1 水工瀝青混凝土技術的發展及其生產特征

　　1. 1 水工瀝青混凝土技術的發展

　　瀝青混凝土作為防滲體用于水利水電工程， 始于20 世紀 20 30 年代， 因其具有良好的不透水性、力學穩定性、耐久性及適應變形的特性， 并因其具有結構簡單、工程量小、易于施工、節省土地、有利于環境保護等特點而在歐洲等地廣為采用。在近 20年， 瀝青混凝土技術日趨成熟， 并得到大力推廣應用， 具有良好的發展前景。

　　1. 2 水工瀝青混凝土生產特征

　　水工瀝青混凝土的不透水性、力學穩定性、耐久性及適應變形等工作性能， 一方面與其組成原材料的物理化學性質有著密切聯系， 另一方面， 在原材料一定的情況下， 與原材料加工生產后的施工性能有著更為重要的聯系， 這些因素貫穿于水工瀝青混凝土生產的全過程。

　　水利水電工程的工程量及投資規模巨大， 關系國計民生， 質量尤為重要， 如采用瀝青混凝土作為防滲體， 對原材料的選擇要做充分地論證研究。同時， 對礦料的加工特征和混合料制備工藝應予以嚴格控制， 如礦料的粒徑、粒形、針片狀含量、含泥量、礦料熱均衡度、瀝青的最佳加熱恒溫、混合料的裹覆率等， 控制好這些指標， 是生產優良水工瀝青混凝土的必備條件。

　　2 礦料技術要求及其選擇

　　礦料是瀝青混凝土的骨架組成部分， 包括粗骨料（ 粒徑大于2. 5 mm） 、細骨料（ 粒徑 0. 074 2. 5 mm） 及填料（ 粒徑小于 0. 074 mm） 3 部分， 其物理化學性質對瀝青混凝土的施工性能與工作性能有著極大的影響。

　　2. 1 骨料

　　2. 1. 1 骨料技術要求

　　骨料是瀝青混凝土的結構骨架， 占瀝青混凝土組成的80% ， 一般要求用清潔、堅硬、耐久、均勻的巖石加工制作， 并要求粗骨料與瀝青的粘結力及細骨料的水穩定性優良。

　　（ 1） 我國 SD220- 87 規范建議粗骨料盡量采用質地堅硬、潔凈新鮮、熱穩定性好、密度不小于 2. 5 kg/ cm 3、吸水率不大于3% 、耐久性及粘附性良好的堿性巖石加工制作。要求耐久性用硫酸鈉法干濕循環 5 次， 其重量損失不大于 12% ； 要求與瀝青的粘結力達 4 級以上， 并對含泥量、粒形及級配等加工指標提出了嚴格要求。

　　（ 2） 對于細骨料， 則要求其質地堅硬、熱穩定性好、干凈（ 不含有機質及雜質） 、重量損失不大于 15% ， 水穩定等級不低于 4級， 對含泥量、粒形及級配等加工指標也提出了嚴格要求。

　　2. 1. 2 骨料選擇

　　（ 1） 由于堿性巖石（ 特別是碳酸鹽類巖石） 對瀝青的化學吸附作用而使骨料與瀝青具有很好的粘附性能， 為了保證瀝青混凝土的水穩定性， 我國瀝青混凝土防滲工程多采用石灰巖、白云巖等巖石加工骨料； 國外大多數瀝青混凝土防滲工程也是如此。

　　但是自然界中碳酸鹽巖的分布僅占 0. 25% ， 資源極為有限。我國得天獨厚， 石灰巖、白云巖資源廣泛分布， 尤其是在水資源豐富的東南及西南地區， 建設瀝青混凝土防滲工程， 可以就地取材或在附近獲得優質礦質材料。

　　（ 2） 國內外一些瀝青混凝土防滲工程中， 也有因缺乏堿性骨料料源， 而不得不考慮使用改性的酸性骨料配制瀝青混凝土的情況， 因此， 對缺乏堿性骨料的工程， 研究采用當地其它（ 酸性或中性的） 材料， 有其現實必要性和經濟意義。

　　（ 3） 為改善瀝青混合料的施工性能， 降低瀝青混凝土的孔隙率， 提高瀝青混凝土的不透水性與柔性等工作性能， 往往通過在瀝青混合料拌制過程中摻加少量天然砂， 以獲得良好的施工性能與工作性能， 同時， 天然砂因其表面包有一層鐵、鋁和其它金屬化合物， 使其與瀝青的粘附性得到極大改善， 這一點為國內外絕大多數瀝青混凝土防滲工程所證實。

　　2. 2 填料

　　2. 2. 1 填料技術要求

　　我國 SD220- 87 規范規定： 礦粉親水系數不大于 1. 0， 含水率小于 0. 5% ， 細度要求 0. 074 mm 篩孔總通過率大于 70% ， 且0. 15 mm 篩孔總通過率大于 90% ， 0. 6 mm 篩孔通過率為 100% .

　　工程上， 一般使用堿性礦粉， 常用的有石灰巖粉、白云巖粉、水泥和滑石粉等， 而以石灰巖和白云巖磨細的礦粉為最好。

　　2. 2. 2 填料的選擇使用

　　在工程實踐中， 國內外絕大多數瀝青混凝土防滲工程使用石灰巖礦粉作填充料， 其次是水泥， 也有使用水泥熟料、滑石粉及粉煤灰等作填充料的， 效果良好。

歡迎光臨環球破碎機網　　（ 1） 在使用石灰巖或白云巖作骨料的瀝青混凝土防滲工程中， 使用同種原巖加工礦粉作為填料， 不僅使骨料與填料具有同一物理化學性質， 而且比使用其它礦質材料作填充料具有更為優良的正配性。這一點從理論上和實踐上均得到佐證， 在工程實踐中更是如此， 這也是許多瀝青混凝土工程對堿性骨料加工過程中產生的粉細料要全面加以利用的主要原因。

　　（ 2） 水泥和水泥熟料是一種燒結粉磨材料， 一些工程用其作填料， 收到良好效果， 且粉磨的水泥熟料優于水泥， 這是因為水泥是由水泥熟料與石膏及其它材料混合磨制而成， 成分稍復雜。

　　（ 3） 粉煤灰是一種燒結礦物材料， 尤其是高鈣粉煤灰， 其物理化學性質證明其可作為瀝青混凝土填料， 但其顆粒具有一定的微孔結構， 對瀝青有選擇性吸附和滲入作用， 因而使瀝青混合料瀝青用量增加、熱穩定性差， 和易性和可壓實性降低， 應進行針對分析和適當處理， 國內外水工瀝青混凝土工程使用也較少。

　　（ 4） 滑石粉是一種憎水性材料， 也是一種優質填充材料， 但滑石粉原石資源極為短缺， 價格昂貴， 這也是工程中一般以使用石灰巖和白云巖磨細的礦粉為最好的主要原因之一。

　　3 礦料加工技術

　　瀝青混凝土不僅對礦料物理化學性能有嚴格要求， 而且對礦料經加工后的粒形， 粉細料含量， 級配及礦料含水率等指標都有極高要求， 且宜采用干法加工工藝。

　　3. 1 礦料的加工特征和工藝技術要求

　　（ 1） 水工瀝青混凝土要求經過加工的礦料不僅具有粗糙的表面， 針片狀含量低（ < 10%） ， 粒形宜近于方圓狀， 還要求加工工藝產生合適含量的粉細物料， 顯然， 這些要求比 SD207- 82 規范更為嚴格， 對破碎工藝提出了更高的要求。

　　（ 2） 水工瀝青混凝土對礦料級配的要求比水泥混凝土對骨料級配的要求更為嚴格， 從二者級配曲線對比分析， 水工瀝青混凝土礦料分級嚴格， 級配曲線圓滑， 包絡線范圍極小， 且需在2. 5 mm 及 0. 074 mm 實現粉細料干法分級， 有極大的難度。

　　3. 2 礦料加工技術現狀

　　（ 1） 目前， 國內外水利工程破碎工藝主力機型主要有旋回破碎機、圓錐式破碎機、鄂式破碎機、反擊破碎機、旋盤制砂機及棒磨機等， 主要用于制取砂石骨料。旋回破碎機、圓錐式破碎機為重型設備， 投資規模大； 鄂式破碎機破碎后的物料針片狀含量高，結構破壞嚴重； 旋盤制砂機進料粒度有限， 破碎比小； 棒磨機則比較適用于濕法生產； 以上機型均難以滿足瀝青混凝土礦料破碎的技術經濟要求， 為此， 探討由反擊式破碎機與立式沖擊破碎機聯合組成礦料破碎工藝應是有效的方式。

　　從破碎機工作原理及工程實際使用情況看， 反擊式破碎機與立式沖擊破碎機均為成熟機型， 具有沖擊破碎和磨琢雙重功能， 一般用于破碎石灰石， 破碎比大， 破碎效率高， 產品粒度好，粒級可直接調控， 骨料結構破壞小。前者在水利工程各工段及建材行業有著廣泛的應用， 在冶金行業應用也較普遍， 可明顯降低針片狀顆粒含量， 后者在國外是非常成熟的產品， 應用也比較廣泛， 我國近幾年開發了該機型， 主要用于水泥廠礦石破碎， 在水利工程中應用也較成功， 其顯著特點是適于生產粉細物料， 使物料具有良好的粒形。

　　（ 2） 工程中 5 mm 及 2. 5 mm 物料的濕法篩分在實際生產及生產性試驗中已實現， 而 2. 5 mm 或 0. 6 mm 實現干法篩分在我國水利工程中尚無工程先例。但是， 從篩分理論上分析， 2. 5 mm與0. 6 mm 干法分級是完全可以實現的， 使用弧線篩、弛張篩等厚篩及直線篩均可， 對 0. 074 mm 級物料的分級， 則可使用分選機分選， 從石灰加工及玻璃制造行業等工業生產情況看， 已實現了0. 15 mm 物料直線篩干法篩分， 而< 0. 074 mm 物料已在粉煤灰等物料上實現了分選。

　　4 天荒坪和三峽茅坪溪瀝青混凝土生產實例

　　水工瀝青混凝土在我國 80 年代初及以前的一些中小型水利工程中有一些應用， 但技術及應用上與歐洲國家有較大差距。

　　90 年代中期， 我國因地制宜， 在一些大中型水利水電工程建設中， 相繼采用了瀝青混凝土防滲技術， 還有多座瀝青混凝土防滲工程正在擬建規劃中， 該技術在我國發展迅速， 前景樂觀。在已建和在建的瀝青混凝土防滲工程中， 以天荒坪上庫瀝青混凝土面板壩和三峽茅坪溪瀝青混凝土心墻壩規模最大， 技術水平最高。

　　4. 1 天荒坪抽水蓄能電站瀝青混凝土礦料生產技術

　　天荒坪抽水蓄能電站位于浙江省安吉縣境內， 距杭州 75 km， 工程上庫采用瀝青混凝土面板防滲技術， 瀝青混凝土總量約 14 萬 t， 由華東勘測設計研究院設計。工程瀝青混凝土襯砌由經驗豐富的德國斯特拉堡（ STRABAG） 工程有限公司中標承建， 水電五局配合施工， 上海勘測設計研究院承擔監理。

　　4. 1. 1 礦質材料選擇及生產

　　（ 1） 骨料采用業主提供的石灰巖加工制作， 并摻配一定比例的天然砂。

　　（ 2） 填料（ 礦粉） 部分是骨料加工工藝中產生的石灰巖巖粉， 另一部分是業主提供的由水泥廠磨制的石灰巖粉。

　　（ 3） 礦料使用反擊式破碎機、錘式破碎機和篩分機加工制作， 礦粉的不足部分由水泥廠磨制補充。礦料分成 0 2 mm， 2 5、5 8、8 11、11 16 mm5 級， 大于 16 mm 返回SPS625 型錘式破碎機循環破碎。

　　4. 1. 2 幾點經驗和建議

　　（ 1） 天荒坪上庫瀝青混凝土面板由富于瀝青混凝土施工經驗的德國斯特拉堡工程有限公司施工， 施工設備與檢測手段先進， 施工質量有保證。

　　（ 2） 承包商瀝青針入度比未達到合同規范規定的 70% ， 后經業主同意、監理認可降低為不得小于 67% 使用， 這一問題應從技術上和實驗上予以深入研究。

　　（ 3） 承包商粗骨料針片狀含量為 16% 23% ， 遠超過規范規定小于 10% 的要求， 后將標準放寬到 20% ， 最大不超過 25% ，這種放寬技術要求的做法對瀝青混凝土質量有一定影響。

　　4. 2 三峽茅坪溪大壩瀝青混凝土礦料生產技術

　　三峽工程茅坪溪防護大壩位于長江右岸， 三峽水利樞紐上游約 2 km 處， 采用瀝青混凝土心墻作為大壩防滲體， 為一級建筑物， 瀝青混凝土總量為 4. 85 萬m 3。工程由長江勘測規劃設計研究院設計， 一期工程由葛洲壩集團公司承包施工， 東北勘測設計研究院承擔一期工程瀝青混凝土施工監理任務。

　　4. 2. 1 礦質材料選擇及生產

　　（ 1） 礦料均用壩區附近的王家坪灰巖塊石加工制作， 同時，摻加一定量的天然砂。

　　（ 2） 選用反擊破碎機、立式復合式破碎機及柱磨機作為系統礦料生產的破磨主機。

　　（ 3） 選用圓振動篩、直線篩及分選機作為礦料分級的主機。

　　4. 2. 2 幾點經驗

　　茅坪溪瀝青混凝土系統晚于天荒坪工程開工， 吸取了天荒坪工程瀝青混凝土生產的經驗和教訓。

　　（ 1） 從破碎機技術特性及機型組合情況看， 反擊式破碎機和立式破碎機二機型不僅技術成熟， 有著極其豐富的工程應用經驗， 而且成砂成石性能好、破碎比大、破碎效率高、粉細物料含量較為合適， 采用該種機型組合實現了二者優勢互補、使物料較易達到分級平衡。

　　（ 2） 使用直線篩和分選機實現了細料的干法篩分和粉料的分選， 使嚴格的級配控制有切實可靠的保證。

　　（ 3） 茅坪溪瀝青混凝土系統在國內外工程中， 首次使用全礦料技術， 不僅骨料針片狀含量（ 實驗實測一般為 3% 5% ） 、超遜徑含量、粉料細度（ 達到 425 525 號水泥細度） 等指標全面達到規范要求， 確保了規范的嚴肅性， 而且使骨料與填料具有嚴格正配性。實踐證明， 該技術的使用是成功的， 具有先進性、經濟性和合理性。

　　（ 4） 系統設計和建設采用了許多新工藝、新技術， 如粗細碎機型配備、細料干法篩分、粉料制取與分選等， 吸取了國內外同類工程的經驗和教訓， 作了一種新的嘗試和開拓， 推動了該技術的發展。