摘要：主要通過試驗結合工程實踐分析影響瀝青混凝土耐水性的主要因素，提出今后瀝青混凝土試驗可供參考的結論及天然砂的合理摻量。

關鍵詞：瀝青混凝土 耐水性 水穩定系數

一、工程概況

茅坪溪土石壩是三峽水利樞紐的重要組成部分，與三峽大壩同屬一等Ⅰ級永久建筑物。與三峽大壩共同攔蓄庫水，最大壩高104m，壩頂長1840m，總填筑方量為1213.38m3，其中該壩的防滲體—碾壓式瀝青混凝土防滲心墻總方量約5萬m3，防滲面積4.63萬 m2，心墻最大長度887.75m，最大高度94m，心墻設計寬度0.5~1.2m。

茅坪溪土石壩是一個無放空檢修條件的工程，瀝青混凝土心墻作為大壩的防滲體又是一個隱蔽性結構，其質量的好壞直接影響大壩蓄水后的運行安全，由于碾壓式瀝青混凝土心墻技術目前正處于發展階段，特別是國內碾壓式瀝青混凝土心墻工程較少，經驗不多，規程、規范不很成熟，茅坪溪瀝青混凝土心墻土石壩又是國內第一高壩，采用的是現代化施工機械和管理方法，不同于國內以前建設的同類型中低壩，因此還存在許多需要我們在實踐中不斷探索、研究解決的課題，其中瀝青混凝土的耐水性問題就是急需研究的主要問題。

二、試驗研究

本項試驗研究采用科學試驗與茅坪溪防護壩瀝青混凝土心墻施工實踐相結合的方法，初步分析出影響瀝青混凝土耐水性的主要因素，然后根據初步分析結果，針對主要問題，模擬工程實際，并通過對比試驗進行研究。我們收集國內外瀝青混凝土耐水性快速試驗方法，發現有的工程天然骨料制成的瀝青混凝土其耐水性是合格的，但竣工后經過數年長期浸泡，瀝青混凝土出現松散而失敗，原因是其測試的溫度低，時間短，水分并沒有浸透試件。經試驗研究，浸水試件溫度提高到80℃，浸泡360小時，干試件置于80℃蒸汽浴中，同樣氣浴360小時，并防水保護。然后干試件移入20℃空氣中，濕試件移入20℃水浴中各養生5天，進行抗壓試驗。這樣消除了溫度對干、濕試件的影響，求出的水穩定系數是真實可靠的，研究并提出了瀝青混凝土長期耐水性和快速試驗方法的關系。

試驗結果表明，茅坪溪防護壩瀝青混凝土心墻摻50%以下的酸性天然砂，對瀝青混凝土的耐水性有一定的影響，摻加30%的天然砂比全人工砂方案耐水性相差不及5%。如瀝青混凝土細骨料中控制天然砂摻量為30%，瀝青混凝土的耐水性是有保證的，可以大大降低瀝青混凝土的造價。

我們采用美國公路部門以經驗為根據逐步規范化的試驗方法。其步驟為按規程要求成型兩組高10厘米直徑10.1厘米的圓柱形試件6塊。第一組試件放在20±1℃的空氣浴中不少于4小時，按規程要求測試抗壓強度。第二組試件浸于60±1℃水中24小時，然后移至20±1℃水中，至少保持2小時，按規程要求測試抗壓強度。

水穩定系數=（R2/R1）×100%

上式中：R1=第一組試件的抗壓強度；

R2=第二組試件的抗壓強度；

上述試驗方法對瀝青含量稍大的瀝青混凝土是不適用的，因為瀝青混凝土的孔隙率小，水分子進入試件內部需要較長時間。如黑龍江省三道鎮水庫瀝青混凝土護坡，其瀝青混凝土護坡配合比為：大慶55#多蠟瀝青4%，大慶減壓渣油3%，當地天然砂36%，當地礫石50%，方解石7%。按現行規程（60℃水浸泡24小時）測試其耐水性是合格的，為了評價其長期耐水性，東北勘測設計研究院進行了長期浸水試驗，浸水14個月的水穩定系數為0.92，浸水23個月的水穩定系數為0.62，浸水7年的水穩定系數為0.54。該瀝青混凝土護坡竣工數年的冷凍循環及長期浸泡，瀝青混凝土出現松散而導致失效。這說明按規程測試的耐水性試驗結果及工程運行情況是不完全一致的。

澆筑式瀝青混凝土的瀝青含量一般在8.5%~16%之間，屬于無孔隙的瀝青混凝土混合物，礦物集料的孔隙完全由瀝青填滿并有剩余。這類瀝青混凝土的特點就是抗滲性好，其滲透系數小于10-11cm/s。可以設想，這類瀝青混凝土在60℃水中浸泡一晝夜水分子也只能進入表層。一般來講，瀝青含量大小對瀝青混凝土的耐水性不能產生本質的影響，因為瀝青含量大，水分子遷移到礦料與瀝青界面之間的時間長，是否產生剝離現象，還決定于瀝青與礦料之間的粘附特性。已經認識到，含極性成分少，粘度大的瀝青，水分子透過其膜的遷移速度很慢，用其制成的的瀝青混凝土，水分子在其內部擴散速度也就很慢。沒有足夠的時間，瀝青、礦料和水三相體系之間的物理化學作用就不能達到平衡。

已經證明瀝青混凝土長期浸水，其耐水性的優劣就能充分顯示出來，無疑，用這種方法測試瀝青混凝土的耐水性需要較長時間，不能滿足工程的需要。為了快速正確地測試瀝青混凝土的耐水性，國內外學者已經進行了大量的實驗研究工作，如殼牌石油公司提出，先將瀝青混凝土試件用水飽和，再在60℃水中浸泡一晝夜，使其三相體系達到平衡；再如，前蘇聯提出將水的溫度由60℃提高到80℃，通過大量試驗，建立了瀝青混凝土在80℃水中浸泡75小時相當于在20℃水中浸泡一年的定量關系。

通過試驗，我們注意到將瀝青混凝土浸泡水中，水分子能穿透瀝青膜，達到礦料表面，這種過程一旦開始，水分子就可以逐漸散布在礦料和瀝青界面之間。如果礦料是親水的，水將置換瀝青膜，使其產生剝離。礦料表面和瀝青界面之間的水膜絕不能被正常的加熱過程移走，概括地說，水分子穿透和剝離瀝青膜的速度主要決定于瀝青的類型、粘度及其膜厚，又決定于礦料的表面特性，特別值得提出，還決定于水的溫度。當按一定配比及規定的工藝條件制成試件后，瀝青的類型、粘度、膜厚及礦料的表面特性就不在是變量了。在瀝青、礦料和水的三相體系中只有水溫是變量了。

目前看來，將瀝青混凝土浸泡在80℃水中，加速瀝青、礦料和水的三相體系的物理化學作用，盡快達到平衡狀態，的確是比較現實和可行的措施。因為提高水溫只能加快反應過程，并不能影響最終結果。在總結前人大量試驗數據及經驗基礎上我們采用如下方法：按規程規定制備瀝青混凝土混合料及試件，每個配比成型6個試件，分為2組。第一組用雙半圓薄鐵板模進行側壁保護，防止試件變形，并采取多層塑料膜防水保護，置于80±1℃蒸汽浴中360小時，將試件取出，放在20±1℃空氣中不少于4小時，然后按規程規定的方法測試抗壓強度（R1）。第二組試件也用雙半圓薄鐵板模進行側壁保護，先浸入80±1℃水槽中360小時，然后用轉移板將其移到水溫為20±1℃水中4小時，按規程規定的方法測試抗壓強度（R2）。

水穩定系數=R2/R1

式中，R1=第一組干試件（蒸汽浴試件）的抗壓強度；

R2=第二組濕試件（水浴試件）的抗壓強度；

干、濕試件是在同一溫度、同一作用時間條件下進行的，溫度對試件結構強度的影響是一致的，在求取水穩定系數時對其可能產生的溫度影響得以消除。

瀝青混凝土在80℃恒溫浸水耐水試驗結果如下表：

配比編號

方案

浸水時間（h）

干抗壓強度(Mpa)

濕抗壓強度(Mpa)

水穩定系數R=R2/R1

1

100%人工砂

360

2.30835

2.30557

0.999

720

2.70691

2.55008

0.942

2

70%人工砂

30%天然砂

360

2.24346

2.06601

0.921

720

2.38585

2.21963

0.930

3

50%人工砂

50%天然砂

360

2.31035

2.00689

0.869

720

2.52807

2.13462

0.844

4

100%天然砂

168

2.35816

2.06891

0.877

360

2.48960

2.02460

0.815

720

2.57500

1.93084

0.750

三、結論

通過上述試驗，可以得出如下結論：摻30%天然砂與100%人工砂方案相差不足5%，瀝青混凝土耐水性可以滿足要求；80℃水沒有破壞瀝青與石灰巖礦料之間的粘結；每多摻入1.89%的天然砂，其水穩定系數降低0.01；瀝青混凝土試件在80℃水中浸泡15天的測試數據是可信的，可以在今后參考使用。

另外，水工瀝青混凝土一般都要承受一定水頭的壓力，在室內試驗條件下的瀝青混凝土耐水性并不等于有一定水頭壓力條件下的耐水性，這是今后研究瀝青混凝土試驗工作中應該考慮的問題。