塑性混凝土配合比试验研究及应用

　　摘要：塑性混凝土作为一种新型的防渗墙墙体材料，在大坑水库除险加固工程防渗墙施工中得到了普遍的应用。为满足工程要求的强度、弹性模量、渗透系数等指标，对塑性混凝土进行了配合比试验，选出了符合工程要求的施工配合比。检测结果表明大坑水库除险加固工程中塑性混凝土防渗墙的各项指标均满足设计要求。塑性混凝土具有初始弹性模量低，极限变形大，渗透系数低的特点，能适应较大的变形，有利于改善防渗墙体的应力状态。

　　关键词：塑性混凝土,防渗墙,配合比,渗透系数

　　1工程地质条件

　　大坑水库位于惠阳区永湖镇东面4km处，南距惠阳区约21km，北距惠州市19km。大坑水库所在流域为淡水河右岸小流域，地处惠阳区永湖镇彩二村。是一座以灌溉为主，结合防洪等综合利用的中型水库。坝体填筑土一般为多年前填筑，就近取土加高培厚而成，主要为粉质粘土、砂壤土、壤土，部分堤段含有粉细砂、中细砂、碎石片、植物根茎等。填筑时压实程度不均匀，防渗性能差，极大地威胁着大坝的安全，必须采取防渗加固措施[1]。防渗加固的主体工程为塑性混凝土防渗墙。

　　2塑性混凝土的特点

　　塑性混凝土是一种水泥用量很少并加入了膨润土(有时掺加粘土、粉煤灰)的混凝土，其水泥胶结物的粘结力低，从而使其强度大大降低，塑性变大。塑性混凝土防渗墙具有弹性模量低、极限应变大的优良特性，大大提高了防渗墙的安全性[2]。塑性混凝土的优良l生能主要取决于它的以下特性：

　　(1)塑性混凝土具有极低的变形模量，而且可以人为控制其配合比，使其变形模量在较大范围内变化。

　　(2)塑性混凝土具有与土层形态非常相似的应力应变曲线，可以人为地选择与周围土层应力应变曲线相吻合的塑性混凝土配合比。

　　(3)塑性混凝土的极限应变值比普通混凝土大得多，普通混凝土的受压极限应变值为e=0.08%～0.3%，而塑性混凝土在无侧限条件下的极限应变超过1%，比普通混凝土大几倍甚至几十倍。

　　(4)在三向受力条件下塑性混凝土的强度有很大的提高，而且几乎与围压呈直线增大。这就意味着随着围压的增加，塑性混凝土的强度增加了，防渗墙的安全度得以提高。

　　3塑性混凝土的技术指标

　　抗压强度R28=2MPa;初始切线模量E0=300～600MPa(最大允许值E0=1000MPa);渗透系数K<1×10-7cm/s;浇筑时混凝土坍落度要求在18～24cm;凝结时间：初凝>6.0h，终凝<24h。

　　4施工配合比试验研究

　　4.1主要原材料

　　(1)水泥：水泥为惠州市罗浮山水泥有限公司生产的“罗浮山”牌P.O42.5R号普通硅酸盐水泥，其主要力学指标符合GB175-2007标准。

　　(2)膨润土：试验使用湖南上饶膨润土厂生产的膨润土。主要物理力学性能见表1。

 

　　(3)骨料：细骨料为当地东江河砂，为Ⅱ区中砂。粗骨料为当地某石场碎石。骨料物理性能及筛分结果见表2、表3。

 

　　(4)外加剂：试验所用外加剂为广州外加剂厂生产的FDN440高效减水剂。

　　4.2试验配合比及结果

　　试验主要依据《水工混凝土试验规程》进行[3]。混凝土采用机械拌和，人工捶捣成型，静置48h后拆模，并移至标准养护室养护至试验龄期，进行混凝土试验，试验配合比见表4，新拌及硬化混凝土性能见表5。

 

　　由以上结果可看出：在其它条件相同时，随水泥用量增加，塑性混凝土的强度增大，弹性模量提高。塑性混凝土的这种性质，对于提高墙体强度，改善墙体应力和工作特性是十分有利的。同时，塑性混凝土具有较低的渗透系数，其值一般在10-7cm/s，能满足各种规模防渗墙的要求。

　　4.3确定最优的施工配合比

　　塑性混凝土的配制强度应根据混凝土的设计强度、强度保证率及离差系数等指标，依据SDJ207—82《水工混凝土施工规范》中的有关规定确定[4]。《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》中指出：一般认为泥浆下浇注的混凝土强度只有陆上浇注混凝土强度的70%左右。综合考虑以往塑性混凝土的使用情况，塑性混凝土的配制强度可由式(1)计算得

 

　　式中：R配为塑性混凝土的配制强度(MPa);R28为塑性混凝土的设计强度(MPa);t为混凝土强度保证率为95%时的概率度。取t=1.645;Cvo为混凝土抗压强度离差系数。

　　本次设计中，R28=2MPa，Cvo=0.15，代人式(1)计算得R配=3.2MPa。因此，试验确定的最优施工配合比编号为TS-02。

　　5应用情况分析

　　通过现场施工取样，进行了塑性混凝土坍落度、凝结时间、渗透系数、抗压强度、弹性模量等指标的试验。

　　5.1坍落度、扩散度

　　经现场量测，塑性混凝土坍落度一般在18～20cm之间，扩散度一般在38～40cm之间，全部满足设计要求。

　　5.2凝结时间

　　本次检测试样分别来自主1—17，副2—13，副1—08三个单元，其初凝时间分别为7.45h，6.00h，6.30h，终凝时间分别为≤22h，≤21h，≤21h，均符合设计要求。

　　5.3渗透系数

　　检测试样分别来自主1—17，副2—13，副1—08三个单元，其渗透系数分别为1.96×10-7cm/s，2.01×10-7cm/s，2.01×10-7cm/s，均符合设计要求。

　　5.4抗压强度

　　塑性混凝土抗压强度测定结果见表6。

 

　　5.5弹性模量

　　检测试样分别来自主1—17，副2—13，副1—08三个单元，其弹性模量分别为777，824，755MPa，均满足设计要求。

　　综上所述，塑性混凝土应用于大坑水库除险加固工程后，各项指标均达到设计要求。实践证明，塑性混凝土是一种理想的防渗材料，宜作为水库大坝加固工程及其它水利水电工程中的防渗墙墙体材料。

　　6结语

　　(1)大坑水库坝体填料主要为粉质粘土、砂壤土、壤土，土料质量较差，这就要求防渗体具有较强的适应变形能力。塑性混凝土的主要特点是弹性模量低，极限变形大，能适应较大的变形，因此可作为堤身防渗体的首选材料。它有利于改善防渗墙体内部的应力状态，大大提高了防渗墙的安全性，且节省了水泥，明显降低了工程造价。

　　(2)塑性混凝土具有很低的渗透系数，其值一般在101cm/s以下，能满足各种规模防渗墙的要求。

　　(3)塑性混凝土在水库大坝防渗加固工程中的成功应用表明，塑性混凝土是一种较好的防渗材料，可在水利水电工程中推广。

　　参考文献：

　　[1]马建华.适用于长江中下游干流堤防堤基垂直防渗的新技术[J].水利水电技术，2001，32(3)：58—60.

　　[2]丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

　　[3]SD105-82，水工混凝土试验规程[S].

　　[4]SDJ207-82，水工混凝土施工规范[S].

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