附性顯著增強(qiáng)，長期水穩(wěn)定性是有保證的?？傮w上看采用天然砂礫石作為骨料的工程運(yùn)行工況均未見到有異常情況報到。