场外试验成果分析.docx
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场外试验成果分析
黑龙江省绥芬河市五花山水库大坝工程
沥青混凝土心墙室外试验成果报告
批准：
宫继仁
校核：
夏元亮
编写：
蒋建伟陈纪洋
姜军武
试验:
蒋建伟陈纪洋
魏福强孟楠
黑龙江省水利水电工程总公司
绥芬河市五花山水库大坝工程项目部
二0十一年九月
目录
1、室外试验概述-3-
1.1试验原则-3-
1.2试验气候条件-3-
1.3试验成果编制依据-3-
2、过渡料摊铺试验-4-
2.1过渡料的物理性能试验-4-
2.2过渡料的碾压方法-4-
2.3过渡料的碾压试验-5-
3、沥青混凝土原材料试验-8-
3.1碱性骨料和矿粉的检验-8-
3.2沥青材料性能试验-9-
4、室外沥青混凝土碾压试验-10-
4.1常态混凝土基底处理实验-10-
4.2冷底子油的试验:
-10-
4.3沥青砂浆的试验-11-
4.4沥青混凝土层间结合和接头处理试验-11-
4.5摊铺碾压试验-13-
4.7碾压试验成果分析-20-
5、室外心墙摊铺复核试验-23-
5.1室外复核试验的目的和方法-23-
5.2复核试验检测成果-24-
5.3复核试验说明-28-
6、试验成果分析和心墙及两侧过渡料施工参数选定-29-
6.1试验成果分析-29-
6.2心墙及两侧过渡料碾压参数的选定-30-
6.3施工配合比的确定-31-
5、试验总结-33-
5.1试验小结-33-
5.2试验存在的问题-33-
1、室外试验概述
1.1试验原则
根据本标段合同及《黑龙江省绥芬河市五花山水库（第一标段）》招标文件要求：
通过现场铺筑试验应对室内沥青混凝土配合比进行验证调整，确定生产配合比，以掌握沥青混凝土的材料制备、拌和、储存、运输、摊铺、碾压及检测等工艺流程，取得并确定各种有关的施工工艺参数验证室内沥青混凝土配合比和技术指标。
本次场外试验以验证“中水东北勘测设计研究有限责任公司”所推荐的沥青混凝土配合比（试验编号：
WHS-6.8）为主，共分二个摊铺层（即压实厚度为20cm和30cm）进行场外试验。
其配合比如下：
试验编号
各粒级（mm）骨料比例（%）
矿粉含量（%）
沥青含量（%）
10-20
5-10
2.5-5
0.075-2.5
WHS-6.8
26.2
17.9
21.2
21.9
12.8
6.8
注：
配合比详见《绥芬河市五花山水库工程碾压式沥青混凝土配合比试验研究》
1.2试验气候条件
根据室外试验进度安排，本次试验时间时段为：
第一时段2011年9月1日至9月21日，试验气温在7ºC~25ºC；第二时段2011年10月5日至10月9日，试验气温在1ºC~16ºC
1.3试验成果编制依据
（1）《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则SL501-2010》
（2）《水工碾压式沥青混凝土施工规范DL/T5363-2006》
（3）《碾压式土石坝施工规范（DL/T5129—2001）》
（4）《水工沥青混凝土试验规程（DL/T5323-2006）》
（5）《土工试验规程》（SL237-041-1999）
（6）《碾压式沥青混凝土心墙及心墙两侧过渡料室外摊铺试验大纲》
（7）《黑龙江省绥芬河市五花山水库工程碾压式沥青混凝土心墙施工
技术要求》。
2、过渡料摊铺试验
2.1过渡料的物理性能试验
2.1.1过渡料的级配试验
本次试验使用的砂砾石过渡料来源于上游的过渡料筛分厂，项目部试验人员在摊铺试验区取样三组，进行筛分试验。
其级配和相应指标检测成果如下：
过渡料筛分的试验成果表
设计指标
粒径范围
含泥量
不均匀系数
曲率系数
颗粒形状
设计要求
不大于160mm
＜8%
≥5
1～3
无针、状片颗粒、坚固抗冻
第1组
<120
0.26
38.7
1.02
符合设计要求
第2组
<120
0.24
45.1
0.77
符合设计要求
第3组
<120
0.60
40.4
1.03
符合设计要求
均值
<120
0.37
41.4
0.94
符合设计要求
注：
试验数据见附表《土料颗粒分析试验记录表（筛分法）》
从上表可知：
过渡料的级配除曲率系数略低于设计值外，其它指标的合格率为100%。
2.1.2过渡料的紧密密度试验
在摊铺试验区取样二组，进行紧密密度试验，本次试验方法采用GB/T14685—2001规范执行，因本项目过渡料最大粒径超过规范规定值，项目部试验人员采用“相似法”试验方法进行试验。
该试验检测二组，平均值为2.092g/cm3＞设计值2.0g/cm3的要求，试验成果见附表《砂砾石紧密密度报告》。
2.1.3过渡料的最大干密度、最小干密度试验
本工程过渡料的最大、最小干密度土工试验方法，是根据类似工程试验经验，会同监理单位、施工单位意见，本工程过渡料最大、最小干密度试验采用“现场碾压法”确定。
通过“现场碾压法”试验，根据料场砂卵石料的含砾量范围及通过试验获得的三因素相关曲线（即Dr～Pg～γd曲线）按砾石含量计算出于密度的加权平均值，以此值作为设计指标。
通过计算确定过渡料最大干密度值为：
2.31g/cm3，最小干密度值为：
1.94g/cm3。
2.2过渡料的碾压方法
在试验场地的上、下游各布置三个区，即A、B、C三区，分压实厚度为20cm、30cm两个不同层进行试验。
20cm层碾压遍数试验组合：
静碾2遍（12T振动碾）+动碾（2T振动碾、采用Ⅰ档碾压速度：
2.43km/h）4、6、8、10遍。
30cm层碾压遍数试验组合：
静碾4遍（12T振动碾）+动碾（2T振动碾、采用Ⅰ档碾压速度：
2.43km/h）6、8、10、12遍。
试验分区另见《室外摊铺试验大纲》。
2.3过渡料的碾压试验
2.2.1试验区沉降试验
（1）第一层沉降量检测结果
根据《试验大纲》及现场实际情况，第一层松铺厚度控制在23cm左右（压实厚度在20cm左右）、碾压遍数为静碾2遍+动碾4、6、8、10遍。
沉降量检测见下表:
第一层（层厚20cm）过渡料沉降量及沉降率统计表
动碾遍数
平均松铺厚度（mm）
压实厚度（mm）
平均沉降量（mm）
沉降率（%）
4
258.0
236.8
21.2
8.2
6
243.5
221.4
22.1
9.0
8
250.0
227.4
22.6
9.0
10
213.4
187.4
26.0
12.2
注：
测量记录见《过渡料试验区第一层（20cm厚）沉降测量记录表》
（2）第二层沉降量检测结果见下表：
松铺厚度在33cm左右（压实厚度在30cm左右）、碾压遍数为静碾2遍+动碾6、8、10、12遍。
沉降量检测见下表:
第二层（层厚30cm）过渡料沉降量及沉降率统计表
动碾遍数
平均松铺厚度（mm）
压实厚度（mm）
平均沉降量（mm）
沉降率（%）
6
352.4
315.8
36.6
10.4
8
360.0
322.0
38.0
10.6
10
377.3
338.0
39.3
10.4
12
370.5
327.5
43.0
11.6
注：
测量记录见《过渡料试验区第二层（30cm厚）沉降测量记录表》
（3）沉降分析
1）从上述统计表可知：
随着碾压遍数的增加，沉降量及沉降率随之增加，符合碾压规律；
2）对第一层和第二层沉降情况相比较发现，第二层沉降率明显大于第一层，说明在进行第二层碾压时碾压机对第一层具有一定挤密压实的功能。
3）下图为动碾遍数与沉降率（%）关系曲线图，通过关系曲线图中碾压遍数与沉降率之间的关系，推算不同的过渡料压实厚度对应的松铺厚度。
动碾遍数与沉降率（%）关系曲线图
4）动碾遍数与沉降量关系
根据动碾遍数与沉降率（%）关系曲线图，查出不同动碾遍数，对应的沉降率，在压实厚度不变的情况下，计算出不同压实层厚的沉降量及松铺厚度：
动碾遍数与沉降量、松铺厚度关系表
动碾遍数（遍）
4
6
8
10
12
对应的沉降率（%）
8.2
9.7
9.8
11.4
11.6
压实后20cm
沉降量（cm）
1.8
2.1
2.2
2.6
2.6
松铺厚度（cm）
21.8
22.1
22.2
22.6
22.6
压实后30cm
沉降量（cm）
2.7
3.2
3.3
3.9
3.9
松铺厚度（cm）
32.7
33.2
33.3
33.9
33.9
从上表可知：
一旦过渡料的动碾遍数确定后，就可以确定不同压实层厚的松铺厚度。
2.2.2干密度及相对密度检测
（1）第一层（20cm厚）干密度及相对密度检测成果
干密度检测采用试坑“注水法”，检测的统计结果列于下表：
试验区第一层（20cm厚）过渡料干密度和相对密度统计表
动碾遍数
最大干密度（g/m3）
最小干密度（g/m3）
设计干密度
（g/m3）
现场干密度（g/m3）
实测相对密度
4
2.31
1.94
2.205
2.215
0.775
6
2.31
1.94
2.205
2.23
0.778
8
2.31
1.94
2.205
2.24
0.835
10
2.31
1.94
2.205
2.25
0.86
注：
试验检测记录《试验区第一层（20cm厚）过渡料干密度、含水率试验记录表》
（2）第二层（30cm厚）干密度及相对密度检测成果
干密度检测采用试坑“注水法”，检测的统计结果列于下表：
试验区第二层（30cm厚）过渡料干密度和相对密度统计表
动碾遍数
最大干密度（g/m3）
最小干密度（g/m3）
设计干密度
（g/m3）
现场干密度（g/m3）
实测相对密度
6
2.31
1.94
2.205
2.199
0.735
8
2.31
1.94
2.205
2.231
0.814
10
2.31
1.94
2.205
2.239
0.833
12
2.31
1.94
2.205
2.257
0.877
注：
试验检测记录《试验区第二层（30cm厚）过渡料干密度、含水率试验记录表》
（3）动碾遍数与相对密度关系
本次试验是将过渡料碾压的碾压设备、层厚及加水量作为固定参数，在不同的碾压遍数下得到不同的干密度，从而通过计算得出相对密度，绘制碾压遍数与相对密度的关系曲线，在相对密度满足设计要求的条件下，根据关系曲线，选择合理的碾压遍数。
下图为碾压遍数与相对密度的关系曲线图：
过渡料碾压遍数与相对密度关系曲线图
从上图可以看出碾压遍数与相对密度之间的关系可以知道：
1）当压实层厚为20cm时，曲线图表明，关系曲线呈单调上升趋势，当采用12T碾静压二遍、动碾4遍以上时，动碾碾压速度为2.43km/h时，相对密度均大于设计要求的0.75相对密度值要求。
2）当压实层厚为30cm时，曲线图表明，关系曲线呈单调上升趋势，当采用12T碾静压四遍、动碾8遍以上时，动碾碾压速度为2.43km/h时，相对密度均大于设计要求的0.75相对密度值要求。
3、沥青混凝土原材料试验
3.1碱性骨料和矿粉的检验
3.1.1化学分析及碱度模数值
碱性骨料和矿粉均采用东宁县马营村石灰石料厂轧制加工，生产前对该产地的岩石采样后委托黑龙江省水利工程质量检测中心站进行化学分析，其组成见下表：
石灰岩化学分析检验成果表
成分名称
SiO2
Fe2O3
CaO
MgO
含量%
2.93
0.61
52.76
0.11
注：
碱度模数:
18.25
根据上表可知,使用的石灰石其碱度模数=18.25＞1，满足设计要求。
3.1.2骨料物理性能试验
骨料的性能检验记录表
序号
项目
单位
粗骨料
细骨料
设计指标
实测值
设计指标
实测值
1
表观密度
g/cm3
＞2.6
2.8
＞2.6
2.94
2
含泥量
%
＜0.3
0.28
＜0.3
0.26
3
耐久性
%
＜12
0.42
＜15
4.9
4
针片状含量
%
＜10
8.74
—
—
5
吸水率
%
＜2.5
2.4
＜3
2.75
6
超径
%
＜5
3.04
＜5
4.54
7
逊径
%
＜10
6.04
—
—
8
水稳定性要求
级
—
—
>6
7
9
与沥青黏附力
级
＞4
5
—
—
10
压碎率
%
≤16
9.3
—
—
11
级配及其他
级配良好，岩质坚硬，在加热条件下不至于引起性质变化。
骨料的各项性能均超过质量标准，满足设计要求。
3.1.3矿粉物理性能试验
粉均采用东宁县马营村石灰石料厂雷蒙破碎机轧制加工，其物理性能检测成果如下：
矿粉物理性能检验成果表
序号
项目
单位
指标
实测值
1
密度
g/cm3
>2.55
2.77
2
含水率
%
<0.5
0.4
3
亲水系数
<1
0.84
4
颗粒筛孔通过率
<0.6mm
%
100
100
<0.15mm
%
>90
100
<0.075mm
%
>80
92.58
5
其他
不含泥土、有机质杂质和结块
矿粉的各项指标均满足设计要求且不含有机质、泥土等杂质，并无结块团粒；
3.2沥青材料性能试验
本项目沥青混凝土心墙使用的沥青材料为中石化辽河油田分公司生产B90#水工沥青，其性能见下表：
沥青材料性能试验成果表
项目
单位
设计指标
实测值
针入度（25℃，100g，5s）
1/10mm
80～100
88
软化点（环球法）
℃
42～54
44.0
延度（5cm/min，15℃/4℃）
cm
≥150/30
>150/45
密度（25℃）
g/cm3
≥1
1.015
含蜡量（裂解法）
%
≤2
1.6
当量脆点
℃
≤-10
-14.7
溶解度（三氯乙烯）
%
>99.0
99.6
闪点
℃
≥230
285
薄膜烘箱试验值
质量损失
%
≤0.6
0.1
针入度比
%
≥60
66
延度（5cm/min，15℃/4℃）
cm
≥100/8
>100/24
软化点升高
℃
≤5
3.0
沥青各项性能指标均满足设计要求。
4、室外沥青混凝土碾压试验
4.1常态混凝土基底处理实验
在实验过程中，基底采用钢纤人工凿毛处理，处理的标准是基底混凝土表面的乳皮清理干净，表层卵石外露一部分，但无深坑，沥青砼和常态混凝土的结合面无明显的施工缝和冷缝，如下图所示：
4.2冷底子油的试验:
冷底子油在试验区进行了三种配合比对比试验,其配合比分别为沥青：
汽油=3：
7、4：
6和5：
5，室外试验时，每种配合比涂刷长度10m、面积为6m2，冷底子油的施工方法如下：
待在砼表层处理干净干燥后，按三种配合比配制冷底子油，配制前先把桶装沥青热熔后，待沥青温度降到80C左右称量，并与汽油调配稀释后，人工用毛刷涂抹在砼表层，结束后待冷底子油冷却12小时，检查其表面表面干燥、粘手、厚度、淤积现象。
从室外的涂刷效果来看,沥青：
汽油=4：
6涂刷质量好于其它两种配合比,并且试验室推荐采用的冷底子油的配合比为沥青:
汽油=4：
6。
其表面干燥无白茬、不粘手、厚度均匀、色泽均一、无淤积现象。
其效果见下图：
4.3沥青砂浆的试验
在室外试验区进行沥青砂浆四种配合比对比试验，沥青：
矿粉：
细骨料分别为1：
2：
2、1：
2:
2.5、1:
2:
3，在摊铺中，沥青砂浆配合比为沥青：
矿粉：
细骨料=1：
2：
2.5的和易性、流态好于其他配合比，采用该配合比时，沥青加热到150~170C，人工砂和石粉加热到150~180C，砂浆拌合温度在150~170C，入仓温度在130~150C能满足施工要求
施工方法：
采用人工拌合，拌合好的沥青砂浆通过人工快速运到摊铺现场，直接卸入仓内，进行人工摊铺，厚度在1.5cm左右；无流淌、无鼓包现象；满足规范要求，其效果见下图：
4.4沥青混凝土层间结合和接头处理试验
4.4.1层间结合试验
根据我公司其它项目的工程经验，对下层基面做加热和不加热两种方式进行对比试验，在室外试验过程中，选择第二层沥青混凝土摊铺前，分加热区：
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区基面，不加热：
Ⅴ区，待第二层沥青混凝土冷却后，用取芯机钻孔取样，从取芯的芯样上看：
加热和不加热对层间结合的影响都不大，结合面上均无明显的施工缝和冷缝，如下图所示：
注：
上述芯样高度为40cm，其中Ⅰ、Ⅱ区为基面加热区，Ⅴ区为不加热区。
4.4.2沥青混凝土接头试验
在试验区第二层Ⅰ区和Ⅱ区之间做一纵向接头，其目的是检查纵向接头的结合情况，施工方法是将结合部位做成缓于1：
3的斜坡，用22kw立式打夯机对沥青混合料夯实，直至接头处表面泛油。
待上层沥青混凝土施工完成后，用取芯机在接头部位钻孔取样二个，从取芯的芯样上看：
结合面上均无明显的施工缝和冷缝，如下图所示：
4.5摊铺碾压试验
4.5.1碾压遍数的设定
（1）20cm层厚遍数组合：
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区，每区长度为6m，先静碾2遍后再进行动碾，动碾遍数依次为4、6、8、10、12遍，动碾完成后进行收仓碾2遍。
上述碾压设备YZC1.5双轮振动碾。
（2）30cm层厚遍数组合分二部分：
1）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，各个试验区长度为6m，先静碾2遍后再进行动碾，动碾遍数依次为6、8、10遍，动碾完成后进行收仓碾2遍，碾压设备为YZC1.5双轮振动碾。
2）Ⅳ、Ⅴ区，每区长度为3m，先静碾2遍后再进行动碾，动碾遍数依次为10、12遍，动碾完成后进行收仓碾2遍。
静碾设备为YZC1.5双轮振动碾、动碾设备为金马0.8t双轮振动碾。
具体分区见《室外摊铺试验大纲》。
4.5.2本次碾压试验的固定参数
固定参数是指本次试验始终不变的参数，在试验过程中不再试验与设计参数的相关关系。
本次碾压试验固定参数见下表：
固定参数表
压实层厚
压实层厚20cm
压实层厚30cm
压实层厚30cm
拌合设备
LQY-40强制式拌合站
LQY-40强制式拌合站
LQY-40强制式拌合站
碾压设备
YZC1.5双轮振动碾
YZC1.5双轮振动碾
金马0.8t双轮振动碾
拌合时间
干拌15S、湿拌60S
干拌15S、湿拌60S
干拌15S、湿拌60S
振动碾行车速度
25～30m/min
25～30m/min
25～30m/min
初碾遍数（静碾）
2遍
2遍
2遍
收仓碾遍数（静碾）
2遍
2遍
2遍
上述参数固定后，本次试验目的是通过不同的动碾遍数求出与沥青混凝土设计指标之间的关系。
4.5.3碾压沉降及宽度检测
（1）第一层（20cm）沉降量检测结果见下表:
20cm摊铺层混凝土沉降量及沉降率统计表
区号
铺筑厚度均值（mm）
动碾遍数
沉降量（mm）
Ⅰ
230
4
23.3
Ⅱ
230
6
35.0
Ⅲ
230
8
23.3
Ⅳ
230
10
23.7
Ⅴ
230
12
35.3
注：
测量记录见附表《心墙第一层（20cm）沉降测量记录表》
由于沉降量测量是非原位测量，加上沥青混凝土混合料为弹塑性材料，实际沥青混凝土混合料沉降量可按平均沉降量考虑，根据检测结果计算可知，松铺厚度为23cm时，压实厚度为20cm，平均沉降量3cm。
（2）第二层（30cm）沉降量检测结果见下表:
20cm摊铺层混凝土沉降量及沉降率统计表
区号
铺筑厚度均值（mm）
动碾遍数
沉降量（mm）
备注
Ⅰ
230
4
23.3
动碾设备为YZC1.5双轮振动碾。
Ⅱ
230
6
35.0
Ⅲ
230
8
23.3
Ⅳ
230
10
23.7
动碾设备为金马0.8t双轮振动碾
Ⅴ
230
12
35.3
注：
测量记录见附表《心墙第二层（30cm）沉降测量记录表》
根据上表检测结果计算可知：
1）采用YZC1.5双轮振动碾动碾时，松铺厚度为35cm时，压实厚度为30cm，平均沉降量5cm。
2）采用金马0.8t双轮振动碾动碾时，松铺厚度为36cm时，压实厚度为30cm，平均沉降量6cm。
金马0.8t双轮振动碾自重比YZC1.5双轮振动碾轻，沉降量反而大，可能与沉降测点少有关系。
（3）宽度检测结果见下表:
摊铺层混凝土宽度检测统计表
试验分层
宽度cm
均值cm
20cm层
62
62
60
61
60
62
61.2
30cm层
61
58
62
60
59
62
60.3
从上述检测的数据和现场挖坑的情况来看：
20cm层厚的心墙宽度合格率为100%能满足设计要求，30cm层宽度合格率约在67%左右。
4.5.4马歇尔稳定度、流值检测
第一层马歇尔稳定度、流值检测成果表
区号
动碾遍数
马歇尔稳定度均值（N）
马歇尔流值均值（1/100cm）
Ⅰ区
4
10708.6
66.3
Ⅱ区
6
10619.5
72.9
Ⅲ区
8
11440.9
56.2
Ⅳ区
10
10327.0
64.5
Ⅴ区
12
9995.3
63.6
注：
试验成果见附表《试验区沥青混凝土心墙试验成果统计表》。
第二层马歇尔稳定度、流值检测成果表
区号
动碾遍数
马歇尔稳定度均值（N）
马歇尔流值均值（1/100cm）
FH区
6
9703.8
74.3
Ⅰ区
10
13794.5
60.1
Ⅱ区
8
16051.1
57.1
Ⅲ区
6
12971.0
44.5
Ⅳ区
10
12306.1
60.2
Ⅴ区
12
13559.6
56.6
马歇尔试件
9690.0
45.500
注：
1）试验成果见附表《试验区沥青混凝土心墙试验成果统计表》。
2）Ⅳ、Ⅴ区采用金马0.8t双轮振动碾动碾。
马歇尔稳定度、流值检测合格率为100%,满足设计要求。
4.5.5密度、孔隙率及渗透检测
（1）马歇尔试件检测
在第一层和第二层共取样二组，室内击实成型马歇尔试件，分别进行密度、孔隙率及渗透检测，成果如下表所示：
马歇尔试件密度、孔隙率和渗透检测成果表
层号
最大密度（g/cm3）
密度
（g/cm3）
孔隙率
（%）
渗透系数（cm/s）
第一层
2.455
—
—
2.39×10-9
2.455
—
—
2.30×10
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