泥漿作用下混凝土擴散反應過程的試驗研究

楊能輝，陳 芳，熊煥淮

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

SL 174—2014《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》[1]規定，對于一期槽段長小于3.0 m的下一根導管，槽段長大于3.0 m，小于6.5 m的下二根導管；對于二期槽段長小于2.0 m的下一根導管，槽段長大于2.0 m，小于5.5 m的下二根導管。然而大量的實際澆筑過程發現[2-5]，泥漿密度比和粘度對槽段內混凝土拌和物坍落度、擴散度影響較大，施工中盡管按規范規定下導管，仍然會出現混凝土拌和物堆積體在槽段內崩塌，使得墻體出現不規則的夾泥層，從而影響防滲墻的施工質量。

防滲墻在成槽及澆筑過程中均用到泥漿護壁工藝，護壁泥漿是保證槽壁穩定最關鍵的因素[6-10]，不同密度比和粘度的泥漿對混凝土拌合物的坍落度、擴散度有沒有影響，影響有多大，目前尚無規范可查，也沒有對此方面的研究。因此有必要進行試驗研究，確定不同泥漿密度比對混凝土拌和物坍落度、擴散度的影響，以便指導施工，改進施工工藝。

1 試驗原材料及設備

1.1 試驗原材料

本文試驗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的碎石質量比為4∶6；細骨料經水洗去除石粉后，測得細度模數為3.45，屬粗砂；膨潤土采用400目鈉質膨潤土，顏色呈灰白色，主要成分是蒙脫石；試驗用水為生活飲用水，其性質符合混凝土拌和用水的相關要求。

1.2 試驗設備

按照SL352—2006《水工混凝土試驗規程》的相關規定，所用試驗設備包括單臥軸強制式混凝土攪拌機、振動臺、TD型電子天平、泥漿密度計、泥漿粘度計、微機控制恒加載壓力試驗機、臺秤、坍落度測定儀、抹刀、搗棒、鋼尺等試驗用具。

2 試驗方案

2.1 混凝土配合比設計

為研究泥漿的密度比與粘度對混凝土擴散度的影響，需對混凝土進行配合比設計。本試驗配合比按照DL/T5330—2015《水工混凝土配合比設計規程》[11]中對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表1。

表1 混凝土配合比設計 kg/m3

2.2 試驗裝置設計

為測得泥漿作用下對混凝土擴散度的影響，設計有落差的泥漿池2處，其中地面上的為泥漿試驗池，地面以下的為泥漿循環池，并采用潛水泵將循環池中的泥漿抽到泥漿試驗池中。

2.3 泥漿的制備

在地下連續墻施工時，泥漿性能的優劣直接影響到地下連續墻成槽施工時槽壁的穩定性，表2為新配置泥漿和循環泥漿的質量控制參數。試驗中采用400目鈉基膨潤土制備泥漿，分散劑選用工業碳酸鈉，并適當添加CMC，其配合比按表3所示進行控制。在施工過程中，如遇泥漿性能護壁功能不達標，需調整泥漿質量控制參數。

表2 泥漿質量控制參數

表3 新制泥漿配合比(質量比)

3 試驗結果及分析

試驗時，在空氣中與泥漿試驗池中同時測定混凝土塌落度及擴散度，以此來對比不同密度比、不同粘度泥漿作用下對不同等級混凝土坍落度與擴散度的影響。本次試驗共配置了5種不同密度比和粘度的泥漿，根據SL352—2006《水工混凝土試驗規程》[12]測定不同等級的混凝土坍落度及擴散度，其中混凝土拌和物擴散度以拌和物擴散后的2～4個直徑測值的平均值作為結果，見表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看，4組混凝土的和易性都較好，滿足工程施工的需要。圖1為不同強度混凝土坍落度與泥漿密度比之間的關系。從圖1a～d可以看出，在泥漿密度比達到1.075時，不同強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。從兩者相關性系數來看，不同強度等級(C10、C15、C20、C25)混凝土與混凝土坍落度變化表現出明顯的指數變化規律，兩者相關系數區間為[0.917，0.975]。此外，4組不同強度混凝土在泥漿中與空氣中坍落度有較大差異，對比試驗可以看出，泥漿對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；隨著混凝土強度等級增加，泥漿對于混凝土坍落度的影響也逐漸增加。

3.2 混凝土拌和物擴散度成果分析

圖2為不同強度混凝土擴散度與泥漿密度比關系。從圖2a～2d可以看出，對同一強度等級混凝土，隨著泥漿密度比、粘度的增加，混凝土擴散度逐漸減小。其中，C10混凝土當泥漿密度比為1.05時，坍落度最大為375 mm；當泥漿密度比為1.075時，各強度等級混凝土坍落度均為200 mm，與坍落度桶直徑相同。從兩者相關系數來看，4種不同強度等級混凝土擬合曲線當采用指數函數擬合時，表現出明顯的相關性，兩者相關系數區間為[0.916，0.995]。此外，4組不同強度混凝土在泥漿中與空氣中擴散度有較大差異，對比試驗可以看出，泥漿對混凝土的擴散度有很大的影響，隨著泥漿密度比增加，混凝土擴散度逐漸減小；隨著混凝土強度等級增加，泥漿對于混凝土擴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散度成果

圖1 不同強度混凝土坍落度與泥漿密度比關系

圖2 不同強度等級混凝土擴散度與泥漿密度比關系

4 結 語

本文通過對不同強度等級混凝土在泥漿中的坍落度和擴散度室內試驗對比分析得到如下結論：

(1)對于不同強度等級混凝土，混凝土坍落度、擴散度隨泥漿密度比變化的規律基本一致，均受到比較大的影響，且隨著泥漿密度比的增加，呈先減小后趨于穩定的趨勢。

(2)對于不同強度等級混凝土，泥漿作用下混凝土坍落度、擴散度的變化并不是單獨產生的，而是受兩者協同作用，共同影響的結果。

(3)在混凝土防滲墻施工中應根據混凝土強度、泥漿密度比以及槽段的長度的不同，合理選擇施工所用的導管，以確保混凝土防滲墻的施工質量。