超稳定乳化沥青大坝防渗混凝土力学性能研究

超稳定乳化沥青混凝土力学性能研究

李国涛

目录

1 前言 (1)

1.1 项目背景及工程概况 (1)

1.1.1 项目背景 (1)

1.3 研究目的、主要研究内容及技术路线 (3)

1.3.1 研究目的 (3)

1.3.2 研究内容 (3)

1.3.3 技术路线 (5)

2 原材料鉴定 (7)

2.1 骨料试验 (7)

2.1.1 集料加工 (7)

2.1.2 骨料试验结果 (8)

2.2 填料试验 (10)

2.2.1 水泥试验结果 (10)

2.2.2 矿粉试验结果 (11)

2.3沥青试验 (11)

2.3.1 基质沥青试验结果 (11)

2.3.2 改性超稳定乳化沥青试验结果 (12)

3 沥青混合土配合比试验 (13)

3.1 集料骨架体积试验结果 (13)

3.2 混合料正交试验及分析 (16)

3.3 混合料最佳近似配合比试验结果分析 (24)

3.4 推荐的四种沥青混合料配合比 (27)

4 沥青混凝土性能试验 (32)

4.1 静三轴试验 (32)

4.1.1 试验内容 (32)

4.1.2 试验成果 (33)

4.1.3 温度对力学性能的影响 (47)

4.1.4 三轴试验参数 (51)

4.2 拉伸试验 (57)

4.3 抗压试验 (57)

4.4 水稳定试验 (59)

4.5 弯曲试验 (62)

4.6 渗透试验 (64)

4.7 蠕变试验 (65)

4.8 劈裂试验 (69)

5 制备沥青混凝土试件的孔隙率 (70)

5.1 沥青混凝土拌合料的含水率 (70)

5.2 沥青混凝土最大密度 (70)

5.3 沥青混凝土试件的孔隙率 (71)

6 结论 (74)

1 前言

1.1 项目背景及工程概况

1.1.1 项目背景

自从古埃及人在尼罗河护岸工程中采用沥青作为胶结材料以来，沥青成功地应用于水工结构己有5000多年的历史。从至今尚保存的公元前，300年修建的亚洲美索不达米亚的底格里斯河阿秀尔处1500m堤防的古代遗迹中发现，沥青防渗层经受了漫长的岁月而未失效，充分地证明了沥青的耐久性。

1929年美国建成12m高的索推里坝，是世界上第一座采用沥青混凝土材料防渗的坝，随后1934年德国修建了Ameeker沥青混凝土面板坝，1937年，阿尔及利亚修建的72m高的ELGhrib坝中也采用了沥青混凝土面板作为防渗结构。由于沥青混凝土材料防渗的可靠性和耐久性在其长期的运行中得以证实，沥青混凝土防渗结构在土石坝建设中逐步得到发展，在过去的50年中，欧洲和日本己经广泛地采用沥青混凝土作为土石坝的防渗结构。

沥青配合比设计和材料特性在现场试验室和现场施工中都容易进行质量控制。实际上可使沥青混凝土不透水、柔性、抗侵蚀与老化,且能做到心墙施工无接缝。如果由于严重的地震荷载所造成的位移差(剪切变形) 使心墙开裂,沥青混凝土的粘弹性- 塑性和易延展性能提供自愈(自行密闭) 能力。使用比以往更软的沥青可提高自愈质量,并允许在材料的配制、运输和心墙填筑中操作温度较低、能量消耗较少。在所有已建的坝中，没有发现沥青心墙漏水的情况。

大坝防渗心墙最早采用粘土心墙，由于粘土心墙强度低、抗渗性能差，破坏大量农田,很快被淘汰。取而代之的是热沥青混凝土；但热沥青混凝土对施工环境的苛刻要求、拌合设备的庞大、环境污染的严重、在运输过程中形成的冷热不均使得其密实度不一致，从而使得抗渗性能不尽如人意。乳化沥青混合料虽然解决了部分热沥青混合料的问题，但其强度差、乳化沥青混合料的存在使用时间限制问题，目前停留在30分钟以内，因此极大限制了乳化沥青混合料防渗材料的应用,且在水中浸泡存在乳化剂的二次乳化，导致混合料泡散现象。因此，研发一种低污染、高强度、大变形、抗渗好、使用时间充裕的沥青类大坝防渗材料，势在必行。

超稳定乳化沥青是在常温下即具有液体性质的油性沥青材料。可以在不加热

的情况下，与各种集料进行混合形成各种形式的混合料。其主要特点是：可以根据使用需求，制作成需要的材料外观形态；其混合料的工作时间是热沥青的2倍以上；原材料没有经过高温老化过程，因此保存了原材料中各种材料增强剂的原始特性，工程使用性能佳，容易形成孔隙率小的密实性防渗材料；受气候影响很小，因此对机械、人员的利用效率很高。

因此，使用超稳定乳化沥青作为防水防渗材料的研发成功，将彻底改变我国在防渗防水领域的现状，具备重大经济和社会效益。

1.1 国内外研究概况

尽管近几年沥青防渗工程有了长足的发展,但在建工程的数量与碾压混凝土坝和钢筋混凝土面板坝的工程数量相比还不算多。主要原因之一是水工沥青混凝土防渗本身也存在一些难点。例如，沥青混凝土目前是热施工、需要一套专用的设备。尽管国外已积极开展了用简易的设备进行沥青混凝土冷施工的方法，但还没有推广实际工程中。

目前，国际国内尚无超稳定乳化沥青混合料大坝防渗技术研究，但类似乳化沥青混合料在十余年前国内就有单位进行，美德维实伟克也在做类似的研究。但由于他们使用的乳化沥青的性能限制，使得混合料的性能大打折扣，如：其使用时间不超过30分钟，其形态不能使用现有的热沥青设备等。国内做过比较好的如重庆公路局乔瑞华先生、长安大学沙爱民教授等。由于乳化体系难以有实质性的突破，因此，美德维实伟克、重庆公路局已经放弃了类似的研究。所以，至今没有实质性的突破。

自超稳定乳化沥青研发成功，其优异拌合性能得到业内人士的高度重视。在超稳定乳化沥青无需加热的状态下，其与集料拌合的形态类似热沥青形态，且粗细集料相互粘连，避免了热沥青混合料的离析现象，同时，其极高的力学性能、丰富的强度控制手段、超长的时间工作性能、很好的气候适应性能、对现有机械设备的兼容性能，使其应用范围自然从公路路面领域拓展到水工大坝防渗应用上。

通过我们的技术预研，其混合料的孔隙率可达到0.2%，马歇尔稳定度高达22千牛。飞散损失小于5%。