塑性混凝土的研究

李廣森，高峰華，李莉，李縱，張國權

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 工程概況

遼寧紅沿河核電廠一期取水口導流堤和施工圍堰工程，位于遼寧省瓦房店市東崗鄉林溝村小孫屯，地處瓦房店市西端渤海遼東灣東海岸溫坨子。取水口圍堰工程堤體設計采用10～100 kg堤心石填筑，因導流堤結合施工圍堰，沿堤體中心線設置防滲墻，防滲墻采用塑性混凝土。

2 技術要求

塑性混凝土防滲墻設計指標是28 d抗壓強度不低于1.0 MPa；彈性模量不小于300 MPa，滲透系數不大于1×10－6cm/s；防滲墻厚度為800 mm。

為使得塑性混凝土墻具有良好的可施工性，其入孔坍落度應為180～220 mm，擴展度為340～400 mm；坍落度保持150 mm以上的時間應不小于1 h。混凝土的重度為20～22 kN/m3。

3 試驗依據

塑性混凝土防滲墻試驗依據：

1）取水口導流堤和施工圍堰設計說明；

2）SL174-96《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》；

3）SL352-2006《水工混凝土試驗規程》；

4）JTJ270-98《水運工程混凝土試驗規程》；5）SY/T 5060-1993《鉆井液用膨潤土》。

4 塑性混凝土試驗

目前國內尚無塑性混凝土試驗規程，因此試驗主要依據SL174-96《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》與SL352-2006《水工混凝土試驗規程》。

4.1 塑性混凝土的工作性能

4.1.1 坍落度

塑性混凝土作為防滲墻的施工應具有良好的工作性能。試驗采用強制式攪拌機拌和混凝土。根據設計要求塑性混凝土的坍落度在180～220 mm，試驗結果如表1、圖1和圖2。

從表1、圖1和圖2分析可知：

1）當膨潤土摻量不變，而改變水泥用量時，初始坍落度滿足要求；經過1 h的延時后，坍落度變化最大的是1號配合比，損失45 mm；坍落度損失最小的是2號和3號配合比，損失15 mm。

表1 塑性混凝土性能試驗

圖1 改變水泥用量坍落度的變化

圖2 改變膨潤土摻量坍落度的變化

2）當水泥用量不變，而改變膨潤土摻量時，初始坍落度滿足要求；經過1 h的延時后，坍落度變化最大的是8號配合比，損失45 mm；坍落度損失最小的是7號配合比，損失15 mm。

3）從表1可以看出上述配合比的坍落度延時損失都較小，滿足設計要求。

4.1.2 擴展度

塑性混凝土擴展度的測定：用坍落度筒測量塑性混凝土坍落度之后，隨即測量塑性混凝土拌合物坍落擴展終止后擴展面相互垂直的兩個直徑，取兩直徑的平均值。設計要求的擴展度為340～400mm。試驗結果如表1、圖3和圖4。

圖3 改變水泥用量擴展度的變化

圖4 改變膨潤土摻量擴展度的變化

從表1、圖3和圖4分析：

1）當膨潤土摻量不變，而改變水泥用量時，初始擴展度滿足要求，經過1 h的延時后，擴展度變化最大的是1號配合比，損失92 mm；擴展度損失最小的是2號配合比，損失27 mm。

2）當水泥用量不變，而改變膨潤土摻量時，初始擴展度滿足要求；經過1 h的延時后，擴展度變化最大的是8號配合比，損失105 mm；擴展度損失最小的是7號配合比，損失58 mm。

3）從表1可以看出上述配合比擴展度的延時損失都較小，滿足施工要求。

4.1.3 塑性混凝土的重度

塑性混凝土的重度采用重度筒進行測定，設計要求塑性混凝土的重度為20～22 kN/m3。從表1可以看出所有塑性混凝土配合比的重度全部滿足設計要求。

4.2 塑性混凝土的強度

4.2.1 立方體抗壓強度

塑性混凝土的立方體抗壓強度采用搗棒人工插搗方式成型，試件采用150 mm×150 mm×150 mm的立方體試模，分2層裝料，每層插搗27次。試件采用標準養護方法至7 d和28 d進行立方體抗壓強度試驗。試驗結果如表2、圖5和圖6。

從表2、圖5和圖6分析可知：

1）在立方體抗壓強度試驗中，當固定膨潤土的摻量，改變水泥用量，塑性混凝土7 d和28 d的立方體抗壓強度，隨著水泥用量的增加，抗壓強度也在增加。

2）當固定水泥用量，改變膨潤土的摻量，塑性混凝土7 d和28 d的立方體抗壓強度隨著膨潤土摻量的增加，抗壓強度在逐漸降低。

表2 塑性混凝土強度試驗

圖5 不同水泥用量對立方體抗壓強度的影響

圖6 不同膨潤土摻量對立方體抗壓強度的影響

3）從上述塑性混凝土配合比試驗中，不論改變水泥用量，還是改變膨潤土摻量，其28 d的立方體抗壓強度均大于1 MPa，滿足設計要求。

4.2.2 軸心抗壓強度

塑性混凝土的軸心抗壓強度試驗采用φ150 mm×300 mm的試模，1組3塊。成型裝料分3層，每層用搗棒插搗22次。試件采用標準養護方法至28 d進行軸心抗壓強度試驗。試驗結果如表2、圖7和圖8。

圖7 改變水泥用量對軸心抗壓強度的影響

圖8 不同膨潤土摻量對軸心抗壓強度的影響

從表2、圖7和圖8分析可知：

1）在軸心抗壓強度中，固定膨潤土的摻量，改變水泥用量，28 d軸心抗壓強度隨著水泥用量的增加，強度在不斷地增加，而且增加的幅度成直線線性關系。如果用Y表示軸心抗壓強度，X代表水泥用量，它們之間的關系式為Y＝0.068 3X－5.444。相關系數檢驗為r＝0.999 9。

2）如果固定水泥用量，改變膨潤土的摻量，28 d軸心抗壓強度隨著膨潤土摻量的增加，抗壓強度在不斷地下降。

3）在塑性混凝土軸心抗壓強度試驗中，無論改變水泥用量，還是改變膨潤土摻量，28 d的抗壓強度滿足設計要求。

4.2.3 立方體劈裂抗拉強度

塑性混凝土的立方體劈裂抗拉強度試驗，采用150 mm×150 mm×150 mm的立方體試模。試件成型裝料分2層，每層用搗棒插搗27次。采用標準養護方法養護至28 d進行立方體劈裂抗拉強度試驗。試驗結果如表2、圖9和圖10。

圖9 不同水泥用量對立方體劈裂抗拉強度的影響

圖10 不同膨潤土摻量對立方體劈裂抗拉強度的影響

從表2、圖9和圖10分析可知：

1）塑性混凝土的立方體劈裂抗拉強度，在固定膨潤土的摻量，改變水泥用量情況下，其28 d的立方體劈裂抗拉強度隨著水泥用量的提高，劈裂抗拉強度也在提高。

2）固定水泥用量，改變膨潤土的摻量，28 d立方體劈裂抗拉強度隨著膨潤土摻量的增加，劈裂抗拉強度在逐漸降低。

4.2.4 軸心抗拉強度

塑性混凝土的軸心抗拉強度試驗，試件采用φ150 mm×300 mm的試模，1組3塊。試件成型裝料分3層，每層用搗棒插搗22次。采用標準養護方法養護至28 d后，在試件的兩端用環氧樹脂型膠粘劑粘接φ150 mm鋼質拉板，膠粘劑固化后，在拉力試驗機上進行軸心抗拉強度試驗。試驗結果見表2和圖11。

圖11 不同水泥用量對軸心抗拉強度的影響

從表2和圖11分析可知：在塑性混凝土的軸心抗拉強度試驗中，固定膨潤土的摻量，改變水泥用量，其28 d的軸心抗拉強度隨著水泥用量的增加，抗拉強度呈上升的趨勢。

5 塑性混凝土彈性模量

彈性模量是塑性混凝土的一項重要力學指標，它反映了塑性混凝土所受應力與所產生應變之間的關系，是進行塑性混凝土配合比設計的一個重要參數。

本次塑性混凝土彈性模量試驗采用φ150 mm×300 mm的試模，以6個試件為1組，其中3個測定軸心抗壓強度，3個測定抗壓彈性模量。成型裝料分3層，每層用搗棒插搗27次。采用標準養護方法進行養護，到達28 d試驗齡期時，將試件從養護室取出，擦凈表面，量測斷面尺寸。然后將試件安放在試驗機上，測定塑性混凝土的破壞荷載。

彈性模量試驗將試件安放在試驗機的下壓板上，使試件中心與試驗機的下壓板中心對準。開動試驗機，當上壓板與試件快接觸時，調整球座，使接觸均衡。為客觀地測出塑性混凝土的彈性模量值，用磁性表架將百分表對稱固定于試件的兩側，分別測量整個試件兩側的變形值。正式試驗前，先進行預壓，以0.05～0.1 MPa/s逐步加荷，最大預壓應力約為破壞強度的40%，反復預壓3次，直至兩側百分表的讀數差值不超過給定的允許誤差為止。試件經預壓后，進行正式試驗，加荷方式與預壓時相同。在試驗記錄表上每增加4 kN荷載，分別記下百分表相應的讀數。試件的彈性模量值，以應力從0.5 MPa時的荷載增加到40%的極限破壞荷載時的“應力-變形”曲線圖，據此來計算塑性混凝土靜力抗壓彈性模量。試驗結果如表3、圖12和圖13。

表3 塑性混凝土靜力抗壓彈性模量試驗

圖12 不同水泥用量對靜力抗壓彈性模量的影響

圖13 不同膨潤土摻量對靜力抗壓彈性模量的影響

從表3、圖12和圖13分析可知：

1）塑性混凝土的靜力抗壓彈性模量試驗，當固定膨潤土摻量，改變水泥用量時，其靜力抗壓彈性模量呈上升趨勢。

2）當固定水泥用量，改變膨潤土摻量，其靜力抗壓彈性模量呈下降趨勢。

3）在塑性混凝土靜力抗壓彈性模量試驗中，不論改變水泥用量，還是改變膨潤土的摻量，其28 d的靜力抗壓彈性模量都大于300 MPa。

6 塑性混凝土滲透性能

塑性混凝土作為導流堤和施工圍堰中的防滲墻，其主要作用是防止外面的海水滲入，給取水建筑物的干地施工和取水明渠干挖創造條件。

塑性混凝土的滲透系數采用給定的一次加水壓法進行試驗，加水壓力根據塑性混凝土的強度、滲透性確定。一次加水壓，至水從試件頂面滲出為止，停止加壓。并記錄試驗過程試件透水時間，計算其相對滲透系數，以1組3個試件測值的平均值作為試驗結果。

我們在上述塑性混凝土配合比中選擇了3號、6號、7號做相對滲透系數試驗，試驗結果分別是1.70×10-8cm/s、8.65×10-8cm/s、1.07×10-8cm/s。

7 工程應用

遼寧紅沿河核電廠一期工程的取水口導流堤和施工圍堰的防滲墻，設計軸線長384.56 m，共劃分為76個槽段。Ⅰ期槽段長4.8 m、Ⅱ期槽段長6.8 m。墻頂高程+3.0 m，墻底進入中風化花崗巖0.8 m，墻體深度一般為15～20 m，最大設計深度為28.7 m，墻體厚度0.8 m。

防滲墻施工采用6號塑性混凝土配合比。在施工中，為全面檢測分析控制防滲墻混凝土質量，對塑性混凝土取樣進行了101組立方體抗壓強度、8組滲透系數和8組靜力抗壓彈性模量試驗檢測。經檢測立方體抗壓強度值在1.5～3.3 MPa，平均值為2.3 MPa，100%達到設計要求；滲透系數在5.7×10-8～7.0×10-8cm/s；靜力抗壓彈性模量在405～486 MPa，平均值為443 MPa。所有技術指標都達到設計要求，經分析評定質量達到優良標準。

遼寧紅沿河核電廠一期工程的取水口圍堰內抽水工作于2010年2月1日15時開始，日抽水量1.4萬m3，累計抽水約10萬m3，至2月8日抽水完成。經過對圍堰內的觀測，滲流量滿足設計要求。

8 結論

1）防滲墻采用塑性混凝土施工時，除了滿足設計要求外，應具有良好的可施工性，其中包括入孔坍落度的選擇；坍落度的保持時間；擴展度的取值。

2）在塑性混凝土中，當固定膨潤土的摻量，改變水泥用量時，塑性混凝土28 d的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、立方體劈裂抗拉強度、軸心抗拉強度隨著水泥用量的增加在不斷地增長；靜力抗壓彈性模量隨著水泥用量的增加也在增加。

3）在塑性混凝土中，當固定水泥摻量，改變膨潤土的摻量時，塑性混凝土28 d的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、立方體劈裂抗拉強度、軸心抗拉強度隨著膨潤土摻量的增加在不斷地降低；靜力抗壓彈性模量隨著膨潤土摻量的增加呈下降趨勢。

[1]SL174-1996，水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范[S].

[2]SL352-2006，水工混凝土試驗規程[S].

[3]SY/T 5060-1993，鉆井液用膨潤土[S].

[4]JTJ270-1998水運工程混凝土試驗規程[S].