1、d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 5.0 1 8防渗面板水工沥青混凝土试拌试铺方案设计与试验分析华 召1,余世海1,莫智云1,磨炼同2(1.中国葛洲坝集团股份有限公司,武汉4 3 0 0 3 0;2.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉4 3 0 0 7 0)摘 要:通过施工条带和碾压区优化设计,提出防渗面板水工沥青混凝土试拌试铺试验方案,分析沥青混合料摊铺后降温特性以及不同碾压工艺对现场压实度的影响,同时探讨现场芯样孔隙率与无核密度检测结果的相关性。试验结果表明现场温度降温速度为0.81.0/m i n,摊铺
2、后可保证至少有1h的施工碾压时间,振动复压2遍可达到现场孔隙率要求,低温施工和接缝处应适当增加碾压遍数,无核密度仪检测对于孔隙率超标的芯样辨别度高,可用于现场质量快速无损检测。关键词:水工沥青混凝土;试拌试铺;碾压工艺;孔隙率;无核密度T e s tA n a l y s i sa n dD e s i g no fT r i a lM i x i n ga n dP a v i n gf o rH y d r a u l i cA s p h a l tC o n c r e t eo fA n t i-s e e p a g eP a n e l sHU AZ h a o1,Y US h
3、i-h a i1,MOZ h i-y u n1,MOL i a n-t o n g2(1.C h i n aG e z h o u b aG r o u pC oL t d,W u h a n4 3 0 0 3 0,C h i n a;2.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fS i l i c a t eM a t e r i a l sf o rA r c h i t e c t u r e s,Wu h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,W u h a n4 3 0 0 7 0,C h i n a)
4、A b s t r a c t:B a s e do nt h eo p t i m a l d e s i g no f t h ec o n s t r u c t i o ns t r i p sa n dt h ec o m p a c t i o na r e a s,t h e t r i a lm i xa n dp a v i n gt e s tp l a no f h y d r a u l i c a s p h a l t c o n c r e t e o f a n t i-s e e p a g ep a n e l sw a sp r o p o s e d.T
5、 h e c h a r a c t e r i s t i c o f t e m p e r a t u r ed e c l i n e a f-t e rm i x t u r ep a v i n gw a s i n v e s t i g a t e da sw e l l a s t h e e f f e c t o f c o m p a c t i o n t e c h n i q u e o n t h e c o m p a c t i o nd e g r e e.T h e r e l a t i o nb e t w e e nt h ea i r v o i
6、 dc o n t e n t o f d r i l l e dc o r e s a n dn o n-n u c l e a r d e n s i t yw a s e x a m i n e d.T e s t r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e r a t eo ft e m p e r a t u r ed r o pw a sa b o u t 0.81.0/m i na n dt h i se n s u r e da t l e a s t1hf o rc o m p a c t i o nt i m ea f t e rp a
7、v i n g.T h ea i rv o i dc o n t e n t c o u l dr e a c ht h er e l a t e dr e q u i r e m e n t sa f t e r t w op a s s e so fv i b r a t i n gc o m p a c t i o n.T h en u m b e ro f c o m p a c t i o np a s ss h o u l db e i n c r e a s e df o rc o n s t r u c t i o na t l o wt e m p e r a t u r e
8、 sa n d j o i n t s.n o n-n u c l e a rd e n s i t i e sw e r ea b l e t od i s t i n g u i s ht h ec o r e sw i t hh i g ha i r v o i dc o n t e n t s a n d t h u s c o u l db eu s e d f o r t h e r a p i da n dn o n d e s t r u c t i v e t e s t i n go f f i e l dq u a l i t yc o n-t r o l.K e yw
9、o r d s:h y d r a u l i ca s p h a l tc o n c r e t e;t r i a lm i x i n ga n dp a v i n g;c o m p a c t i o nt e c h n i q u e;a i rv o i dc o n t e n t;n o n-n u c l e a rd e n s i t y收稿日期:2 0 2 3-0 5-0 4.作者简介:华 召(1 9 8 9-),工程师.E-m a i l:3 4 6 4 5 8 8 1 9q q.c o m通讯作者:磨炼同(1 9 7 9-),副研究员.E-m a i l:
10、m o l t w h u t.e d u.c n沥青混凝土防渗面板是抽水蓄能水库重要的防渗结构形式,其一般采用简式断面结构,由内到外分别为沥青整平胶结层、沥青防渗层和沥青玛蹄脂封闭层。沥青混凝土防渗面板因具有防渗性好、适应基础变形能力强、一体化施工性能高、使用耐久性好等诸多优点在我国抽水蓄能水库建设中得到较多应用1-3。水工沥青混凝土从室内配合比试验到现场铺筑试验都有严格的规定,一般在室内配合比设计试验完成并经第三方验证合格后确定推荐的标准配合比,同时要求确定推荐的标准配合比后应及时建立试验场地进行场外现场铺筑试验。场外现场铺筑试验主要工作包括:首先采用沥青拌和楼热料对室内沥青混凝土配合比进
11、行验证和调整,确定生产配合比;其次通过沥青混合料拌和生产、摊铺、碾压和现场检测,掌握沥青混凝土的材料制备、储存、拌和、运输、摊铺、碾压和检测等一套工艺流程,取得并确定各种有关的施工工艺参数,以指导沥青47建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第5期混凝土的现场施工4-6。水工沥青混凝土施工工艺的核心是确定合理的碾压压实工艺,特别是振动碾压遍数。现场检测的核心工作之一是开展无核密度试验和取芯标定,建立无核密度和现场芯样密度相关性以实现后期施工质量快速无损检测。场外现场铺筑试验前应开展沥青混合料试拌试机生产、沥青摊铺机试摊、碾路机试压等联动工作,以检验主要机械设备运行情况。通过沥青混合料试拌试铺
12、,开展沥青拌和楼生产调试、沥青混合料温度控制参数设定、沥青用量和级配抽提检测等工作。对试拌沥青混合料检测其体积性能、高温抗流淌性能和低温柔性等指标,这些指标达到设计要求后方能进入场外试验段铺筑环节7,8。为了保证防渗面板沥青混凝土场外试验段铺筑试验成功,将通过有限的施工条幅和碾压区优化设计,提出整平胶结层和防渗层沥青混凝土试拌试铺试验方案,检验沥青混合料摊铺、接缝处理、碾压等工艺的合理性,为正式场外现场铺筑试验提供技术指导。1 方案设计在正式场外平地铺筑试验前在沥青拌和站内开展试拌试铺工作,试铺面积按长度2 0m、宽度(34m)2施工条带。上述2条带下层为整平胶结层,宽4m;上层为防渗层,宽3
13、m。上下层错幅1m施工。整平胶结层按摊铺宽度4m施工,2条幅1d施工,条幅接缝按热接缝处理。防渗层按摊铺宽度3m,错幅1m施工,分2d施工以便于进行冷接缝处理,模拟正常防渗层摊铺、接缝处理、碾压等工艺。试拌试铺是开展平地场外试验的最后一次整套工艺与设备的检查与验收,确定是否达到开展场外正式试验的条件。整平胶结层施工计划按两个条幅划分试验目标,其中条带1重点检验摊铺初始压实度和不同碾压遍数对压实密度的影响,以优化合理的碾压遍数。条带2重点模拟极限降温施工对不同碾压遍数要求,解决施工温度低于设计要求下是否可以施工和如何增加碾压遍数。为了实现上述目标和要求,整平胶结层条带1采用如下碾压方案:1)按条
14、幅长度划分成5个碾压区:摊铺未碾压区长1.5m,初碾静压1遍区长4m,复压振动1遍区长4m,复压振动2遍区长4m,复压振动3遍区长4m。复压长度按遍数依次递减形成不同的碾压区。碾压前提前划分和标记好各碾压区以保证不过界碾压,各碾压区长度应至少大于振动碾长度的2倍以减少刹车后退的影响。2)沥青混合料摊铺过后,在端头预留未碾压区(长度1.5m)不进行碾压。初碾采用静压一遍,不得越界碾压到端头预留未碾压区。3)考虑到斜坡一般采用前进振动、后退静压的方式,平地试验复压宜全部统一采用前进振动、后退静压的方式,起振时应前后钢轮都起振。4)复压遍数不大于3遍,终压静压1遍,但只碾压到所有复压区。5)施工温度
15、按技术要求进行控制,摊铺温度1 4 01 6 0,初始碾压温度不小于1 3 0,二次碾压温度不小于1 0 5,终碾温度不小于9 0,施工时应严格按上述温度控制。整平层条带2采 用 人 为 极 限 降 温 设 计,施 工 温 度 按 技 术 要 求 下 限 进 行 控 制,降 低 摊 铺 温 度 至1 3 01 4 0,初始碾压温度下降到1 0 01 1 0,二次碾压温度9 01 0 0,终碾温度不小于7 0。以上温度设定用于模拟沥青混合料施工温度下降2 0左右时的施工效果。按条幅长度划分与条幅1相同,复压遍数按24遍设计以增加碾压遍数。防渗层试拌试铺为了重点解决正常条件下的合理碾压遍数要求和模
16、拟极端温度下降后混合料的碾压问题,在整平胶结层上面设计2个施工条幅,其碾压区划分和碾压方案与前述整平胶结层类似,分成5个碾压区,重点考察复压遍数,按25遍设计。防渗层沥青混合料施工温度按技术要求进行控制,摊铺温度1 5 01 7 0,初始碾压温度不小于1 4 0,二次碾压温度不小于1 1 5,终碾温度不小于9 0,施工时严格控制好温度。防渗层条幅接缝按冷缝处理,沥青混合料摊铺后的断面达到设计4 5,沥青摊铺机压边器改装并调试到位。接头坡度超过4 5 时,采用人工电动振动板将其矫正至4 5 以下,便于冷接缝施工。冷缝施工时应用红外线加热器对冷缝表面加热,使其在距其接缝表面以下深2 0mm处温度不
17、低于1 0 0时,且表面不得烤焦,然后摊铺另一条幅的热沥青混合料,利用振动碾压实到设计要求的密度。试拌试铺后现场开展无核密度试验和取芯标定工作,分析不同压实工艺和现场接缝处理对压实度的影响。现场取芯须与无核密度检测结合,芯样在钻取前应进行无核密度检测以便于对比无损检测结果与芯样密度实测结果,芯样应从无核密度仪读取数据部位的中心钻取。57建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第5期2 试拌试铺试验结果2.1 施工温度检测结果整平层条幅按技术要求进行控制时要求摊铺温度1 4 01 6 0,初始碾压温度大于1 3 0,二次碾压温度大于1 0 5,终碾温度大于9 0,实际施工时温度控制基本可达到要求
18、。整平胶结层沥青混合料温度随施工时间的下降关系如图1所示,沥青混合料摊铺温度在1 7 51 7 8,摊铺1h后温度仍可保持1 0 5 以上,前1h降温速度约为1/m i n,保证有较长的时间开展后续碾压压实。防渗层沥青混合料施工温度按技术要求进行控制时要求摊铺温度1 5 01 7 0,初始碾压温度大于1 4 0,二次碾压温度大于1 1 5,终碾温度大于9 0,实际施工时摊铺温度和碾压温度均可达到上述要求。防渗层沥青混合料温度随施工时间的下降关系如图2所示,沥青混合料摊铺温度在1 6 31 7 0,摊铺1h后温度仍可保持1 1 0以上,前1h降温速度约为0.8/m i n,降温速度略小于整平胶结
19、层沥青混合料,可有较长的时间开展后续碾压压实。2.2 现场孔隙率与无损检测分析整平胶结层沥青混合料摊铺后,针对不同的碾压方式进行了现场钻孔取芯,芯样检测结果见表1。芯样密度和孔隙率检测结果表明,现场摊铺后未碾压的整平胶结层沥青混凝土孔隙率在2 0%左右,初压后孔隙率在1 7%附近,复压2遍后孔隙率在1 3%1 4%,后继再增加碾压遍数可进一步提高压实度,但温度降低后增加碾压遍数效果不显著,因此整平胶结层应尽量在高温碾压以提高压实效率。整平胶结层热接缝复压2遍后孔隙率可小于1 5%,因接缝处沥青混合料易产生离析,应适当增加碾压遍数12遍。整平胶结层试拌试铺后现场开展无核密度仪密度试验和取芯标定工
20、作,取芯前先用无核密度仪开展现场孔隙率检测,同时标记好现场试验点所在位置,便于现场取芯进行密度和孔隙率验证。现场取芯与无核密度点对点重合,芯样从无核密度仪读取数据部位的中心钻取。芯样在钻取前无核检测结果与芯样实测结果对比见图3。无核检测结果与芯样实测结果有较好的相关性,对于孔隙率过高的芯样能够很好地辨别出来,因此整平胶结层可按无核检测孔隙率不大于1 5%进行现场压实度控制。防渗层芯样检测结果见表2。防渗层按正常施工温度进行摊铺未碾压时孔隙率在4.5%5.0%之间,达到压实度不小于9 0%的现场施工质量要求。正常温度初碾后孔隙率在3.7%附近,复压2遍后达到稳定,后继增加复压遍数影响小,而复碾4
21、遍后孔隙率略有反弹。极限降温施工时复压2遍后孔隙率可维持在2%3%,接近上限3%的技术要求,后继增加复压遍数可进一步降低孔隙率,但降幅有限,宜以控制沥青混合料出料和摊铺温度为主,确保后续碾压温度达到设计。冷接缝处理采用红外线加热到1 0 01 2 0,表面受热深度在1 0mm内,取芯检测发现其空隙率维持在2.5%附近,略小于上限3%的技术要求,应适当增加碾压遍数12遍以保证接缝处压实度。防渗层现场无核密度检测结果与取芯密度具有较好的相关性,如图4所示。对于孔隙率大于3%的芯样能够很好地辨别出来,因此防渗层可按无核检测孔隙率不大于3%进行现场压实度控制。67建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷
22、 第5期表1 整平层现场摊铺厚度、密度和孔隙率检测结果汇总施工方式碾压方式孔隙率/%条幅1,正常施工复压4遍1 1.9 5条幅2,降温施工复压4遍1 3.4 5条幅1,正常施工复压3遍1 3.3 9条幅2,降温施工复压3遍1 3.9 7条幅1,正常施工复压2遍1 4.6 5条幅2,降温施工复压2遍1 4.1 4条幅1,正常施工静压1遍1 7.0 9条幅2,降温施工静压1遍1 7.7 0条幅1,正常施工摊铺后2 0.9 6条幅2,降温施工摊铺后2 0.7 0接缝处静压1遍1 6.9 2复压2遍1 4.2 1复压3遍1 3.1 4复压4遍1 2.0 2表2 防渗层现场取芯孔隙率检测结果汇总施工方式
23、碾压方式孔隙率/%条幅1,正常温度复碾4遍2.1 1条幅1,正常温度复碾3遍1.7 3条幅1,正常温度复碾2遍1.5 6条幅1,正常温度初碾1遍3.6 6条幅1,正常温度摊铺后4.5 9条幅2,降温施工复碾5遍1.5 7条幅2,降温施工复碾4遍1.7 4条幅2,降温施工复碾3遍1.5 4条幅2,降温施工复碾2遍2.3 1条幅2,降温施工摊铺后4.9 5冷接缝处复碾2遍2.8 2复碾3遍2.4 7复碾4遍2.3 3复碾5遍1.9 43 结 论a.防渗面板沥青混凝土场外铺筑试验前应进行试拌试铺试验,试验方案可按上下层各2个施工条带和4 5个不同碾压区进行优化设计,整平胶结层接缝可按热缝进行设计以减
24、少施工时间,而防渗层应按冷缝设计以验证冷缝处理工艺的有效性。b.通过试拌试铺了解整平胶结层和防渗层的摊铺方法、碾压遍数、施工温度等各种参数,现场温度检测发现各层沥青混合料降温较慢,摊铺后可保证至少有1h的施工碾压时间,同时采用振动复压2遍可达到现场孔隙率要求,过多增加复压遍数对压实度提高幅度有限。c.试拌试铺试验模拟了极限降温条件下的施工碾压效果,试验结果表明在施工温度比设计要求低2 0下仍可达到现场孔隙率要求,现场可适当增加碾压遍数弥补温度损失的影响,接缝处应适当增加碾压遍数。d.无核密度仪检测结果波动性整体可控,通过进一步与芯样实测密度校准可提高其相关性,其对于孔隙率超标的芯样能很好地辨别
25、,可用于现场质量快速无损检测。参考文献1 周世华.我国水工沥青混凝土防渗面板的裂缝现状与成因分析J.水力发电,2 0 2 0,4 6(1 2):6 0-6 3,7 8.2 郝巨涛,刘增宏,汪正兴.我国沥青混凝土防渗工程技术的发展与展望J.水利学报,2 0 1 8,4 9(9):1 1 3 7-1 1 4 7.3 武小兵,刘 畅.呼和浩特市蓄电站水库面板防渗方案技术经济研究J.华北电力大学学报(社会科学版),2 0 1 1(S 2):1 2 1-1 2 3.4 李忠彬,刘 岩,张福成,等.沥青混凝土防渗面板施工质量控制流程及质量控制要素J.中国三峡,2 0 1 3(1 2):1 0 7-1 1
26、0.5 韩 艳,余梁蜀,周立涛,等.沥青混凝土防渗面板防渗层的质量控制参数研究J.水利科技与经济,2 0 1 2,1 8(2):8 8-9 0,9 2.6 曹 芡,肖兴恒.呼蓄电站上水库防渗面板沥青混凝土试验研究J.水电与新能源,2 0 1 5(5):4 1-4 4,5 0.7 邹长根,余 浩,闫小虎,等.沥青高温性能对防渗层沥青混凝土斜坡流淌的影响J.建材世界,2 0 2 2,4 3(6):4 7-5 1.8 邹长根,华 召,谢严君,等.防渗层水工沥青混凝土低温柔性影响因素分析J.水电能源科学,2 0 2 1,3 9(1 1):1 5 0-1 5 3.77建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第5期
