1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
沥青防水性好、耐用性强，最早主要作为路面材料。1893 年，沥青首次用于水利工程这一领域。1930 年后，沥青混凝土作为一种优良的防渗材料，逐渐发展起来。1934 年，世界上第一座沥青混凝土面板防渗的 Amecker 坝在德国建成。1936 年，58m 高的沥青混凝土斜墙堆石坝-阿尔及利亚 EL.Ghrib 大坝建成，经过 18 年的时间，依然能正常运行，各项检测指标良好，这一成功实例充分证明了沥青混凝土材料较强的防渗可靠性和耐久性。
第 16 届国际大坝委员会(ICOLD)在 1992 年 84 号会刊中曾指出：沥青混凝土心墙土石坝是“未来最高坝适宜的坝型”。沥青混凝土心墙坝这一坝型得以广泛应用，其原因与自身材料所具有的优点是分不开的。水工沥青混凝土材料主要有以下优点[1]：1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
沥青防水性好、耐用性强，最早主要作为路面材料。1893 年，沥青首次用于水利工程这一领域。1930 年后，沥青混凝土作为一种优良的防渗材料，逐渐发展起来。1934 年，世界上第一座沥青混凝土面板防渗的 Amecker 坝在德国建成。1936 年，58m 高的沥青混凝土斜墙堆石坝-阿尔及利亚 EL.Ghrib 大坝建成，经过 18 年的时间，依然能正常运行，各项检测指标良好，这一成功实例充分证明了沥青混凝土材料较强的防渗可靠性和耐久性。
(1) 抗化学侵蚀性强，对水质无污染，安全可靠；(2) 防渗性好；(3) 变形性好。沥青混凝土是一种粘弹塑性材料，能够按坝体的变形要求来调整配合比，具有适应坝体变形而不产生裂缝的能力；(4) 与坝体材料之间的粘结性强；(5) 设置在坝体内部的沥青混凝土心墙具有较强的裂缝自愈能力；(6) 抗震能力强；(7) 具有一定的隔热性能；(8) 沥青混凝土心墙厚度薄，一般在 0.5m~1.0m 之间，结构形式简单，工地现场施工速度快，节省人力，降低工程造价；(9) 未暴露在阳光直射下的沥青混凝土心墙防渗层具有较强的抗老化能力。
水利水电工程中，沥青混凝土作为主要材料的防渗结构，大致分为三种表现形式，即混凝土坝、砌石坝上游面的沥青混凝土防渗结构、沥青混凝土面板防渗结构和沥青混凝土心墙防渗结构。
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1.2 国内外发展现状
1.2.1 尾矿坝的酸性环境
矿山的酸性废水主要是由还原性的硫化矿物在开采、运输、选矿及废石排放和尾矿贮存等过程中经空气、降水和细菌的氧化作用形成的[14]。其氧化过程的主要反应为：
矿山的酸性废水排放量较大，pH 值较低，一般呈酸性，并且在水体中能检测到高浓度的硫酸盐和可溶性的重金属离子。虽然排放至库内的尾矿废水进行过中和处理工作，但仍存在着大量的 H+，库内水体依然呈较强的酸性，这便导致尾矿坝长期处在酸性水环境之中[15]。
由于酸性矿山废水具有 pH 值低、酸性强的特点，加上水体含有大量的重金属离子，易导致整个矿区周围水体的严重污染，危及水生动植物的生长，影响浮油植物的光合作用，加剧水体富营养化，破坏水体生态环境[16]。此外，重金属可能通过食物链危害人类的健康，严重影响人们的正常生活；破坏土壤，导致土地板结，农作物枯黄。酸性废水对矿区的金属设施等产生强烈的腐蚀破坏作用，直接危害矿工的安全[17-18]。在坝体工程中，修筑尾矿坝选用的坝体材料具有一定的特殊性，主要是由一些金属或非金属矿渣等工业废料组成的。库内废水的腐蚀性很强，能与筑坝的一些金属废渣以及其他碱性矿料发生强烈的化学反应[19]。这些反应对尾矿坝体材料的物理化学性质，甚至整个坝体结构造成不可忽视的劣化影响，进而降低坝体的稳定性，引发尾矿坝的溃坝事故。
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2 沥青混凝土原材料与配合比
2.1 沥青混凝土原材料质量鉴定
沥青混凝土是指以特定质量的沥青为胶结材料，与特定级配组成的骨料，在相关规范要求的条件下混合而成的混合料。根据 DL/T 5362-2006《水工沥青混凝土试验规程》[42]和 JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，进行沥青混凝土相关的试验研究前，需对沥青混凝土组成材料的质量进行鉴定。
2 沥青混凝土原材料与配合比
2.1 沥青混凝土原材料质量鉴定
沥青混凝土是指以特定质量的沥青为胶结材料，与特定级配组成的骨料，在相关规范要求的条件下混合而成的混合料。根据 DL/T 5362-2006《水工沥青混凝土试验规程》[42]和 JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，进行沥青混凝土相关的试验研究前，需对沥青混凝土组成材料的质量进行鉴定。
水工沥青混凝土中的骨料，由 19mm~9.5mm、9.5mm~4.75mm 和＜4.75mm 三级骨料组成。本次试验研究采用克拉玛依 70 号 A 级水工沥青。沥青混凝土中的原材料经过相关试验检测后，结合 SL 501-2010《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》[43]的技术要求，
将得到的试验结果与规范的参照值进行对比，评价材料的适用性。经鉴定，本文试验研究选用的骨料和沥青各项质量指标均满足规范中沥青混凝土原材料的技术要求，可用于本次试验研究。
2.1.1 粗骨料
沥青混凝土的粗骨料是指粒径在 2.36mm~19mm 的颗粒。其质量鉴定的基本指标主要有粗骨料的密度、吸水率、沥青-骨料的黏附性等[42]。本小节通过相关试验，得到粗骨料的质量鉴定结果，如表 2-1 所示。
由试验鉴定结果可知，粗骨料呈碱性，各项检测指标结果均满足设计规范规定的沥青混凝土粗骨料的质量要求。
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2.1.1 粗骨料
沥青混凝土的粗骨料是指粒径在 2.36mm~19mm 的颗粒。其质量鉴定的基本指标主要有粗骨料的密度、吸水率、沥青-骨料的黏附性等[42]。本小节通过相关试验，得到粗骨料的质量鉴定结果，如表 2-1 所示。
由试验鉴定结果可知，粗骨料呈碱性，各项检测指标结果均满足设计规范规定的沥青混凝土粗骨料的质量要求。
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2.2 沥青混凝土配合比设计
沥青混凝土配合比设计进行的是沥青混凝土配合比的初选工作。初选的方法主要是改变骨料的类型、级配指数、矿粉含量和油石比(即沥青质量占沥青混合料总质量的百分比)中的一个条件，组合成多种沥青混凝土配合比。然后，根据配合比制备沥青混凝土试件，并进行沥青混凝土密度、孔隙率指标的测定以及相关力学性能试验。最后，结合试验结果和相关工程的实际情况，从这些配合比中选出最能满足工程要求的配合比[44-45]，即完成沥青混凝土配合比初选任务。
沥青混凝土配合比设计进行的是沥青混凝土配合比的初选工作。初选的方法主要是改变骨料的类型、级配指数、矿粉含量和油石比(即沥青质量占沥青混合料总质量的百分比)中的一个条件，组合成多种沥青混凝土配合比。然后，根据配合比制备沥青混凝土试件，并进行沥青混凝土密度、孔隙率指标的测定以及相关力学性能试验。最后，结合试验结果和相关工程的实际情况，从这些配合比中选出最能满足工程要求的配合比[44-45]，即完成沥青混凝土配合比初选任务。
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3.1 酸性环境下不同骨料的腐蚀.......................................15
3.2 酸性环境下防渗沥青混凝土的沥青-骨料黏附性试验........................15
4 酸性环境下防渗沥青混凝土力学性能的时间效应研究................................... 21
4.1 试验准备工作........................................21
4.2 酸性环境的模拟及试件放置情况.................................22
5 酸性环境下非防渗沥青混凝土力学性能的时间效应研究.................................. 41
5.1 试验准备工作...................................41
5.2 试验步骤.....................................41
6 正常环境下防渗沥青混凝土力学性能的时间效应研究
6.1 正常环境下板式成型试件力学性能的时间效应研究
6.1.1 试验目的
(1) 通过改变沥青混凝土试件的成型方式，确定沥青混凝土试件在正常环境下劈裂强度大幅下降现象存在的普遍性，以排除前两章试验结果受这一情况的影响，从而更明确地对酸性环境下防渗沥青混凝土力学性能的时间效应进行分析；
(2) 为了模拟施工现场碾压式沥青混凝土心墙水平分层摊铺的效果，采用板式成型方式成型试件，并将其切割成与马歇尔试件等高的圆柱体，置于前期试验相同的养护环境中，不定期进行劈裂试验，得到沥青混凝土试件劈裂强度变化曲线，并与马歇尔击实成型试件的相关数据进行比较和分析。
6.1.2 试验步骤
(1) 试件的制备
① 沥青混凝土配合比与前两章试验相同，即级配指数 0.38，矿粉含量 13%，油石比 6.9%；
② 采用板式成型方式成型沥青混凝土板，并在板上钻取圆柱体试件；
③ 选取孔隙率＜3%的试件进行相关试验。
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7 结论与展望
7.1 结论
本论文主要针对尾矿坝的现状及水工沥青混凝土研究的不足，开展了酸性环境下尾矿坝防渗沥青混凝土的适用性研究。在第一个试验中，初步探索了尾矿坝酸性环境对防渗沥青混凝土中沥青-骨料黏附性能的影响。在第二个试验中，进行了本文的主体研究，即酸性环境下防渗沥青混凝土力学性能的时间效应。在第三试验中，探究了酸性环境下非防渗沥青混凝土力学性能的时间效应，以严格控制实际工程中防渗沥青混凝土的摊铺质量。同时，本论文开展了正常环境下防渗沥青混凝土力学性能的时间效应研究，对防渗沥青混凝土劈裂强度在正常环境下自然下降的原因做出了解释验证。根据各试验的试验结果，得到以下结论：
(1) 通过酸性环境下防渗沥青混凝土的沥青-骨料黏附性影响研究表明，在约 1 个月的试验期内，放置沥青-骨料的酸性环境 pH 值越小，沥青-骨料的黏附性下降得越大，即黏结力等级越低，但最终基本还在 4 级~5 级之间，仍满足相关水工防渗沥青混凝土规范的要求。
(2) 通过酸性环境下防渗沥青混凝土力学性能的时间效应研究表明，在 24 个月的试验期内，酸性环境 pH 值越小，养护的孔隙率小于 3%的马歇尔击实成型的沥青混凝土试件密度和孔隙率增大的速度越快，变化的程度越大。
(3) 通过酸性环境下非防渗沥青混凝土力学性能的时间效应研究表明，在 15 个月的试验期内，孔隙率为 3%~7%的马歇尔试件在 pH=2,7 环境中的劈裂强度同样呈现出先下降后趋于平稳不变的变化规律。但是，pH=2 环境中的马歇尔试件在试验期内的第二个月后，劈裂强度下降幅度开始大于 pH=7 环境中的试件。试验期末，pH=2 酸性环境中的马歇尔试件劈裂强度下降程度约为初始劈裂强度的 70%，pH=7 环境中对应的值约为 55%。这说明，当马歇尔试件的孔隙率在 3%~7%时，沥青混凝土试件的劈裂强度受酸性环境影响，且 pH 值越小，劈裂强度下降的越大，非防渗沥青混凝土的力学性能也就越差。
参考文献（略）
参考文献（略）