CN110436828A - 含有酸性石料的水工沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开含有酸性石料的水工沥青混凝土，包括沥青、破碎天然砂砾石骨料、填料、海泡石绒、橡胶，其中沥青、破碎天然砂砾石骨料、填料按以下质量百分比配比：沥青6.0％‑6.8％、破碎天然砂砾石骨料70.2％‑84％、填料10％‑13％，海泡石绒和橡胶按1:2‑4的质量比配比，且海泡石绒占沥青质量的0.8％‑1％。通过酸化后海泡石绒与橡胶的混合，吸附填料形成酸性填料团，热化后的沥青填充入酸性填料团的内部空隙，利用有用孔径来包裹沥青，使得沥青与酸性填料之间的粘结度大幅提升。

Description

含有酸性石料的水工沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于水工沥青混凝土技术领域，具体涉及含有酸性石料的水工沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
沥青混凝土应用于土石坝中相对较晚，世界上最早建成的沥青混凝土心墙坝是1949年葡萄牙的瓦勒多盖奥(Vale De Caio)坝，坝高45m。由于工程师对沥青材料的认识尚浅，而且心墙较薄并设置在坝体内部，不宜检查，若大坝发生渗漏，修复较为困难，除此之外，施工技术和施工设备的落后也是造成早期沥青混凝土心墙发展比较迟缓的原因。随着水工沥青混凝土现代化技术的发展，沥青质量的优化，机械化施工程度的提高，同时心墙处于坝体的坝壳料和过渡料之间，有很好的稳定性，受外界自然条件影响小，不易老化，耐久性好，能够适应坝基和坝体的变形，通常基础处理工作量也较小，而且心墙施工工艺简单，因此近年来沥青混凝土心墙坝发展迅速。
沥青混凝土心墙坝具有优越的抗渗性能、适应变形能力、裂缝自愈能力、抗震性能、环境适应性和安全性、严寒条件下亦可施工以及整个心墙无须设置结构缝等优点，正在被越来越多的工程技术人员所接受，并且已逐步成为土石坝筑坝技术应用的主要坝型之一。国际大坝委员会(ICOLD)在1992年第84号公报中曾指出：沥青混凝土心墙土石坝是“未来最高坝适宜的坝型”。在International Journal on Water Power&Dams 2014年年报上注册的沥青混凝土心墙土石坝有156座，国外有81座，国内有75座。建坝较多的国家有：中国、德国和挪威。
目前，随着我国西部大开发，沥青混凝土心墙坝已被大量应用于水利水电工程，但是传统观念认为水工沥青混凝土防渗结构中，碱性骨料可以与沥青中的表面活性物质产生化学吸附，有很好的黏附性，酸性骨料与沥青主要是物理吸附作用，与沥青的黏附性和耐久性无法保证，在长期浸水作用下，沥青膜易被水逐渐置换而从骨料表面剥离，从而导致结构破坏。
自然界中碳酸盐类岩类的分布仅占岩石总量的0.25％，我国西部很多地方碱性骨料资源有限。在水利工程中的很多坝区，不一定都能找到满足工程要求的碱性岩石料源，即使在一定距离范围内发现有碱性岩石料源，也需要进行人工破碎岩石等，造成污染大、能耗高，再加上运输成本等，使得工程造价较高。
许多水电工程坝区具有广阔的山涧河滩、戈壁，天然砂砾石资源极为丰富，尤其新疆。然而，天然砂砾石中骨料品种复杂，既有碱性岩石又有酸性岩石，以花岗岩和石英岩居多。按照现有技术还无法直接使用当地矿产资源天然砂砾石料作为水工沥青混凝土主要的原材料组分。
由于酸性填料与沥青之间的粘结度远远比不上碱性填料，导致酸性填料的应用很局限，而现有技术中对于这方面的问题主要从改性沥青、添加抗剥离剂、改变酸性填料表面性质，如在碱性溶液里浸泡、加石灰等措施，但是均无法较好的保证沥青与酸性填料之间的粘结强度，极易导致水泥砼在水破坏表层后呈现松散状态，抗渗以及抗压、密实度均无法满足工程所需。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供含有酸性石料的水工沥青混凝土及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
含有酸性石料的水工沥青混凝土，包括沥青、破碎天然砂砾石骨料、填料、海泡石绒、橡胶，其中沥青、破碎天然砂砾石骨料、填料按以下质量百分比配比：沥青6.0％-6.8％、破碎天然砂砾石骨料70.2％-84％、填料10％-13％，海泡石绒和橡胶按1:2-4的质量比配比，且海泡石绒占沥青质量的0.8％-1％。
优选的，所述破碎天然砂砾石骨料为酸性骨料。
优选的，所述橡胶为经过酚醛树脂改性的异戊橡胶。
优选的，所述酸性破碎天然砂砾石骨料的粒径包括10-20目、20-30目、30-40目，且比例为1:2:1。
优选的，所述海泡石绒和橡胶的质量比为1:3。
本发明公开了上述含有酸性石料的水工沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将海泡石绒按固液比1：10加至2mol/L稀盐酸中搅拌3-5h，35℃条件下静置1-2d，抽滤并用去离子水洗涤，烘干；
(2)将步骤(1)预处理过的海泡石绒和橡胶按比例混合，并加入1/2体积的磁化水，在超声作用下使海泡石绒和橡胶溶胀于磁化水中，搅拌混合得到混合物；
(3)将破碎天然砂砾石骨料、填料与步骤(2)中混合物混合，在145-155℃条件下加入沥青，室温冷却，静置。
利用海泡石绒和橡胶结合，酸化后的海泡石绒具有较大的粘合性，在超声作用下，改变其不同的有用孔径，与橡胶结合后吸附填料，形成酸性填料团，在加热状态下的沥青混合填充入酸性填料团的空隙中，极大增强了沥青与填料间的粘结度，同时，海泡石绒和橡胶溶胀于磁化水中之后，活性增强，且由于磁化水的滞后作用，易在酸性填料团融合沥青后形成胶体膜，在一定程度上提高了水工沥青混凝土的抗渗性能以及抗压强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过酸化后海泡石绒与橡胶的混合，吸附填料形成酸性填料团，热化后的沥青填充入酸性填料团的内部空隙，利用有用孔径来包裹沥青，使得沥青与酸性填料之间的粘结度大幅提升。
(2)海泡石绒和橡胶溶胀于磁化水后，加上磁化水的滞后作用，酸性填料团在融合沥青后容易在表面形成胶体膜，进一步增强沥青与酸性填料的粘结度。
附图说明
图1为本发明不同掺量海泡石绒对水工沥青混凝土性能的影响；
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
新疆奴尔水利枢纽工程位于奴尔河中下游河段，属新疆维吾尔自治区和田地区策勒县境内的奴尔河控制性工程，是一项以灌溉、防洪为主，兼顾水力发电的综合性水利工程。水库总库容0.68亿m3，拦河坝坝高80.0m。大坝为碾压式沥青混凝土心墙坝，沥青混凝土心墙总填筑量3.38万m3，混凝土防渗墙面积1.31万m2。
奴尔河山区历年极端最高气温36.4℃，极端最低气温-22.5℃，多年平均气温4.7℃，多年平均年降水量195mm，多年平均年蒸发量1267mm。最冷月平均气温-5.3℃。多年平均年最大风速11.6m/s，最大冻土深度87cm。
本申请中的填料、骨料均为当地就地取材。
含有酸性石料的水工沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将海泡石绒按固液比1：10加至2mol/L稀盐酸中搅拌3-5h，35℃条件下静置1-2d，抽滤并用去离子水洗涤，烘干；
(2)将步骤(1)预处理过的海泡石绒和橡胶按比例混合，并加入1/2体积的磁化水，在超声作用下(辐射功率500W，工作5s)使海泡石绒和橡胶溶胀于磁化水中，搅拌混合得到混合物；
(3)将破碎天然砂砾石骨料、填料与步骤(2)中混合物混合，在145-155℃条件下加入沥青，室温冷却，静置。
实施例:
按下表1原料配比制备，其中，对比例5橡胶为未改性的异戊橡胶，对比例6中制备方法步骤(2)使用蒸馏水，实施例1-4以及对比例6采用的橡胶为经过酚醛树脂改性的异戊橡胶。具体改性步骤为5％酚醛树脂与异戊橡胶80-100℃水浴，搅拌30min，静置。对比例7采用的橡胶为丁基橡胶。
表1：原料配比
编号/份数 沥青 破碎天然砂砾石骨料 填料 海泡石绒 橡胶
1 6.0 84.0 10.0 0.048 0.096
2 6.3 83.7 10.0 0.054 0.161
3 6.8 82.2 11.0 0.061 0.122
4 6.2 83.8 10.0 0.059 0.147
5 6.0 82.0 12.0 0.060 0.240
6 6.4 81.0 12.6 0.061 0.213
7 5.5 85.0 9.5 0.055 0.110
上述酸性填料(酸性破碎天然砂砾石骨料)的粒径为10-20目、20-30目、30-40目，且比例为1:2:1。
上述各组试验制备的水工沥青混凝土性能如下表2所示，
表2
从上述数据可以看出，经过磁化水处理的海泡石绒与橡胶制备的水工沥青混凝土抗渗性能较经过蒸馏水处理的更优，且未改性的异戊橡胶对线性收缩有提升，但是会对降低干密度，随着海泡石绒的含量增加，沥青混凝土的抗压强度及粘结强度均得到提升，当含量增加到一定程度反而会降低沥青混凝土的抗渗性能。
实施例5，不同含量的海泡石绒对沥青混凝土的影响，结果如图1所示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.含有酸性石料的水工沥青混凝土，其特征在于，包括沥青、破碎天然砂砾石骨料、填料、海泡石绒、橡胶，其中沥青、破碎天然砂砾石骨料、填料按以下质量百分比配比：沥青6.0％-6.8％、破碎天然砂砾石骨料70.2％-84％、填料10％-13％，海泡石绒和橡胶按1:2-4的质量比配比，且海泡石绒占沥青质量的0.8％-1％。
2.如权利要求1所述的含有酸性石料的水工沥青混凝土，其特征在于，所述破碎天然砂砾石骨料为酸性骨料。
3.如权利要求1所述的含有酸性石料的水工沥青混凝土，其特征在于，所述橡胶为经过酚醛树脂改性的异戊橡胶。
4.如权利要求1所述的含有酸性石料的水工沥青混凝土，其特征在于，所述破碎天然砂砾石骨料的粒径包括10-20目、20-30目、30-40目，且比例为1:2:1。
5.如权利要求1所述的含有酸性石料的水工沥青混凝土，其特征在于，所述海泡石绒和橡胶的质量比为1:3。
6.权利要求1-5任一项所述的含有酸性石料的水工沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将海泡石绒按固液比1:10加至2mol/L稀盐酸中搅拌3-5h，35℃条件下静置1-2d，抽滤并用去离子水洗涤，烘干；
(2)将步骤(1)预处理过的海泡石绒和橡胶按比例混合，并加入1/2体积的磁化水，在超声作用下使海泡石绒和橡胶溶胀于磁化水中，搅拌混合得到混合物；
(3)将破碎天然砂砾石骨料、填料与步骤(2)中混合物混合，在145-155℃条件下加入沥青，室温冷却，静置。
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