塑性混凝土的性能与应用综述.pdf

第 3 8卷第 3期 2 0 1 1年 3月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c hn i qu e De ve l o p me n t Vo 1 3 8。 No 3 M a r 2 01 1 塑 性 混凝 土 的 性 能 与应 用综 述 李云洲 ( 滁 州市 沙河集水库 管理 处 ， 安徽 滁 州 2 3 9 0 6 0 ) 摘 要 塑性混凝土广泛用于水工建筑 的土石坝基 和坝体防渗墙 以及病 险坝体的修 复处理 等。从 塑性混凝 土的特 点、 性能 、 研究与应用等方 面进行 了简单介绍 ， 最后指出塑性混凝土 防渗墙在 同类工程中可进一步推广应用。 关键 词 防渗墙 ； 塑性 混凝 土； 性能 中图分类号 T U 5 2 8 5 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 1 ) 0 3 - 0 0 7 8 -0 2 塑性混凝土广泛用于水工建 筑的土石 坝基和 坝体 防渗 墙 以及病险坝体的修复处 理等。塑性混凝 土不仅具 有较大 的变形性能 ， 而且具有 优 良的抗渗 能力 ， 能 够满足工 程对混 凝土变形能力和抗渗性 的要 求。本文简单 介绍 了塑性混凝 土 的特 点 、 性 能 、 研 究 与 应用 。 1 塑 性 混 凝 土 的特 点 塑性 混 凝 土 是 一 种 由水 泥 、 水 、 粘 土 、 膨 润 土 、 石 子 、 砂 等 原材料经搅拌 、 浆体 浇筑 、 凝 结而成 的混合材料 。为了改善 塑性 混 凝 土 的性 能 并 节 约 水 泥 ， 有 时 还 要 掺 加 粉 煤 灰 、 外 加 剂。塑性混凝土原材料组成 与普通混凝 土的最大差 异是胶 凝材 料 组 成 不 同 ， 塑性 混 凝 土 的胶 凝 材 料 除 了水 泥 之 外 还 有 膨润土、 粘土等 ， 也可以同时掺人 两种材料 。 塑性混凝土是一种水泥用量很少 的粘土混凝土 ， 与普通 混凝土相比 ， 它具有弹模低 ， 极限应变 大 ， 能 适应较 大变形 ， 有利于改善 防渗墙体 的应力状态 ； 能节省水 泥 ， 降低工程 造 价 ； 还能就地取材 ， 便于施工。同时， 它仍具有必要 的强 度和 抗渗性。总体来说 ， 塑性混凝土具有 以下 5方 面的特点 ： 1 ) 水 泥 用 量 少 。 塑 性 混 凝 土 水 泥 用 量 少 ， 约 为 6 O 1 6 0 k g m ， 与刚性混凝土相 比可节约水泥 2 0 0 3 0 0 k g m 。 仅从经济角度 而言 ， 在适当条件 下采用塑性混凝土是非常有 益 的 ， 这 是 塑 性 混 凝 土 广 泛 应 用 的 重要 保 证 。 2 ) 具有一 定 的抗压 强度。根据 相关 文献 ， 塑性 混 凝土 的抗压强度能达到 l 4 MP a ， 完全能满足有些_T程所必须得 强度 ( 如防渗墙工程 ) ； 另外 ， 塑性混凝 土的后期强 度增长也 是较快 的。 3 ) 具有极好的变形性能 。由于 塑性 混凝土 的弹性模量 与周 围土体 的弹性模量很 接近 ， 具 有很好 的变形性 能， 能适 应较大变形而不至于在墙体 内部产生很大 的应力 ； 这也是 塑 性 混凝 土 防渗 墙 优 于 刚 性 混 凝 土 防渗 墙 最 重 要 的方 面 。 收稿 日期 ： 2 0 1 01 21 5 作者简介 ： 李云洲( 1 9 7 9 - ) ， 男 ， 安徽省来安县人 ， 本科 ， 工程师 ， 主要 从事水利工程管理。 7 8 4 ) 具有 良好的抗渗性 能。作 为防渗材料 必须具有 良好 的抗渗性 能 ， 塑性 混 凝 土 的 相 对 渗 透 系 数 很 低 ， 一 般 在 1 O 一 1 0 c m s 之间 ， 和刚性混凝土的抗渗性能相接近 ， 甚 至优于刚性混凝土 的抗 渗性能 。从 防渗 的角度来 讲能够满 足各种 规模 土石坝工程基础防渗墙的要求 。 5 ) 能就地取材和便于施 工。塑性混凝 土的各种组成材 料都是常见 的建筑材 料， 在我 国各地均有 广泛 的分 布 ， 这就 为塑性混凝 土防渗墙 的便利施工提供了保证 。 2 塑性 混 凝 土 的 性 能 2 1拌 合 物 工 作性 塑性混凝 土的优越特征之一是其拌和物的和易性能好 ， 流动性及粘聚性好 ， 不易离 析、 泌水 ， 易 于泵送且 能 自流平 、 自密实 。因此 ， 为满足防渗墙施 工及易 于泵送 等要 求 ， 必 须 保证塑性混凝土拌 和物具有 良好的工作性 。良好的工作 性 能是使硬化后的塑性混凝土获得质量均匀 、 物理力学性能 良 好 的前提。若没有 良好 的工作性 ， 也就不可能使塑性混凝土 获得 良好的耐久性 ， 如拌和物不均匀 的( 离析 、 泌水 ) 就会造 成混凝土分层 、 不密实 ， 流动性 或填充性不 足时还可 能造成 混凝土 内出现大气泡 、 蜂窝等严重缺陷。若混凝土拌和物工 作 性 不 好 ， 产 生 离析 和 泌 水 还 会 造 成 混 凝 土 表 面 出现 麻 面 、 流砂等现象 。 2 2抗 压 强度 塑性混凝土 的强度较低 ， 因而用压力试验机测试 塑性 混 凝土强度时一定要选择适当的量程 ， 并且要注意加荷 速度 不 能太快。影 响塑性混凝 土的强度 的因素一 般有 ： 水 胶 比、 粘 土和膨润土用量 、 水泥用量、 水泥强度等级 ， 同时在条件允许 的情况下可以考虑粉 煤灰掺量 和外加剂等 因素 ， 此外 ， 应 控 制骨料的级配 、 最大粒径 、 含泥量 等指标 。塑性 混凝 土的强 度又不能过低 ， 否则对变形 能力和抗 渗性有不 利的影 响， 甚 至 会 发 生 强 度 破 坏 。 2 3 弹性 模 量 弹性模量是塑性 混凝 土的一个重要力学参数 ， 它决定着 防渗墙在实际受力情况下 的变形能力 。在实际试验中 ， 影 响 第 3 8卷 李 云 洲 ： 塑 性 混 凝 土 的性 能 与 应 用 综 述 第 3期 翅性混凝土弹性模量的 素很多， 归纳起来可分为内部因素 和外部因素两部分 ， 内部 素 主要有 混凝 土原 材料及 配 合 比， 外部 因素主要有试件的成型 、 养护条件 、 试验方 法等 。在 试验室条件下 ， 影响混凝 土弹性模 量的外部 因素相 对稳定 ， 同配合 比的混凝 土弹性模量值 主要受水化作用 的影响 。 2 4 抗 渗 性 能 虽然塑性 混凝 土的水泥用量 大幅 度减少 ， 密度 降低 ， 但 仍然具有 良好 的抗 渗性能 。对其机理可作如下定性的解释 ： 1 ) 水泥用量减少 以后， 水泥 水化产 物减少 ， 其 网状结 构 比普通混凝土要单 薄 ， 但 仍能够连 接成完整 的骨架 ， 并粘 结 绝大部分的土料颗 粒 ， 使之 不被渗水 带走 ， 足 以抵 抗一定 的 渗 水 压 力 。 2 ) 适量的骨料和土料在 满足混凝 土变形 和流动性要 求 的 前 提 下 ， 使 单 位 体 积 内 的 空 隙 最少 。 3 ) 水泥颗粒及其水化产 物间 的空隙大部分被 膨润 土或 粘 土 颗 粒 堵 塞 。 4 ) 膨 润 土 颗 粒 和 极 细 的粘 土 颗 粒 通 过 正 负 电 荷 作 用 能 够吸附大量 的水分子 ， 使混凝土 中的大部分 自由水分子 变为 化合水分子 ， 减小 了渗水 的过水 面积 。 5 ) 随 着 水 泥 和 膨 润 土 水 化 过 程 的发 展 ， 水 化 产 物 的 密 度和强度不断增加 ， 自由水分 子不断减 少 ， 混凝土 的密实性 和抗渗性 随龄期发展而增强 。 3 塑 性 混 凝 土 的 研 究与 应 用 随着我国水电事业的不断发展 ， 塑性混凝土防渗墙被广 泛应用于不同的水工建筑物中 ， 如坝体 、 坝基垂直 防渗 、 病险 水库加固处理 、 坝后挡 土 、 防堤及 同堰 防渗 等丁程 。近 年来 也 逐 步 应 用 于 海 港 、 码 头 、 地 铁 及 城 市 高 层 建 筑 的 基 础 工 程 中。由此可见 ， 进一步研究和推广应用塑性混凝 土有着极为 现 实 的 意 义 。 塑性混 凝土防渗墙存 国外 的应用始于 2 O世 纪 6 0年代 ， 主要用 于坝基和土石 围堰防渗及病险坝防渗加固处理 ， 如阿 根 廷 的亚 西 雷 塔 坝 ( 总长 4 7 7 k m， 总面 积 达 9 0万 m ， 堪 称 世界上最长的防渗墙 ) 、 日本的只见坝 ( 在 2 1 n l 覆盖层 中使 用 的塑性混凝土防渗墙 ， 墙体与周围土体相对沉陷仅差几毫 米 )、 西 班 牙 的 阿 尔 翁 坝 、 英 国 的 鲍 尔 德 黑 德 坝 、 法 国 的 韦 尔 内依坝 、 智利 的科尔文坝 等 ， 在 这些J = 程 巾塑性 混凝 土防渗 墙 的应用均取得 了令 人满 意 的效 果 。2 O世 纪 8 0年代 以 来 ， 国际大坝T程界对塑性混凝土防渗墙技术予以了很大的 关注 ， 第 l 4 、 l 5 、 l 7届 国际大 坝会议 上发表 了多篇 塑性 混凝 土 防 渗 墙 _ r程 的 文章 。 为 了制备弹性模量低 的防渗墙墙 体材 料 ， 我 国于 2 0世 纪 8 0年代初开始对塑性 昆凝土进行 试验 研究 ， 采用粘 土取 代部分水泥( 粘土 占胶凝材 料量 的 2 0 ) ， 但试 验效 果并不 明显 ， 而且 水 泥用 量 仍 在 3 0 0 k g m 以上 ， 弹 性 模 量 高于 1 4 0 O 0 M P a 。2 0世纪 8 0年代 中期 ， 长 江水利 委员会 科学研 究院曾对长江三峡水 电站 深水围堰柔 性心墙 的应力应 变进 行理论 计算和分析研 究 ， 结果表 明： 防渗墙若采用柔性 材料 ， 将 会使整个墙 体 内应 力值 降低 8 0 左右 ， 同时墙 体 内无托 应 力存 在 。1 9 8 8年在 新疆 乌拉 泊水库 除 险加 固丁程 中 ， 在坝顶修建一道最大墙深 5 0 m、 墙厚 0 8 m的塑性 混凝 土防 渗墙 ， 这是塑性 混凝 土 防渗墙 在我 国的 最初应 用。l 9 8 9年 福建水 口水电站主围堰首次将 塑性 混凝 土用 于围堰 防渗墙 ， 并 取 得 了较 好 的效 果 ， 随 后 在 许 多 大 中 型 水 电 工 程 中 推 广 应 用 ， 如小浪底水利枢纽上游围堰 、 水 口水 电站二期上 围堰 、 十 三陵抽 水蓄能 电站 尾水 围堰 、 隔河 岩电厂 围堰 、 凤亭河 水库 主坝 、 侧 田水库南副坝等。1 9 9 7年底 ， 三峡 工程大江 截流成 功后 ， 长江科学院推荐的防渗墙塑性混凝土施 工配合 比开始 在二期 围堰 防渗 墙 的试 验段 进行试 验性 施工 ， 1 2月开 始正 式施工 。三峡工程二期 围堰 自 1 9 9 8年底运行 至今 ， 根据 原 型 观 测 资 料 ， 防渗 墙 最 大 水 平 位 移 为 5 7 c m， 防 渗 性 能 良好 。 4 结 语 混凝土防渗墙作为一种有效的防渗设施 ， 在坝基垂直 防 渗 、 病 险水库加 固处 理、 堤防 、 围堰 等水利水 电工程 巾得 到广 泛应用 。塑性混凝土 防渗 墙具有 弹性模量 低 、 柔性好 、 适 应 变形能力强等优点 ， 能提高防渗墙结构 的抗裂性和整体防渗 效果 ， 在同类工程中可进 一步 推广应用 。 参考文献 1 李清富 ， 张鹏 ， 张保雷 塑性 混凝土 弹性 模量的试验研 究 J 水 力发电 ， 2 0 0 5 ， 3 1 ( 3 ) ： 3 0 - 3 2 2 李创团凤亭河水库主坝塑性混凝 土防渗墙试验研究 J 防渗 技 术 ， 1 9 9 9 ， ( 1 2 ) ： 1 8 - 2 2 3 金婉香 ， 章晓桦掺 膨润 土塑性混 凝土用 于防渗墙 的 试验 研究 J 浙江水利科技 ， 2 0 0 3 ， ( 1 ) ： 6 7 fi 9 4 刘 纪昌塑性混凝土防渗墙 的开发与应用技术 J _ 水利水 电施 工 ， 1 9 9 6， ( 3)： 2 8 3 0 5 冯霞芳 防渗墙 新型墙体 材料 塑性混 凝土 J 水 利水 电技术 1 9 9 3， ( 8 ) ：1 5 -2 0 6 李家正 ， 王迪友 ， 杨华全 塑性 混凝土配 合 比设 计及试 验方法探 讨 J 长江科学 院院报 ， 2 0 0 2， 1 9 ( 4 ) ： 5 8 _ 6 1 ( 上 接 第 7 3页) 热水供应逐步成 为居 民的基本 生活需 求之 一。这是 太 阳能 热水设备及 系统 与建筑一 体化成 为太 阳能建 筑领 域发 展最 快 的主要原因。 目前 ， 建筑 设计 中应 针对我 国的社会 发展 、 技术进步 、 经济能力 、 区域 气候 、 生活需 求等 因素 ， 以太 阳能 建 筑 领 域 中 的热 水 供 应 为 切 人 点 ， 扩 大 人 阳 能 热 水 供 应 的 既 有理念优势 ， 倡导“ 理 念先行 、 示 范突破 、 政 策跟进 ” 的原则 ， 分 阶 段 逐 步 推 进 太 阳 能 利 用 在 中 国 的 发 展 ， 最 终 达 到 太 阳 能 利用的普及和推广。 参 考 文 献 1 张卓 ， 刘长滨 太阳能建筑光热应用国内外 对比研究 ， 应 用能源技 术 ， 2 0 0 7 ， ( 2 )： 2 3 2 6 2 王若竹 长春地 区绿色居住建筑节能设 计研究 ， 硕士论文 ， 2 0 0 8 7 9