碾压沥青混凝土心墙坝关键技术研究

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1、碾压式沥青混凝土心墙坝关键技术研究提纲水利学院：何建新一、研究背景沥青混凝土心墙作为土坝和堆石坝的防渗系统在世界范围内得到广泛运用，成为重要的坝型之一。沥青混凝土心墙具有良好的适应变形能力、抗冲蚀能力、抗老化能力及整个心墙无须设置结构缝，因此，沥青混凝土心墙可在任何气候条件下和任何海拔高度使用。理论分析和工程实践均表明沥青混凝土心墙坝的安全性很高，是一种极有发展潜力的坝型。在碾压式沥青混凝土心墙方面，始于1949年葡萄牙建成了Valedecai0沥青混凝土心墙坝，1962年第一座采用机械压实的沥青混凝土心墙坝在德国建成，此后在世界范围内建成近100座沥青混凝土心墙坝，其中绝大部

2、分为碾压式沥青混凝土坝。挪威l997年在建的Storglomvatn沥青混凝土心墙坝高达125m，我国已建成发电的四川冶勒沥青混凝土心墙坝高l23m，茅坪溪工程坝高104m。近年来，先后又建起了下板地、库什塔依、阿拉沟等百米级的碾压沥青混凝土心墙坝，这些工程的成功兴建，在某种意义上促进了新疆沥青混凝土心墙坝的发展。新疆“定居兴牧”水利工程中又有一大批沥青混凝土心墙坝兴建成功，创造了水利建设的“新疆速度”，推动了新疆经济、社会实现跨越式发展的步伐。尽管工程实践中碾压式沥青混凝土坝得到了迅速的发展，但在材料研究、设计理论方面远落后于工程实践，致使沥青混凝土心墙坝的设计与施工仍处于经

3、验性，远不能满足工程实际的需要，已制约着该坝型的发展。为满足工程建设特别是高坝建设的需要，当前亟待开展碾压式沥青混凝土心墙坝关键技术研究。二、研究目标以天然砂砾石作骨料，研究不同配合比对碾压式沥青混凝土力学性能的影响规律，分析沥青混凝土心墙与坝料应力-应变关系、坝体稳定性及心墙的防渗性能，评价采用天然砾石骨料的沥青混凝土心墙的安全可靠性，深入研究寒冷地区碾压沥青混凝土施工工艺，为碾压式沥青混凝土心墙在中高土石坝中的应用提供理论依据和技术支撑。5三、研究内容（一）、碾压式沥青混凝土材料方面研究1碾压式沥青混凝土配合比与其力学指标的关系研究沥青混凝土的工程性质完全取决于其材料配合比

4、，它又控制着沥青混凝土心墙的工作性状。长期以来往往不是以其力学性能的基本要求，来直接确定沥青混凝土的配合比，而是以多级材料组合求取最大密实度，并以沥青为填隙、胶结料，采用以物理指标为主，间或考虑其他间接指标（如马歇尔指标）最终确定其配合比，而其力学指标（如小梁弯曲、抗压强度等）仅是在确定了配合比以后的实验“记录值”，并没有将其作为沥青混凝土配合比设计时的控制指标，在研究沥青心墙的工程性状时也无直接使用意义。这种情况显然不符合作为受力材料的沥青混凝土的要求。为此，本子题将研究配合比对沥青混凝土工程性质的影响，以及沥青混凝土的力学性能对心墙工作性状的关系，并以此来确定配合比及评价心

5、墙的安全可靠性。在原材料中尤应深入研究矿粉对沥青混凝土性能的影响。众所周知，沥青混凝土是由沥青和矿质材料共同组成，是一种由不同粒径矿料颗粒分散在沥青中的分散体系。胶体理论研究表明沥青与填料所组成的沥青胶结料，构成了沥青-填料相，其它粗、细骨料则是分散在沥青-填料相中的分散介质。沥青混凝土的属性主要取决于沥青-填料相的性质，它决定着沥青混凝土的弹性、粘性和塑性等，也就是说它直接决定着沥青混凝土的应力应变特性。也正因此，在工程设计中，对沥青混凝土配合比中严格控制着填料和沥青用量。如何将沥青混凝土的力学指标应用于评价坝体工作性状，亦是本课题的研究内容之一，根据坝体工作性状对沥青混凝土

6、提出相应的直接应用指标，进而确定沥青混凝土的配合比。2关于新疆天然砾石骨料的应用研究5水工沥青混凝土骨料的选择应遵循由近及远、先优后劣、因地制宜、就地取材的原则。矿料与沥青黏附性的优劣是沥青混凝土结构形成的决定因素，它直接关系到沥青混凝土的强度、温度稳定性、水稳定性以及老化速度等一些重要性能。按照物理化学的观点，沥青与矿料的结合不仅包括沥青与矿料的吸附作用，而且包括沥青与矿料接触表面的化学吸附作用，而其中化学吸附作用是沥青与矿料黏附力高低的主要决定因素。碱性岩石(特别是碳酸盐类岩石)对沥青不仅可产生物理吸附作用，而且具有良好的化学吸附作用，可形成不溶于水的化合物，抗水剥离能力好

7、。而酸性岩石矿料与沥青之间不会形成化学吸附作用，因而沥青与矿料间的黏结力较差。因此，为了保证沥青混凝土的水稳定性，沥青混凝土防渗工程多采用石灰岩、白云岩等岩石加工骨料。国内外一些沥青混凝土防渗工程中，也有因缺乏碱性骨料料源，而不得不考虑使用改性的酸性骨料配制沥青混凝土的情况。当采用酸性骨料时，必须进行试验研究和论证。室内外试验和实践结果表明，当采用消石灰等对酸性骨料处理后，骨料与沥青的黏附性显著增强，长期水稳定性是有保证的。总体上看采用天然砂砾石作为骨料的工程运行工况均未见到有异常情况报到。