水工沥青混凝土的组成及抗渗性优化方法

（一）水工沥青混凝土组成

水工沥青混凝土是由沥青、石子和砂及填充料按适当比例配制而成。通常情况下由以下3部分组成。

1.石油沥青

沥青混凝土用的沥青材料，应根据气候条件、建筑物工作条件、沥青混凝土的种类和施工方法等条件选择。水工沥青混凝土多采用60甲或100甲的道路石油沥青配制。

2.粗、细骨料

沥青混凝土一般选用质地坚硬、密实、清洁、不含过量有害杂质、级配良好的碱性岩石（如石灰岩、白云岩、玄武岩、辉绿岩等），并且要有良好的黏结性。

细骨料可采用天然砂或人工砂，均应级配良好、清洁、坚固、耐久，不含有害杂质。

3.外加剂

为改善沥青混凝土的性能而掺入的少量物质，称为外加剂。常用的有石棉、消石灰、聚酰胺树脂及其他物质。例如，掺入石棉可提高沥青混凝土的热稳定性、抗弯强度、抗裂性等，掺入消石灰、聚酰胺树脂可提高沥青与酸性矿料的黏聚性、水稳定性。

（二）技术性质

水工沥青混凝土的技术性质应满足工程的设计要求，具有与施工条件相适应的和易性。其主要技术性质包括和易性、力学性质、抗渗性、热稳定性、柔性和水稳定性等。

1.施工和易性

和易性是指沥青混凝土在拌和、运输、摊铺及压实过程中具有与施工条件相适应、既保证质量又便于施工的性能。沥青混凝土和易性目前尚无成熟的测定方法，多是凭经验判定。

沥青混凝土的和易性与组成材料的性质、用量及拌和质量等多种因素有关。使用黏滞性较小的沥青，能配制成流动性高、松散性强、易于施工的沥青混凝土，当使用黏滞性大的沥青时，流动性及分散性较差；沥青用量过多时易出现泛油，使运输时卸料困难，并难以铺平。矿质混合料中，粗、细骨料的颗粒大小相差过大，缺乏中间颗粒，则容易产生离析分层；使用未经烘干的矿粉，易使沥青混凝土结块、质地不均匀，不易摊铺；矿粉用量过多，使沥青混凝土黏稠，但矿粉用量过少，则会降低沥青混凝土的抗渗性、强度及耐久性等。

2.抗渗性

沥青混凝土的抗渗性用渗透系数（cm/s）来表示。防渗用沥青混凝土的渗透系数一般为10-7～10-10cm/s；排水层用沥青混凝土的渗透系数一般为10-1～10-2cm/s。

沥青混凝土的抗渗性取决于矿质混合料的级配、填充空隙的沥青用量以及碾压后的密实程度。一般情况下，矿料的级配良好、沥青用量较多、密实性好的沥青混凝土，其抗渗性较强。沥青混凝土的抗渗性与孔隙率之间的关系，孔隙率越小其渗透系数就越小、抗渗性越好。一般孔隙率在4%以下时，渗透系数可小于10-7cm/s。因此，在设计和施工中，常以4%的孔隙率作为控制防渗沥青混凝土的控制指标。(www.xing528.com)

沥青混凝土的抗渗性还与其所受的压力有关。实践证明，抗渗性能随着水压的增加而增强。

3.力学性质

沥青混凝土的力学性质包括抗压、拉伸、弯曲、剪切强度和变形。一般地，沥青混凝土的破坏强度和破坏变形是随温度、加荷速度等因素而异。大量试验研究认为，沥青混合料的破坏和变形可分为3种类型：Ⅰ型—脆性破坏、Ⅱ型—过渡性破坏、Ⅲ型—流动性破坏。

影响沥青混合料破坏强度、破坏应变和变形模量的因素除了温度和加荷速度外，还与沥青的针入度、针入度指数、沥青用量有关。在矿料级配相同的条件下，沥青的针入度增大，针入度指数减小，沥青用量增多，沥青混合料的破坏类型就由Ⅰ型逐渐向Ⅲ型转变，其破坏强度降低而破坏应变增加。

沥青混凝土在低温或短时间荷载作用下，它近于弹性；而在高温或长时间荷载下就表现出黏弹性或近于黏性。因此，测定沥青混凝土的力学性能，要特别注意在实际使用条件下的性能。

一般情况下，沥青混凝土的抗拉强度为0.5～5MPa；抗压强度为5～40MPa；抗弯强度为3～12MPa。延性破坏应变为10-2，脆性破坏应变为10-3。

4.热稳定性

热稳定性是指沥青混凝土在高温下，承受外力不断作用，抵抗永久变形、不发生过大的累积塑性变形的能力和抵抗塑性流动的性能。当温度升高时，沥青的黏滞性降低，使沥青与矿料的黏结力下降而导致沥青混凝土的强度降低、塑性增加。因此，沥青混凝土必须具有良好的热稳定性。

影响沥青混凝土热稳定性的因素主要是：沥青的黏度和用量、矿质混合料的性能和级配、填充料的品种及用量。适当的沥青用量可以使矿料颗粒更多地以结构沥青的形式相连接，增加混合料的黏聚力和内摩擦力，增加沥青混合料的抗剪变形能力。在矿料选择上，应挑选粒径大的、有棱角的颗粒，以提高矿料的内摩擦角。另外，还可以加入一些外加剂，来改善沥青混合料的热稳定性。

5.柔性

柔性是指沥青混凝土在自重或外力作用下，适应变形而不产生裂缝的性质。柔性好的沥青混凝土适应变形能力大，即使产生裂缝，在高水头的作用下也能自行封闭。

沥青混凝土的柔性主要取决于沥青的性质及用量、矿质混合料的级配以及填充料与沥青用量的比值。采用增加沥青用量并减少填充料（矿粉）用量的方法，是解决用低延伸度沥青配制具有较高柔性沥青混凝土的一种有效方法。同时，沥青混凝土的柔性，可以根据工程中的具体情况，通过弯曲试验或拉伸试验，测出试件破坏时梁的挠跨比或极限拉伸值，予以评定。

6.耐久性

耐久性是指沥青混凝土在使用过程中抵抗环境因素的能力。它包括沥青混合料的抗老化性、水稳定性和抗疲劳性等综合素质。由于水工沥青混凝土多处于潮湿环境，因此这里着重关注它的水稳定性。

沥青混凝土水稳定性不足表现在，水分浸入会削弱沥青与骨料之间的黏结力，使沥青与骨料剥离而逐渐破坏，或遭受冻融作用而破坏。因此，沥青混凝土的水稳定性，取决于沥青混凝土的密实程度及沥青与矿料间的黏结力，沥青混凝土的孔隙率越小，水稳定性越高。一般认为孔隙率小于4%时，其水稳定性是有保证的。采用黏滞性大的沥青及碱性矿料都能提高沥青混凝土的水稳定性。