水工沥青混凝土配合比优选与蠕变性能试验研究

发布时间：2020-08-09 06:58

【摘要】：随着国民经济的增强,现代水利工程正朝着大规模、高坝体,高耐久性、环保性、经济性的方向发展。水工沥青混凝土防渗工程有着环保、抗冻、抗渗、耐久性好、施工节奏快等优点,已经成为当前众多水利工程的首选形式。而目前对水工沥青混凝土的研究主要集中在力学性能方面,在配合比的设计与选择、变形性能的规律及影响因素、外加剂的使用、施工质量控制等方面还存在许多不足,但这些方面对水工沥青混凝土的发展有重要的意义。本文以水工沥青混凝土为研究对象,采用室内试验手段,研究沥青混凝土的配合比的优选方法及蠕变性能,为水工沥青混凝土的相关研究和工程应用提供一定参考。首先,本文归纳了水工沥青混凝土防渗工程的材料及结构特点,并且对现有的水工沥青混凝土配合比设计方法进行分析,在此基础上采用正交试验方案,依据已有的试验研究成果及工程经验,对级配指数、填料含量、油石比分别采用了3个水平:级配指数为0.35、0.38、0.41;填料含量为13%、15%、17%;油石比为6.6%、6.9%、7.2%,设计了共9组正交试验方案。其次,通过对9组配合比的水工沥青混凝土分别进行马歇尔稳定度和流值试验、单轴压缩试验、热稳定性试验、水稳定性试验、拉伸试验、小梁弯曲试验、劈裂试验、密度试验,得出9组配合比水工沥青混凝土的马歇尔稳定度、流值等相应的试验结果。由极差分析法对9组配合比的沥青混凝土各项试验结果进行了分析。分析发现油石比对绝大多数试验结果的影响都大于填料含量和级配指数的影响。最后综合分析优选出的配合比为级配指数0.38、填料用量15%、油石比6.9%。最后,本文介绍了粘弹性材料,分析了其在不同的温度及荷载条件下的性能差异。在此基础上,通过对水工沥青混凝土在10℃、20℃、30℃三种温度条件下分别进行0.5MPa、0.75MPa、1MPa三种应力的共计9组蠕变试验,由试验结果得出相应的蠕变曲线,并对不同温度和应力下的稳态蠕变速率进行拟合。由蠕变曲线分析发现:在应力相同时,当温度升高,沥青混凝土的蠕变曲线第一阶段持续时间变短,应变速率增大,第一阶段过程中产生的应变增大,稳态蠕变速率K也会增大,经过相同的时间,沥青混凝土的整体变形增大较多。在温度相同时,随着荷载的增大,沥青混凝土的变形速率增大,并且会以较大的变形速率进入稳态蠕变期,经过相同的时间沥青混凝土会产生更大的变形。由稳态蠕变速率得出了不同温度及荷载条件下的拟合直线,得到的拟合结果有较好的规律性。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV431
【图文】：

示意图,水工沥青混凝土,心墙坝,典型结构

131—基础截水墙；2—黏性材料；3—灌浆帷幕；4—坝体；5—心墙过渡层；6—心墙图2-2 水工沥青混凝土心墙坝典型结构断面示意图水工沥青混凝土心墙主要具有如下特点：（1）受环境影响小。沥青混凝土心墙不直接与外界接触，并且被两侧坝体包围，外界的光照，温度对其影响特别小，耐久性好；（2）抗震性能较好。若在地震作用下产生裂缝，经过一定的时间也能自愈，继续发挥防渗作用；（3）变形性好。沥青混凝土心墙对环境变形适应力强，对坝体的要求比防渗面板低；（4）沥青混凝土心墙一般垂直设置在坝体中部，可以在坝体两侧发挥防渗作用，下游也可根据需要进行蓄水；（5）渗漏易于监控，若出现渗漏，渗水可通过坝体内部的集水沟收集并从下游排出；（6）坝体的施工与心墙的施工会互相产生影响

关系图,水工沥青混凝土,渗透系数,孔隙率

[55]层对沥青混凝土的渗透系数和孔隙率之间的关系做过研究，得出渗透系数与孔隙率关系图2-3。由图可以看出，孔隙率小于3%时，沥青混凝土可以认为是不透水的。所以在现在的实际工程中，对沥青混凝土的孔隙率要求也是小于3%，以此满足不透水的要求。另外，当沥青混凝土处在水流作用下时，内部结构会因为其特殊的粘弹性材料的特性而产生变化，渗透系数会降低，水压力的升高会使沥青混凝土的渗透系数降低。温度对渗透系数则没有明显影响。表2-1 不同沥青渗透系数沥青种类针入度(25℃，0.1mm) 相对密度(15℃) 渗透系数(cm/s)直馏石油沥青15 1.030 1.22×10-125 1.036 0.84×10-12氧化石油沥青

示意图,软化点试验

19a) 软化点试验示意图 b) 软化点试验仪图3-3 软化点试验沥青的三大指标是目前对于沥青性能检测与描述的最重要的参考依据，沥青的选择要根据不同的工程实际情况做出相应的选择，气候条件、地质情况、工程用途、所处环境都会对沥青的使用情况造成巨大影响。水工沥青主要用在大坝防渗工程中，所处环境相对稳定，要考虑的主要因素即为年平均气温，大坝形式，受力特点和施工方式等，做好沥青种类及标号的选择，对防渗工程的正常运作有重要的意义。本试验选用的是70号基质沥青，各项指标的要求及实测值如表3-2。表3-2 沥青试验结果表项目技术要求实测值针入度(25℃，0.1mm) 60~80 72.5延度(15℃，5cm/min

【参考文献】