南水北調(diào)興隆水利樞紐圍堰防滲墻工程塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究

曾 偉

（葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司 湖北 宜昌 443002）

1 前言

塑性混凝土是一種水泥用量較低并摻入部分膨潤(rùn)土(或粘土)的塑性墻體材料，又稱為柔性材料。它具有與土層形態(tài)非常相似的應(yīng)力應(yīng)變曲線，其變形模量接近地基的變形模量，在外荷作用下能適應(yīng)地基的變形和周圍土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，在強(qiáng)度較低的情況下，墻體也不會(huì)開(kāi)裂。國(guó)外自20世紀(jì)60年代末就開(kāi)始采用塑性混凝土作為防滲墻體材料。1989年我國(guó)首次將塑性混凝土用于福建水口水電站圍堰防滲墻并獲成功，隨后在水電工程中推廣應(yīng)用。由于塑性混凝土的砂率選擇范圍大(不宜小于45%)，我國(guó)膨潤(rùn)土產(chǎn)地和成因等變異性較大，且膨潤(rùn)土參與了水泥水化反應(yīng)，但其水化作用尚不明顯，塑性混凝土性能的試驗(yàn)方法尚未統(tǒng)一等原因，給塑性混凝土的應(yīng)用帶來(lái)很大困難。因此，本研究結(jié)合漢江興隆水利樞紐防滲墻工程，采用工程材料，突破固定水泥用量或膨潤(rùn)土用量的設(shè)計(jì)方法，采用固定水膠比及膠材之間的比例關(guān)系的設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)研究塑性混凝土的水膠比與強(qiáng)度的關(guān)系、膨潤(rùn)土摻量與強(qiáng)度的關(guān)系、彈性模量與水膠比和膨潤(rùn)土摻量的關(guān)系。為防滲墻塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)做出了新的嘗試。

2 塑性混凝土技術(shù)要求

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，南水北調(diào)漢江興隆水利樞紐防滲墻工程采用塑性混凝土。設(shè)計(jì)單位對(duì)塑性混凝土提出了如下技術(shù)要求:①抗壓強(qiáng)度 R28≥6.0MPa；彈性模量E≤1500MPa；②滲透系數(shù) K＜10-6cm/s；③坍落度為180mm～220mm，擴(kuò)散度為340mm～380mm。

表1 水泥物理力學(xué)性能檢測(cè)成果表

3 原材料及配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料

⑴水泥:采用葛洲壩水泥廠（荊門）P.C 32.5水泥。水泥物理力學(xué)性能檢測(cè)成果見(jiàn)表1。

表2 粉煤灰品質(zhì)檢測(cè)成果表

表3 砂顆粒級(jí)配檢測(cè)成果表

表4 塑性混凝土配合比表

表5 塑性混凝土試驗(yàn)成果表

圖1 水膠比與強(qiáng)度的關(guān)系圖

⑵粉煤灰：采用國(guó)電長(zhǎng)源荊門熱電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰，其品質(zhì)檢測(cè)見(jiàn)表2。

⑶砂：采用浠水天然黃砂，含泥量1.2%。砂顆粒級(jí)配檢測(cè)成果見(jiàn)表3。

⑷石：采用京山鴨骨山(5～20)mm碎石，含泥量0.2%，堅(jiān)固性為4%。符合《漢江興隆水利樞紐圍堰防滲墻技術(shù)要求》。

⑸膨潤(rùn)土：采用湖南澧縣膨潤(rùn)土。

⑹減水劑：采用陜西博宇外加劑廠NFR緩凝高效減水劑，摻量為0.8%，減水率為19.3%。

⑺拌和用水：采用宜昌城區(qū)飲用水。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

塑性混凝土的水泥、膨潤(rùn)土用量以及其間的比例關(guān)系，對(duì)塑性混凝土強(qiáng)度、彈性模量和滲透系數(shù)有很大的影響。為降低塑性混凝土的強(qiáng)度和彈摸，提高混凝土防滲能力，塑性混凝土膨潤(rùn)土摻量比較高，砂率一般都在60%以上。

本配合比設(shè)計(jì)采用2個(gè)試驗(yàn)系列：①固定粉煤灰摻量15%，砂率為70%，膨潤(rùn)土摻量為20%，變化水膠比分別為 0.8、0.9、1.0；②固定粉煤灰摻量15%，砂率為70%，水膠比0.9，變化膨潤(rùn)土摻量為25%、30%。根據(jù)委托方技術(shù)要求及提供的原材料，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，具體配合比見(jiàn)表4，試驗(yàn)成果見(jiàn)表5。

4 塑性混凝土性能分析

4.1 水膠比與強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)28天室內(nèi)配合比試驗(yàn)成果，可得水膠比與強(qiáng)度關(guān)系如下：

從圖1可知，強(qiáng)度隨水膠比的下降而增大，且線性很好。說(shuō)明塑性混凝土的強(qiáng)度變化受水膠比的影響無(wú)異于常態(tài)混凝土。

4.2 膨潤(rùn)土摻量與強(qiáng)度的關(guān)系

從表5中的2、4、5項(xiàng)可以看出，膨潤(rùn)土的摻量增加后，強(qiáng)度下降較快，但下降值與膨潤(rùn)土的增加量不成比例，即線性不好。尤其是膨潤(rùn)土摻量從20%變化至25%時(shí)，強(qiáng)度下降1.85MPa，說(shuō)明膨潤(rùn)土摻量變化與強(qiáng)度并不成線性關(guān)系，針對(duì)此問(wèn)題，還需繼續(xù)研究。

4.3 彈性模量與水膠比、膨潤(rùn)土摻量的關(guān)系

從表5中可以看出，彈性模量隨水膠比的增大而減小，隨膨潤(rùn)土摻量的增加而減小。彈性模量隨水膠比的變化較為均勻；但是隨膨潤(rùn)土摻量的變化相差較大，在膨潤(rùn)土摻量由25%變化至30%時(shí)，變化幅度下降較大，即當(dāng)膨潤(rùn)土用量超過(guò)70kg/m3時(shí)，彈性模量下降趨緩。

5 結(jié)論

⑴強(qiáng)度隨水膠比的下降而增大，且線性很好。說(shuō)明塑性混凝土的強(qiáng)度變化受水膠比的影響無(wú)異于常態(tài)混凝土。

⑵膨潤(rùn)土的摻量增加后，強(qiáng)度下降較快，但下降值與膨潤(rùn)土的增加量不成比例，即線性不好。說(shuō)明膨潤(rùn)土摻量變化與強(qiáng)度并不成線性關(guān)系，針對(duì)此問(wèn)題，還需繼續(xù)研究。

⑶彈性模量隨水膠比的增大而減小，隨膨潤(rùn)土摻量的增加而減小。彈性模量隨水膠比的變化較為均勻；但是隨膨潤(rùn)土摻量的變化相差較大，在膨潤(rùn)土摻量由25%變化至30%時(shí)，變化幅度下降較大，即當(dāng)膨潤(rùn)土用量超過(guò)70kg/m3時(shí)，彈性模量下降趨緩。陜西水利