淺析粘土混凝土在四方碑水庫大壩防滲墻中的應用

鮮光偉　季興船　張勝勇　曹順富

摘? 要：粘土混凝土具有防滲效果好、變形適應強、結構強度適中的優點，因此在水利工程建設中得到廣泛應用，但其在配合比設計時抗壓強度、抗滲性能、彈性模量指標不易調和。基于此，本文總結了云南省昭通市3件水庫粘土混凝土配合比設計經驗，得到抗壓強度與水膠比、粘土摻量的函數關系，同時參考相關文獻資料提出混凝土抗壓強度與彈性模量相關性公式，提出了水膠比的計算方法，結合四方碑水庫大壩混凝土防滲墻建設，探討了采用膨潤土的粘土混凝土配合比設計及工程實踐應用。

關鍵詞：四方碑水庫;粘土混凝土;配合比;膨潤土

中圖分類號：TV86.8???? 文獻標識碼：A???文章編號：2096-6903（2021）02-0000-00

0 前言

粘土混凝土用于建設混凝土防滲墻有防滲效果好、變形適應強、結構強度適中的優點，在水利工程建設中得到廣泛應用，由于抗壓強度、彈性模量、抗滲性能三個指標不易調和，因此與普通混凝土相比，粘土混凝土配合比設計具有特殊性。查閱現有的規程和文獻資料發現采用膨潤土的粘土混凝土配合比設計方法和工程應用案例較少。四方碑水庫位于云南省水富市境內，壩型為礫質土防滲芯墻風化料壩，在防滲芯墻中間部位設置混凝土防滲墻，墻體材料采用粘土混凝土，但水庫周邊粘土料含砂量大，粘粒含量低，不滿足粘土混凝土的要求，因此嘗試采用膨潤土開展粘土混凝土配合比設計。

1 技術研究背景

粘土混凝土與普通混凝土相比，一方面抗壓強度和抗滲性能指標一致，即增加抗壓強度、抗滲性能就會增強;另一方面抗壓強度和彈性模量相互矛盾，存在抗壓強度和彈性模量滿足要求而抗滲性能不能滿足要求的情況。即降低水膠比能增加抗壓強度、降低滲透系數;摻入粘土取代水泥能降低彈性模量、改善滲透性能;增大砂率、減少粗骨料用量，能降低粗骨料之間的接觸對彈性模量的影響，因此，粘土混凝土配合比設計主要是解決好水膠比、砂率、粘土摻量三個參數的選取。

《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》SL174-2014規定了水膠比、粘土摻量取值上限和砂率取值下限，如果采用正交設計法，參數取值范圍大，試驗因素多、試驗周期長、工作量大。基于此，本文以云南省昭通市3件水庫粘土混凝土配合比設計為例，分析了抗壓強度、水膠比、粘土摻量參數，得到抗壓強度與水膠比、粘土摻量的函數關系（式中A為水膠比，B為粘土摻量），結果見表1;再參照張成軍等提出的混凝土抗壓強度與彈性模量相關性公式E=684*R+5546（式中E為彈模，R 為抗壓強度），兩者結合便于確定水膠比、協調抗壓強度和彈性模量之間的關系。

回歸分析：模型的F檢驗顯著性水平為3.83E-06，T檢驗常數項P值1.65E-08、水膠比P值1.18E-05、粘土摻量P值0.032259，說明有效性好。

2 配合比設計

2.1 技術要求

四方碑水庫混凝土防滲墻采用粘土混凝土，設計抗壓強度R28=10MPa，抗滲等級≥W8，彈性模量≤18000MPa，《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》SL174-2014規定，混凝土墻體材料的密度≥2100kg/m，入孔坍落度180～220mm，混凝土坍落度保持150mm以上的時間≥1h，擴散度340～400mm。

2.2 原材料來源

原材料來源情況見表2。

2.3 配合比設計

2.3.1 計算配合比基本參數

粘土配合比設計首先按《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范》SL174-2014計算配制強度，考慮混凝土在泥漿下澆筑環境，在設計抗壓強度基礎上提高10%進行計算，并根據張成軍等提出的混凝土抗壓強度與彈性模量相關性計算彈性模量，驗證配制強度的合理性，根據表3計算結果，混凝土保證率取85%，混凝土配制強度14.5MPa。其次，根據實踐經驗和規范要求初步選取粘土摻量比例20%，按本文總結的經驗公式計算水膠比W/（C+P）=0.59。第三，按照規范砂率、膠凝材料用量取最小值，采用質量法計算試拌配合比基本參數。配合比設計流程如圖1。

圖1 混凝土配合比設計流程

2.3.2 試配及調整

根據試拌配合比稱取原材料進行試配，檢測混凝土拌和物工作性能，并變動砂率、膠凝材料用量反復進行試配直到混凝土拌和物工作性能滿足要求。檢測混凝土彈性模量、抗滲性能、抗壓強度硬化性能，并變動膨潤土摻量、微調水膠比直到混凝土硬化性能滿足要求。試拌配合比調整流程見圖2。

2.3.3 確定配合比

按照經濟合理的原則，選取混凝土拌和物工作性能和硬化性能滿足要求的試拌配合比為推薦配合比，四方碑水庫粘土混凝土推薦配合比見表4。

3 工程項目實施

3.1 粘土混凝土生產

四方碑水庫粘土混凝土采用JS750型混凝土攪拌機生產，原材料投料順序為粗骨料→細骨料→膠凝材料，干拌15s后再加入拌和水和外加劑繼續攪拌150s出機，經過輸送泵輸送至槽孔，生產流程如圖3所示。膨潤土采用直接投料干摻拌，該方法具有操作簡單、計量準確的特點，與傳統的粘土混凝土施工方法相比，該方法取消了泥漿池、泥漿攪拌機、泥漿計量器等專用設施和設備，節約成本、簡化了生產工藝。

3.2 質量檢測

檢測混凝土拌和物性能12組，混凝土硬化性能指標30組，檢測結果統計見表5。

根據表5統計結果，混凝土拌和物性能和硬化性能檢測結果滿足要求，合格率100%，其中抗壓強度離差系數C=0.15<0.23，抗壓強度均勻性為優秀。

4 結語

四方碑水庫采用膨潤土的粘土混凝土工程實施應用可以得出以下結論：（1）采用膨潤土作為粘土滿足要求，混凝土各項性能指標顯著，在粘土原材料受限的情況下，膨潤土能起到良好的補充作用;同時膨潤土干摻生產方法簡化了生產過程，質量穩定易控。（2）嘗試總結粘土混凝土配合比設計經驗，縮小了水膠比取值范圍，并在四方碑水庫粘土混凝土配比設計得到成功應用，但限于樣本容量，經驗公式應用范圍有限，需進一步實踐驗證和完善。同時砂率、粘土摻量參數選取方法有待于進一步研究。

參考文獻

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Analysis on the Application of Clay Concrete in the Dam Impervious Wall of Sifangbei Reservoir

XIAN Guangwei，JI Xingchuan，ZHANG Shengyong，CAO Shunfu

Abstract： Coordinating the relationship between compressive strength， impermeability and elastic modulus is an important step in the design process of clay concrete mix ratio. The dry mixing method of bentonite simplifies construction. Combined with the construction of concrete curettage wall of Sifangbi Reservoir dam， this paper discusses the design of clay concrete mixture using bentonite and its engineering application.

Keywords：Sifangbei Reservoir;Clay concrete;Mixture ratio;bentonite