塑性混凝土在地下连续防渗墙中的应用

丁守业;张宝香;尹成琦

【摘 要】分析了塑性混凝土的特点,介绍了材料用量对塑性混凝土性能的影响,并举例说明塑性混凝土应用中材料的选择及其拌和应注意的事项.

【期刊名称】《山东水利》

【年(卷),期】2013(000)010

【总页数】2页(P40-41)

【关键词】塑性混凝土;膨润土;胶凝材料;水胶比

【作 者】丁守业;张宝香;尹成琦

【作者单位】胶南市水利勘察设计院,山东胶南 2600;胶南市水利勘察设计院,山东胶南 2600;胶南市水利勘察设计院,山东胶南 2600

【正文语种】中 文

【中图分类】TV43

塑性混凝土是用较少量水泥，掺加黏土、膨润土、水、砂、碎石和外加剂拌合而成的混合结构物。因其中的黏土和膨润土取代了部分水泥，与其他混凝土材料相比，不仅降低工程成本，而且用其做地下连续防渗墙墙体的变形模量接近地基的变形模量，在外荷载的作用下能适用地基的变形，从而改善墙体的应力状态，在强度较低的情况下，墙体也不会开裂。

与普通混凝土相比，塑性混凝土有以下特点：

1）低强度、低弹模、大应变，塑性混凝土地下连续防渗墙能较好地适应土体变形。塑性混凝土28d的抗压强度一般为1.0～5.0MPa，弹强比一般为150～500；弹性模量一般为地基弹性模量的1～5倍，极限变形可达1%～5%。

2）和易性、稳定性较好，初、终凝时间较长，有利于运输和连续浇筑。

3）胶凝材料相对用量较大，防渗性能较好。

4）节省水泥，可大大降低工程成本。塑性混凝土的胶凝材料虽然总量较大，一般不少于240kg/m3，但由于用膨润土、黏土取代了大部分的水泥，所以与普通混凝土相比，节省了水泥用量，工程成本也有显著的降低。

5）各项性能指标受材料及材料用量影响较大，其配合比实验、工艺掌握和质量控制难度较大。

2.1 材料用量对塑性混凝土性能的影响

塑性混凝土原材料主要有水泥、黏土、膨润土、砂石骨料、水和外加剂等，由于各种材料的性质及用量对塑性混凝土性能的影响互相矛盾、互相制约，所以合理地选择材料及材料用量，是配制合格塑性混凝土，保证工程质量的关键。

通过实验对比，塑性混凝土的配合比对其性能的影响如下：

1）水泥的强度等级。在水泥用量相同的情况下，水泥的强度等级越高，塑性混凝土的强度就越大，弹性模量亦越大，渗透系数越小。

2）水泥的用量。在保持水灰比不变的情况下，水泥用量越多，塑性混凝土的强度越高，弹性模量增大，抗渗性能提高，合易性也越好。

3）黏土和膨润土的用量增加，塑性混凝土的渗透系数减小，强度与弹性模量降低；在水胶比保持不变的情况下，增加黏土和膨润土的用量，塑性混凝土拌和物的黏聚性、保水性提高，但流动性降低。

4）砂石骨料对塑性混凝土性能的影响同普通混凝土。

2.2 主要原材料的选择

1）水泥。水泥作为主要胶结材料，在保证塑性混凝土强度、抗渗性、和易性要求的前提下，应尽量减少用量，一方面可降低工程造价，另外还可降低塑性混凝土的弹性模量，更好地适应土体变形。根据塑性混凝土的施工特点及性能要求，可选用水泥用量宜每立方米混凝土100～200kg。

2）黏土。塑性混凝土中的黏土作为胶凝材料除代替部分水泥外，其主要作用：一是降低混凝土的弹性模量，更好地适应土体变形；二是相对增加胶凝材料用量，降低混凝土的渗透系数，满足工程地下防渗要求。但黏土用量的相对增加，不利于混凝土的抗压强度，因而应根据混凝土的设计强度及对混凝土弹性模量、抗渗的要求，选择适量的黏土用量。一般为水泥用量的2～3倍，水泥多用上限，反之用下限；弹强比小用上限，反之用下限。

3）膨润土。膨润土在塑性混凝土中的主要作用：一是降低混凝土的弹性模量，二是改善混凝土拌和物性能。如果弹模较低，弹强比较小时，可多掺一些膨润土；如仅为改善拌和物的性能，可少掺一些。一般情况下，膨润土的掺量为黏土掺量7%～30%，但不少于40kg/m3。

4）砂率。砂率提高可以有效地降低塑性混凝土的弹性模量，为满足工程对塑性混凝土较低弹性模量的要求，塑性混凝土选用的砂率一般大于40%。但砂率过大，塑性混凝土收缩性也大，对混凝土的抗裂不利。

5）碎石。为满足施工对塑性混凝土较大扩散度的要求，降低弹模，一般选用5～20mm连续级的碎石，中石与小石的用量比宜大于1.0。

6）水与水胶比。在满足流动性要求的前提下，应尽量减少用水量，为此，可添加高效减水剂和引气剂。水胶比增大会对混凝土的强度、抗渗等性能带来不利影响，在满足施工机械和施工工艺的前提下，应尽量选择较小的水胶比。塑性混凝土的水胶比与黏土和膨润土的掺量有关。黏土和膨润土掺量少，强度和弹强比高，用较小的水胶比，反之用较大的水胶比，一般情况下，水胶比为0.6～1.2。

7）外加剂。一般掺高效减水剂和引气剂，外加剂的用量应根据其性质酌情选择。

塑性混凝土的拌和按照黏土的掺加方法不同分为干掺拌和与湿掺拌和。

湿掺拌和是先将黏土、膨润土拌合制成泥浆，然后再掺入。特点是塑性混凝土拌和物的性能稳定，但工艺比较复杂。

干掺拌和是将粉碎的黏土同水泥一起加入搅拌机中，合理的加料与拌和顺序是：碎石—水泥—黏土、膨润土—砂子，先干拌均匀，再加水拌和。

黏土混凝土拌和物与普通混凝土拌和物所表现的不同特点是：随着拌和时间的加长，塑性混凝土拌和物的黏聚性增强，流动性减小，机拌比人工拌和的保水性能好，但流动性差，坍落度较小。

某中型水库建成于1965年，大坝为均质土石坝。水库流域面积为58km2，总库容为5183万km2，兴利水位47.70m。由于施工时缺乏必要的质量控制措施，加上多年运行失修，水库蓄水至正常水位时，渗漏严重。

4.1 加固方案

在迎水坡面正常蓄水位以下，采用地下连续防渗墙工程进行加固处理，设计墙体厚度为200mm。考虑到承载需求，防渗墙的中下部采用抗压强度不大于5MPa，中上部采用抗压强度不大于2MPa的塑性混凝土，渗透系数要求A×10－7～A×10－8cm/s之间，弹性模量不大于2000MPa。

4.2 实验室配比

中下部塑性混凝土拌合物材料用量为水泥142kg，黏土310kg，膨润土kg，砂率为45%，水胶比为0.67；坍落度180～200mm，扩散度360～400mm。中上部塑性混凝土拌合物材料用量为水泥108kg，黏土324kg，膨润土67kg；砂率为46%，水胶比为0.7，坍落度180～200mm，扩散度360～380mm。

4.3 防渗墙施工

防渗墙采用抓斗式成槽机造孔，塑性混凝土拌合物采用湿掺拌和。施工过程中严格加强工程施工管理，严格控制各项技术指标，要求每个槽孔开浇前必须检查混凝土的施工性能，每个班组取样检查2次，每个墙段成型抗压强度试件2组，每3个墙段成型抗渗性能试件1组，每10个墙段形成弹性模量试件1组。

4.4 施工效果检验

工程完工后进行钻孔取芯试验，结果表明：中下部混凝土的平均强度为4.8MPa，渗透系数6×10－8cm/s，弹性模量为1200MPa。中上部混凝土的平均强度为2.0MPa，渗透系数9×10－7cm/s，弹性模量为1800MPa，完全满足工程设计要求，蓄水至正常水位，工程运行良好，坝体、坝基无明显渗水现象。