泥漿作用下混凝土擴(kuò)散反應(yīng)過(guò)程的試驗(yàn)研究

楊能輝，陳 芳，熊煥淮

(1.江西省水利科學(xué)研究院，江西南昌330029；2.江西省水工安全工程技術(shù)研究中心，江西南昌330029)

SL 174—2014《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》[1]規(guī)定，對(duì)于一期槽段長(zhǎng)小于3.0 m的下一根導(dǎo)管，槽段長(zhǎng)大于3.0 m，小于6.5 m的下二根導(dǎo)管；對(duì)于二期槽段長(zhǎng)小于2.0 m的下一根導(dǎo)管，槽段長(zhǎng)大于2.0 m，小于5.5 m的下二根導(dǎo)管。然而大量的實(shí)際澆筑過(guò)程發(fā)現(xiàn)[2-5]，泥漿密度比和粘度對(duì)槽段內(nèi)混凝土拌和物坍落度、擴(kuò)散度影響較大，施工中盡管按規(guī)范規(guī)定下導(dǎo)管，仍然會(huì)出現(xiàn)混凝土拌和物堆積體在槽段內(nèi)崩塌，使得墻體出現(xiàn)不規(guī)則的夾泥層，從而影響防滲墻的施工質(zhì)量。

防滲墻在成槽及澆筑過(guò)程中均用到泥漿護(hù)壁工藝，護(hù)壁泥漿是保證槽壁穩(wěn)定最關(guān)鍵的因素[6-10]，不同密度比和粘度的泥漿對(duì)混凝土拌合物的坍落度、擴(kuò)散度有沒(méi)有影響，影響有多大，目前尚無(wú)規(guī)范可查，也沒(méi)有對(duì)此方面的研究。因此有必要進(jìn)行試驗(yàn)研究，確定不同泥漿密度比對(duì)混凝土拌和物坍落度、擴(kuò)散度的影響，以便指導(dǎo)施工，改進(jìn)施工工藝。

1 試驗(yàn)原材料及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)原材料

本文試驗(yàn)中采用的水泥為南方牌P.O42.5通用硅酸鹽水泥，密度為3 060 kg/m3；粗骨料采用5～40 mm的碎石，表觀密度為2 740 kg/m3，且5～20 mm與20～40 mm的碎石質(zhì)量比為4∶6；細(xì)骨料經(jīng)水洗去除石粉后，測(cè)得細(xì)度模數(shù)為3.45，屬粗砂；膨潤(rùn)土采用400目鈉質(zhì)膨潤(rùn)土，顏色呈灰白色，主要成分是蒙脫石；試驗(yàn)用水為生活飲用水，其性質(zhì)符合混凝土拌和用水的相關(guān)要求。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

按照SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，所用試驗(yàn)設(shè)備包括單臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)、振動(dòng)臺(tái)、TD型電子天平、泥漿密度計(jì)、泥漿粘度計(jì)、微機(jī)控制恒加載壓力試驗(yàn)機(jī)、臺(tái)秤、坍落度測(cè)定儀、抹刀、搗棒、鋼尺等試驗(yàn)用具。

2 試驗(yàn)方案

2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

為研究泥漿的密度比與粘度對(duì)混凝土擴(kuò)散度的影響，需對(duì)混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。本試驗(yàn)配合比按照DL/T5330—2015《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[11]中對(duì)防滲墻施工用泵送混凝土的要求，水膠比不宜大于0.6，膠凝材料用量不宜低于300 kg/m3，砂率宜在35%～45%。最終確定混凝土配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比設(shè)計(jì) kg/m3

2.2 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

為測(cè)得泥漿作用下對(duì)混凝土擴(kuò)散度的影響，設(shè)計(jì)有落差的泥漿池2處，其中地面上的為泥漿試驗(yàn)池，地面以下的為泥漿循環(huán)池，并采用潛水泵將循環(huán)池中的泥漿抽到泥漿試驗(yàn)池中。

2.3 泥漿的制備

在地下連續(xù)墻施工時(shí)，泥漿性能的優(yōu)劣直接影響到地下連續(xù)墻成槽施工時(shí)槽壁的穩(wěn)定性，表2為新配置泥漿和循環(huán)泥漿的質(zhì)量控制參數(shù)。試驗(yàn)中采用400目鈉基膨潤(rùn)土制備泥漿，分散劑選用工業(yè)碳酸鈉，并適當(dāng)添加CMC，其配合比按表3所示進(jìn)行控制。在施工過(guò)程中，如遇泥漿性能護(hù)壁功能不達(dá)標(biāo)，需調(diào)整泥漿質(zhì)量控制參數(shù)。

表2 泥漿質(zhì)量控制參數(shù)

表3 新制泥漿配合比(質(zhì)量比)

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)時(shí)，在空氣中與泥漿試驗(yàn)池中同時(shí)測(cè)定混凝土塌落度及擴(kuò)散度，以此來(lái)對(duì)比不同密度比、不同粘度泥漿作用下對(duì)不同等級(jí)混凝土坍落度與擴(kuò)散度的影響。本次試驗(yàn)共配置了5種不同密度比和粘度的泥漿，根據(jù)SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[12]測(cè)定不同等級(jí)的混凝土坍落度及擴(kuò)散度，其中混凝土拌和物擴(kuò)散度以拌和物擴(kuò)散后的2～4個(gè)直徑測(cè)值的平均值作為結(jié)果，見(jiàn)表4。

3.1 混凝土拌和物坍落度成果分析

從混凝土的和易性來(lái)看，4組混凝土的和易性都較好，滿(mǎn)足工程施工的需要。圖1為不同強(qiáng)度混凝土坍落度與泥漿密度比之間的關(guān)系。從圖1a～d可以看出，在泥漿密度比達(dá)到1.075時(shí)，不同強(qiáng)度的混凝土坍落度均較小，C20、C25混凝土坍落度為40 mm，且隨著泥漿密度比增加，C15、C20、C25混凝土坍落度明顯下降。從兩者相關(guān)性系數(shù)來(lái)看，不同強(qiáng)度等級(jí)(C10、C15、C20、C25)混凝土與混凝土坍落度變化表現(xiàn)出明顯的指數(shù)變化規(guī)律，兩者相關(guān)系數(shù)區(qū)間為[0.917，0.975]。此外，4組不同強(qiáng)度混凝土在泥漿中與空氣中坍落度有較大差異，對(duì)比試驗(yàn)可以看出，泥漿對(duì)混凝土的坍落度有很大的影響，隨著泥漿密度比增加，混凝土坍落度逐漸減小；隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)增加，泥漿對(duì)于混凝土坍落度的影響也逐漸增加。

3.2 混凝土拌和物擴(kuò)散度成果分析

圖2為不同強(qiáng)度混凝土擴(kuò)散度與泥漿密度比關(guān)系。從圖2a～2d可以看出，對(duì)同一強(qiáng)度等級(jí)混凝土，隨著泥漿密度比、粘度的增加，混凝土擴(kuò)散度逐漸減小。其中，C10混凝土當(dāng)泥漿密度比為1.05時(shí)，坍落度最大為375 mm；當(dāng)泥漿密度比為1.075時(shí)，各強(qiáng)度等級(jí)混凝土坍落度均為200 mm，與坍落度桶直徑相同。從兩者相關(guān)系數(shù)來(lái)看，4種不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土擬合曲線當(dāng)采用指數(shù)函數(shù)擬合時(shí)，表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，兩者相關(guān)系數(shù)區(qū)間為[0.916，0.995]。此外，4組不同強(qiáng)度混凝土在泥漿中與空氣中擴(kuò)散度有較大差異，對(duì)比試驗(yàn)可以看出，泥漿對(duì)混凝土的擴(kuò)散度有很大的影響，隨著泥漿密度比增加，混凝土擴(kuò)散度逐漸減小；隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)增加，泥漿對(duì)于混凝土擴(kuò)散度的影響也逐漸增加。

表4 泥漿作用下混凝土坍落度與擴(kuò)散度成果

圖1 不同強(qiáng)度混凝土坍落度與泥漿密度比關(guān)系

圖2 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土擴(kuò)散度與泥漿密度比關(guān)系

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土在泥漿中的坍落度和擴(kuò)散度室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比分析得到如下結(jié)論：

(1)對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土，混凝土坍落度、擴(kuò)散度隨泥漿密度比變化的規(guī)律基本一致，均受到比較大的影響，且隨著泥漿密度比的增加，呈先減小后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。

(2)對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土，泥漿作用下混凝土坍落度、擴(kuò)散度的變化并不是單獨(dú)產(chǎn)生的，而是受兩者協(xié)同作用，共同影響的結(jié)果。

(3)在混凝土防滲墻施工中應(yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度、泥漿密度比以及槽段的長(zhǎng)度的不同，合理選擇施工所用的導(dǎo)管，以確保混凝土防滲墻的施工質(zhì)量。