沥青混凝土面板鼓包成因分析

2017-12-20马保东张向前汪正兴

东北水利水电 2017年12期

关键词：水蒸汽鼓包模型试验

马保东，路建，张向前，汪正兴

沥青混凝土面板鼓包成因分析

马保东1，路建1，张向前2，汪正兴3

（1．河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北石家庄 050300；2.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024；
3.中国水利水电科学研究院，北京 100038）

沥青混凝土面板防渗工程中，鼓包问题偶有发生。研究主要从模型试验角度对鼓包形成机理进行了研究，揭示了鼓包发生机理，对沥青混凝土面板设计和施工控制具有一定的参考意义。

沥青混凝土面板；鼓包；蒸汽压力；模型试验

由于摊铺和碾压设备性能所限，20世纪90年代之前，沥青混凝土面板一般都采用薄层摊铺方法，10 cm厚的面板需分2层摊铺，每层5 cm，2层施工存在时间间隔，可能会导致层间封闭水汽，从而导致鼓包。之后，沥青混凝土摊铺设备得到了很大改进，逐渐开始采用厚层摊铺，一次摊铺10 cm厚，但是，仍然有工程出现鼓包现象。国内某工程采用沥青混凝土面板防渗，建成蓄水2年后，日常巡检过程中陆续发现了一些小鼓包。经钻芯取样检查，发现多数鼓包处防渗层内部出现了分层裂缝。鼓包是从防渗层中间部位鼓起的，这与之前普遍认为的沥青混凝土面板由于反向水（或气体）压力导致的防渗层整体鼓起的大鼓包有所不同。为深入研究该鼓包现象，揭示其成因，本课题对此进行了鼓包模型试验。

1 试验装置

模型试验装置示意见图1。将沥青混凝土板固定在模型上，四周密封，在下部腔体中注入约1/3的水，然后将整个模型置于烘箱中，观察沥青混凝土板的鼓包现象和腔体内的压力、温度，面板中部的变形等。

沥青采用克拉玛依90号沥青，沥青混凝土配合比参照某工程实际采用配比，试验制作了10 cm和5 cm2种厚度的沥青混凝土防渗层面板。防渗层面板下部采用透水的沥青混凝土排水层料填充。

图1 模型试验示意图

2 试验温度

试验模拟沥青混凝土面板在太阳光照射下的温度变化，采用烘箱控制模型温度，初始温度定为25℃。经过温度场计算，在夏季持续数天的高温和太阳辐射作用下，沥青混凝土面板表面的温度可以达到60～70℃，表面以下5 cm处的温度能达到50～55℃，表面以下10 cm处的温度可以达到45～50℃。根据计算结果，模型试验采用3种温度：45，50，55 ℃。

3 试验压力

该工程无地下水，沥青混凝土面板鼓包是由于蒸汽压力导致的，水蒸汽主要来自于施工时因天气潮湿或振动碾洒水，会导致水汽被封闭在层面或防渗层内部。

水蒸汽压力主要是由水的饱和蒸汽压形成的，在密闭真空条件下，水的气化和水蒸汽的液化会逐渐达到平衡，二相平衡时的水蒸汽压力称为饱和蒸汽压，饱和蒸汽压随着温度升高而增大。

4 试验结果及分析

模型试验结果见表1。

表1 鼓包模型试验结果

由模型试验可以看出：当防渗层厚度为10 cm时，由于上覆防渗层较厚，蒸汽压力产生的中心挠度较小，鼓包不明显；当防渗层厚度明显变薄为5 cm时，蒸汽压力产生了较大的中心挠度，鼓包明显，并且在温度达到55℃时，出现裂缝漏气。由此可见，鼓包内蒸汽压力与温度直接相关，其所造成的鼓包程度与上覆防渗层厚度有关，较小的上覆防渗层厚度更易导致鼓包甚至被顶破。