黏土塑性混凝土在防滲墻施工中的應(yīng)用

謝　武黎龍鳳王　楠

（1.中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700；2.高郵市水利局，江蘇高郵 225600）

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黏土塑性混凝土在防滲墻施工中的應(yīng)用

謝武1黎龍鳳2王楠1

（1.中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700；2.高郵市水利局，江蘇高郵 225600）

【摘 要】水電工程防滲墻施工中，通常采用膨潤土作為塑性混凝土的塑性材料。本文通過與膨潤土塑性混凝土的性能對比分析，確定黏土代替膨潤土在塑性混凝土防滲墻應(yīng)用中的各種參數(shù)，為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】黏土；塑性混凝土；防滲墻；應(yīng)用

塑性混凝土是一種水泥用量較低，摻加較多膨潤土、黏土等材料的大流動性混凝土，它具有低強度、低彈模和大應(yīng)變等特性。由于其彈性模量可達2000MPa以下，是一種柔性材料，可以很好地與較軟的基礎(chǔ)相適應(yīng)，具有初始彈模低，極限應(yīng)變大，能適應(yīng)較大變形，可以改善防滲墻的應(yīng)力狀態(tài)的優(yōu)點；還能節(jié)省水泥使用量，降低工程造價；可以就地取材，便于施工［1］，具有很好的防滲性能，在水利工程防滲中應(yīng)用較多［2］。

中國在20世紀80年代中期才開始研究塑性混凝土，1996年水利部首次將它列為防滲墻的墻體材料，這標志著中國塑性混凝土防滲墻技術(shù)趨于成熟［3］。塑性混凝土在配合比方面的特點是水泥用量較少，一般約為80～170kg/m3，此外還需摻加部分黏土或（和）膨潤土，對其他材料用量的要求與一般混凝土基本相同。本文通過室內(nèi)試驗研究膨潤土與純黏土兩種塑性混凝土性能的差別，分析黏土塑性混凝土代替膨潤土塑性混凝土的可能性，為工程實際應(yīng)用中降低施工成本提供支持。

1 工程概述

西藏甲瑪溝尾礦庫基礎(chǔ)壩防滲墻工程位于拉薩市墨竹工卡縣甲瑪鄉(xiāng)，平均海拔4100m，施工作業(yè)面兩面環(huán)山，山體表層含黏土，晝夜溫差大，高寒缺氧，風沙較大。其工程主體內(nèi)容為防滲墻約5.5萬m2，最大槽深110m。

2 技術(shù)要求

根據(jù)《水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》（DL/T 5199—2004）的要求和工程施工經(jīng)驗［4］，確定混凝土主要技術(shù)指標如表1所列。

表1　塑性混凝土主要技術(shù)指標

2.1 水泥

試驗采用P.O42.5水泥，其各項參數(shù)檢測結(jié)果滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）要求。檢測結(jié)果見表2。

表2　水泥品質(zhì)檢測結(jié)果

2.2 砂石骨料

試驗采用中砂和小石，其品質(zhì)檢測結(jié)果滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144—2001）技術(shù)要求，檢測結(jié)果見表3和表4。

表3　砂品質(zhì)檢測結(jié)果

表4　小石品質(zhì)檢測結(jié)果

2.3 外加劑

試驗采用UNF-3緩凝高效減水劑，其品質(zhì)檢測結(jié)果滿足《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）技術(shù)要求，檢測結(jié)果見表5。

表5　外加劑品質(zhì)檢測結(jié)果

2.4 黏土和膨潤土

試驗采用的兩種土為鈣質(zhì)膨潤土和黏土（山土經(jīng)破碎、篩分加工后的粉土）。兩種土的物理性能如表6所列。

3 塑性混凝土配比試驗與結(jié)果分析

3.1 單摻膨潤土塑性混凝土

按照表1設(shè)計的要求，確定塑性的配合比如表7所列。

表7　單摻膨潤土塑性混凝土配合比

試驗時采取固定土的含量，調(diào)整水的用量來確定最佳摻量。單摻膨潤土塑性混凝土物理力學性能如表8所列。

表8　塑性混凝土室內(nèi)試驗結(jié)果

3.2 黏土膨潤土復(fù)合塑性混凝土

按照表1設(shè)計的要求，確定塑性的配合比如表9所列。

表9　黏土膨潤土復(fù)合塑性混凝土配合比

試驗時采取固定土的含量，調(diào)整水的用量來確定最佳摻量。黏土膨潤土復(fù)合塑性混凝土物理力學性能見表10。

表10　塑性混凝土室內(nèi)試驗結(jié)果

3.3 黏土塑性混凝土

按照表1設(shè)計的要求，確定塑性的配合比如表11所列。

表11　黏土塑性混凝土配合比

試驗時采取固定土的含量，調(diào)整水的用量來確定最佳摻量。黏土塑性混凝土物理力學性能如表12所列。

表12　塑性混凝土室內(nèi)試驗結(jié)果

3.4 結(jié)果分析

試驗按照不同土材進行，按照膠凝材料（水泥和土）固定，黏土含量占膠凝材料的比例不同進行對比，分析黏土含量變化對塑性混凝土性能的影響。

3.4.1 工作性能分析

根據(jù)塑性混凝土的配合比進行試拌試驗，測定拌和物的工作性能，得到新拌混凝土拌和物的工作性能，將檢測結(jié)果作圖處理如圖1所示。

圖1　黏土摻量對塑性混凝土拌和物工作性能的影響

從圖1可以看出，根據(jù)設(shè)計要求，控制坍落度和擴散度在指標范圍內(nèi)，隨著黏土摻量的增加，塑性混凝土的坍落度和擴散度逐漸增大。膨潤土礦物組成主要為蒙脫石，蒙脫石的吸水膨脹作用使其顆?？梢酝ㄟ^正負電荷作用吸附大量的水分子［5］，而黏土顆粒的吸水膨脹作用較差一些，因此，隨著黏土含量的增加，吸收水分的能力變差，坍落度和擴散度逐漸增大，黏聚力變差，工作性能下降。

3.4.2 力學性能分析

根據(jù)塑性混凝土的配合比進行試拌試驗，成型后進行標準養(yǎng)護，到達齡期進行抗壓強度和彈性模量檢測，力學性能結(jié)果如圖2所示。

圖2　黏土摻量對塑性混凝土力學性能的影響

從圖2可以看出，隨著黏土摻量的增加，抗壓強度和彈性模量逐漸降低。塑性混凝土的抗壓強度與黏土摻量比例相關(guān)，黏土摻量比例越高，強度越低，彈性模量與強度也是正比例關(guān)系，強度越低，彈模越小。從工作性能分析，因吸收水分效果不同，導(dǎo)致水泥和水的比例不同，因此，強度和彈性模量不同。從作用機理來看，一般認為在水泥水化過程中，水化產(chǎn)物鈣礬石與膨潤土中蒙脫石較好地結(jié)合在一起，蒙脫石層狀結(jié)構(gòu)能有效地填充水泥水化孔隙，從而形成更加致密的結(jié)構(gòu)，可以提高混凝土強度。

3.4.3 抗?jié)B性能分析

根據(jù)塑性混凝土的配合比進行試拌試驗，成型后進行標準養(yǎng)護，到達齡期進行抗?jié)B性能檢測，滲透系數(shù)結(jié)果如圖3所示。

圖3　黏土摻量對塑性混凝土滲透性能的影響

從圖3可以看出，隨著黏土摻量的增加，滲透系數(shù)逐漸增大。膨潤土中蒙脫石能夠吸附數(shù)倍于本體積的水量，吸水后體積膨脹數(shù)倍，可將膨潤土泥漿擠壓至水泥水化孔隙中，加上力學性能分析中，膨潤土可以與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)，綜合作用提高整體的防滲能力。黏土比例的增加，這種能力逐漸變?nèi)酢?/p>

綜合三類配比分析，在塑性混凝土設(shè)計技術(shù)指標條件下，黏土塑性混凝土性能基本可以滿足施工要求，用于現(xiàn)場施工。

4 施工應(yīng)用及效果

4.1 應(yīng)用效果分析

西藏甲瑪溝尾礦庫基礎(chǔ)壩防滲墻工程尾礦庫基礎(chǔ)壩，根據(jù)設(shè)計要求設(shè)置垂直防滲［6］，在壩基上游坡腳12m處設(shè)置一排地下連續(xù)墻，設(shè)計要求地下連續(xù)墻深入強風化糜棱巖以下1.5～2m，地下連續(xù)墻滲透系數(shù)要求在5×10-6～5×10-7cm/s；當設(shè)計墻深小于60m時，設(shè)計墻厚0.8m，工程量為14021.79m2；當設(shè)計墻深大于60m時，設(shè)計墻厚1m，工程量為39387.17m2；防滲墻最深達110m。

工程塑性混凝土設(shè)計指標詳見表1，工程初期山體邊坡開挖的黏土經(jīng)過晾曬、風干、除雜、烘干、粉磨、裝袋運輸至現(xiàn)場混凝土攪拌站，防滲墻澆筑時混凝土按表13配合比進行生產(chǎn)性試驗，經(jīng)施工檢驗，黏土塑性混凝土工作性能基本達到設(shè)計要求，28d強度和抗?jié)B試驗檢測合格。經(jīng)過檢查孔取芯試驗得出檢測結(jié)果符合預(yù)期要求。

表13　甲瑪防滲墻塑性混凝土配合比

4.2 經(jīng)濟效益分析

表14　經(jīng)濟效益分析

從表14可以看出膨潤土從內(nèi)地進貨運輸至現(xiàn)場約860元/t，從現(xiàn)場加工制作可降低成本，實際單價為300元/t，按工程量50604.60m3計，每方混凝土使用土為70kg，則可以節(jié)省費用約198.37萬元。從內(nèi)地運輸至施工現(xiàn)場物流需要時間為10～15d，現(xiàn)場加工制作需要時間為5～7d，大大節(jié)約原料供應(yīng)時間，可節(jié)約工程施工工期。

5 結(jié) 論

通過試驗研究、性能綜合分析、工程應(yīng)用實踐，可知黏土塑性混凝土代替膨潤土塑性混凝土可達到預(yù)期的目標和效果，保證了工程的質(zhì)量，有效降低了工程造價，具有顯著的經(jīng)濟、社會效益?！?/p>

參考文獻

［1］ 田德斌，黃超群，李保洪.淺析兩鉆一抓法在麻栗壩水庫塑性混凝土防滲墻施工中的應(yīng)用［J］.水利建設(shè)與管理，2012 （11）：29-32.

［2］ 王鵬.塑性混凝土彈性模量測試及力學性能研究［D］.西安：西北農(nóng)林科技大學，2012.

［3］ 舒德春，王萍，聶軍洲.湖北梅川水庫主壩防滲墻塑性混凝土施工工藝及質(zhì)量控制［J］.水利建設(shè)與管理，2012（3）：21-24.

［4］ DL/T 5199—2004水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2004.

［5］ 晏全香.蒙脫石礦物凝膠制備試驗及機理研究［J］.礦冶工程，2008，28（5）：72-79.

［6］ 孫釗，夏可風.堤防及病險水庫垂直防滲技術(shù)論文集［M］.天津：天津科學技術(shù)出版社，2000.

App lication of clay p lastic concrete in the construction of cut-off walls

XIEWu1，LILongfeng2，WANG Nan1
（1.Sinohydro Foundation Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 301700，China；2.Guoyou Water Resources Bureau，Gaoyou 225600，China）

Abstract:Bentonite is generally regarded as plastic material of plastic concrete in hydropower project cut-off wall construction.In the paper，various parameters of clay substituted bentonite in plastic concrete cut-off wall are determined through performance comparative analysis with bentonite plastic concrete，and reference is provided for similar projects.

Key words:clay；plastic concrete；cut-offwall；application

DOI：10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.04.003

中圖分類號：TV44

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774（2016）04-0009-05