黏土塑性混凝土在防滲墻施工中的應用

謝　武黎龍鳳王　楠

（1.中國水電基礎局有限公司，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用

謝武1黎龍鳳2王楠1

（1.中國水電基礎局有限公司，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用中的各種參數，為類似工程提供借鑒。

【關鍵詞】黏土；塑性混凝土；防滲墻；應用

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相適應，具有初始彈模低，極限應變大，能適應較大變形，可以改善防滲墻的應力狀態的優點；還能節省水泥使用量，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壩防滲墻工程位于拉薩市墨竹工卡縣甲瑪鄉，平均海拔4100m，施工作業面兩面環山，山體表層含黏土，晝夜溫差大，高寒缺氧，風沙較大。其工程主體內容為防滲墻約5.5萬m2，最大槽深110m。

2 技術要求

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

表1　塑性混凝土主要技術指標

2.1 水泥

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

表2　水泥品質檢測結果

2.2 砂石骨料

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

表3　砂品質檢測結果

表4　小石品質檢測結果

2.3 外加劑

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

表5　外加劑品質檢測結果

2.4 黏土和膨潤土

試驗采用的兩種土為鈣質膨潤土和黏土（山土經破碎、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果分析

3.1 單摻膨潤土塑性混凝土

按照表1設計的要求，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　塑性混凝土室內試驗結果

3.2 黏土膨潤土復合塑性混凝土

按照表1設計的要求，確定塑性的配合比如表9所列。

表9　黏土膨潤土復合塑性混凝土配合比

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

表10　塑性混凝土室內試驗結果

3.3 黏土塑性混凝土

按照表1設計的要求，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　塑性混凝土室內試驗結果

3.4 結果分析

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，根據設計要求，控制坍落度和擴散度在指標范圍內，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粒可以通過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

根據塑性混凝土的配合比進行試拌試驗，成型后進行標準養護，到達齡期進行抗壓強度和彈性模量檢測，力學性能結果如圖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，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，水化產物鈣礬石與膨潤土中蒙脫石較好地結合在一起，蒙脫石層狀結構能有效地填充水泥水化孔隙，從而形成更加致密的結構，可以提高混凝土強度。

3.4.3 抗滲性能分析

根據塑性混凝土的配合比進行試拌試驗，成型后進行標準養護，到達齡期進行抗滲性能檢測，滲透系數結果如圖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，滲透系數逐漸增大。膨潤土中蒙脫石能夠吸附數倍于本體積的水量，吸水后體積膨脹數倍，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物反應，綜合作用提高整體的防滲能力。黏土比例的增加，這種能力逐漸變弱。

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

4 施工應用及效果

4.1 應用效果分析

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

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

表13　甲瑪防滲墻塑性混凝土配合比

4.2 經濟效益分析

表14　經濟效益分析

從表14可以看出膨潤土從內地進貨運輸至現場約860元/t，從現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，則可以節省費用約198.37萬元。從內地運輸至施工現場物流需要時間為10～15d，現場加工制作需要時間為5～7d，大大節約原料供應時間，可節約工程施工工期。

5 結 論

通過試驗研究、性能綜合分析、工程應用實踐，可知黏土塑性混凝土代替膨潤土塑性混凝土可達到預期的目標和效果，保證了工程的質量，有效降低了工程造價，具有顯著的經濟、社會效益。■

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用［J］.水利建設與管理，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量控制［J］.水利建設與管理，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論文集［M］.天津：天津科學技術出版社，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