浅议塑性混凝土防渗墙应用中应注意的问题.pdf

广西水利水电GX WA T E R R E ,g D U RC E S& H Y D R O P O WE R E N GI N E E R I NG 2 0 1 0 ( 4 ) 试验研究 浅议塑性混凝土防渗墙应用中应注意的问题 蒋巧玲， 朱琦 ( 广西水利科学研究院， 广西南宁5 3 0 0 2 3 ) 摘要】 结合广西水利科学研究院多年来对塑性混凝土试验研究经验和国内外的研究成果， 从原材料选择、 施工 配合比设计等方面浅议了塑性混凝土建造堤坝防渗墙应注意的几个问题。 关键词】 塑性混凝土； 防渗墙； 材料选择； 配合比设计 中图分类号】 T V 5 4 3 8 2 文献标识码】 B 文章编号】 1 0 0 3 1 5 1 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 1 6 0 3 1 概 述 塑性混凝土是在普通混凝土基础上用膨润土、 粘土、 粉煤灰等材料取代部分水泥而形成的一种新 型防渗材料。与普通混凝土相比， 塑性混凝土强度 低、 塑性高、 弹性模量低 、 抗渗性能好。具有价格低 廉， 适应变形能力强， 可自流平 自密实、 易于施工等 优点。与粘土心墙和刚性混凝土心墙相 比， 塑性混 凝土心墙有一定 的强度 ， 可克服粘土心墙 中松散土 颗粒容易被渗水水流带走的缺点 ； 它塑性较大 ， 适应 变形能力强 ， 又能很好地 消除刚性混凝土心墙在地 基发生较大变形时容易开裂破坏的弊端。因此， 塑 性混凝土心墙 比粘土心墙和刚性混凝土心墙更适于 土石坝工程、 水工基础工程和堤防工程的防渗处理。 国外从 2 0世纪 6 0年代开始就将塑性混凝土应用于 工程中， 我国于 1 9 8 9年在福建水 口水电站首次将塑 性混凝土应用于围堰防渗墙 ， 并获得成功 ， 随后在黄 河小浪底主坝、 水 口水电站二期上游 围堰、 丹江 口水 库副坝、 三峡工程二期围堰防渗墙等一些大中型水 电工程 中陆续推广应用 ， 均有较好的防渗效果。 广西水利科学研究院从 1 9 9 8年开始进行塑性 混凝土应用研究 ， 并将研究成果应用于凤亭河水库 的培茶坝和合浦小江水库加 固工程 防渗心墙 中， 取 得了良好的工程效果。 2塑性混凝 土应 用应注意的问题 2 1 原材料选择 2 1 1 水 泥 水泥宜选用强度等级 3 2 5 MV a 及以上的普通 硅酸盐水泥、 矿渣水泥或粉煤灰硅酸盐水泥 ， 有条件 的可以选用高标号的水泥 ， 塑性混凝土的强度主要 来自胶凝材料自身水化产生的胶凝作用， 在相同水 泥用量条件下， 选用高标号的水泥有利于提高塑性 混凝土的强度和降低其弹性模量。 2 1 2膨润土 膨润土具有很强的吸湿性， 能吸附相当于自身 体积 8 2 0倍 的水而膨胀至 3 0倍 ， 遇水后有一定 的 粘滞性 、 触变性和润滑性， 有着较强的阳离子交换能 力和吸附能力， 有较好的分散性和膨胀性， 对降低塑 性混凝土弹模， 提高抗渗性均有利， 宜选用 级及以 上的粉状膨润土。 2 1 3 粘土 粘土宜选用粘粒含量 5 0 以上的粘土， 掺用时 一 定要先经过晒干 ， 碾碎并过 5 mi l l 筛后使用( 或制 成浆液后方可掺用) ， 否则成团的粘土搅拌时不易分 散， 对塑性混凝土抗渗效果影响极大。与膨润土相 比， 粘土成本较低 ， 但需要经过处理才能使用 ， 而加 工粘土使施工成本提高 ， 综合成本增加 ； 2 1 4 粉煤灰 粉煤灰宜选用 级及以上的优质粉煤灰， 且应 选择干灰， 掺湿灰的弊端与粘土湿掺相同。粉煤灰 形态效应、 填充效应和微集料效应 ， 增加 了拌和物的 和易性， 水泥水化产生的C a ( O H ) 2 在浆体与集料的 过 渡界面区定向增 长， 并使得过渡界 面区的厚度增 【 收稿日 期】 2 0 1 0 - 0 6 1 3 【 作者简介】 蒋巧玲( 1 9 6 6 一) ， 女， 广西全州人， 广西水利科学研究院工程师， 从事水利工程建筑材料试验研究工作。 1 6 广西水利水电G X WA T E R R E , q D U RC E S& HY D R OP O WE R E N GI NE E RI N G 2 0 1 0 ( 4 ) 加 ， 而粉煤灰具有火 山灰效应 ， 与 C a ( O H) 2反应生 成水化硅酸钙 ， 一方 面改善 了浆体与集料过渡界 面 区的性能， 降低了过渡界面区的厚度， 提高了浆体与 集料粘结强度 ， 另一方 面粉煤灰二次水化产生的水 化硅酸钙填充于混凝土 的间隙 ， 改善 了混凝土内部 的孔缝结构 ， 使得混凝土更加密实， 提高了混凝土的 后期强度和性 能。 2 1 5 集料 集料除了满足有关规范的要求 ， 砂宜选用级配 良好 的河砂或人工砂 ； 塑性混凝土掺加膨润土后强 度较低 ， 发生破坏时骨料一般未破坏 ， 因此骨料 的强 度对其影响不大， 但要满足低弹模指标要求 ， 一定要 控制石子颗粒粒径 ， 建议选用 5 2 0 mm单一级配的 石子 ， 最大粒径最好不超过 2 0 1T I 1 T I ， 骨料颗粒粒径 越小 ， 其 比表面积越大 ， 在浆体和骨料用 量相 同时 ， 浆体与骨料接触面积就越大 ， 这样就提高 了浆体与 骨料的界面粘结强度 ， 其界面区的受力也 比较均匀 ， 提高了塑性混凝土 的整体性能 ， 如果用较大粒径 的 粗骨料 ， 塑性混凝土的弹模指标将会明显增大 。 2 1 6外加剂 宜选用引气 型减水剂 ， 同时发挥减水剂和引气 剂的作用， 这样既能有效地减少用水量， 降低水胶 比， 减少成型后塑性混凝 土中微气孔 的产生 ， 提高混 凝土的密实度 ， 又引入微小封闭的气泡 ， 增加拌和物 的和易性 ， 阻断混凝土 内部连通通道 ， 改善混凝土的 孔结构 ， 提高混凝土的抗冻 、 抗渗等性能 ， 另外 ， 引气 型减水剂对降低 弹模有显著作用 ， 普通减水剂对减 水有一定作用 ， 但对抗压强度 ， 弹模和抗渗性能作用 不够明显。 2 2 塑性混凝 土施工配合比设计 塑性混凝土工程技术 指标一般为 ： 2 8 d抗压强 度为 1 5 5 0 MV a ，2 8 d弹性 模量 不 大于 1 0 0 0 MV fl ， 2 8 d 渗透系数为 fl 1 0 1( 1 a 1 0 ) ， 坍落度 1 8 0 2 4 0 1T l r r l ， 扩散度 3 4 04 0 0 mm。考 虑塑性混 凝土的原材料及成 型后的性能与普通混凝土有着明 显的不同。因此 ， 进行塑性混凝土配合 比设计有着 很大的特殊性 ： ( 1 ) 在进行配合 比设计时 ， 应以弹性模量和抗 渗性能为基础 ， 各材料 的选用及用量也应围绕弹性 模量和抗渗性能展开 ， 在保证 弹性模量和抗渗性能 的情况下来设计符合预期技术要求的强度值。塑性 混凝土本身就是一种强度较低的材料， 要求它高强 度是不切实际也是没有必要 的； ( 2 ) 塑性混凝 土的配合 比设计不可能像普通 混凝土那样 ， 有 一个 比较公认的公式 ， 因不 同地区、 不同品牌 的膨润土和粘 土性能差异很大 ， 采用不 同 的凝胶材料， 掺人的活性掺合料不同， 而且各个品种 外加剂性能差异很大 ， 这使 得塑性混凝 土的组成变 得更加复杂， 再加上搅拌和浇注工艺等方面的不同。 就进一步增加了塑性混凝土配合比设计的复杂性； ( 3 ) 塑性混凝土的配合比设计中建议采用水 料比。因为塑性混凝土 中不仅使用 了胶凝材料 ( 水 泥) ， 还掺人了膨润土、 粘土、 粗集料( 砂子、 石子) 、 活 性微集料( 如粉煤灰、 矿渣) ， 这些固体干物料都有吸 水性 ， 也需要水湿润 ， 因此应该考虑水料 比( 水料 比 = 总用水量鹰 本组成材料干重量) ， 它是塑性混凝 土设计的一个重要技术参数。水料比不仅要满足水 泥水化反应的需要 ， 还要满足搅拌及浇筑成型的需 要。理想的水料 比， 应是料浆不过稀 ， 不会产生分层 离析、 物 料下 沉 ， 容易浇筑 ， 又 不会影 响浇筑 的稳 定性 。 塑性混凝土配合比需要确定的参数非常多， 涉及 水胶比、 砂率、 膨润土掺量、 粘土掺量、 粉煤灰掺量、 外 加剂掺量等多个因素， 试验工作量非常大， 不便于因 素分析， 设计时可采用假定容重法， 塑性混凝土的容 重( 或称表观密度) 一般在 2 1 5 0 - 2 2 5 0 k g m 3 之间， 可 先固定一些参数， 再用正交设计法设计配合比。 任何一种配合 比的设计 ， 都不可能是百分之百 符合实际情况 ， 总会有一定 的偏差， 针对不同设计要 求 、 设备和原材料等具 体情况， 还需要进行 反复试 验 ， 不断地进行调整和完善， 最后才能基本确定各配 比并在施工 中应用。 表 1 是广西部分水库塑性混凝土配合 比的主要 参数及对应 的性能指标。 在试验 中我们发现 ： 塑性混凝土抗渗指标很容 易满足技术要求 ， 抗压强度指标通过合理设计也不 难满足要求 ， 难点是弹模 ， 弹模指标很容易超标 。我 们经过反复试验总结 的经验 是： 控制石子的最大 粒径 ， 石 子最 大粒径不宜超过 2 0 1 T u r n ， 颗粒级配为 5 2 0 m m； 选择合适的砂率和掺和料品种、 掺量。 砂率应大于 4 0 ， 掺和料一般 占胶凝材料总量的 3 0 一 5 0 ， 掺和料可选用膨润土， 粉煤灰和粘土， 且 宜复掺， 比较经济也能更好的发挥各种掺和料的作 用 。 另外 ， 原材料 品质和 比例改变对塑性混凝土技 术指标影响非常大 ， 施工时应严格按试验室推荐 的 配合 比进行 ， 并对原材料质量进行严格质量控制 ， 才 能保证工程技术指标达到设计要求 。 1 7 蒋巧玲 ， 朱琦： 浅议塑性混凝土防渗墙应用中应注意的问题 3结 语 塑性混凝土是一种抗渗性能优 良的新材料 ， 在 土石坝基础、 心墙及堤防工程中的应用前景 良好 ， 在 应用中主要从以下几方面进行质量控制 ： 控制骨料 最大粒径不超过 2 0 mm； 复掺适量的膨润土、 粘 土 和粉煤灰等掺和料； 选择较大的砂率掺量； 严格按试 验室推荐的配比施工。 参考文献 1 李家正 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 2 S L 3 5 2 2 0 0 6 ， 水工混凝土试验规程 S ( 责任鳊辑： 周群) I s s u e s i n ne e d o f s p e c i a l a t t e nt i o n wh e n c o n s t r u c t i n g a n t i - s e e p a g e wa l l wi t h p l a s t i c c o n c r e t e J I ANG Qi a o - l i n g ，Z t -I U Qi ( G u a n g x i Hy d r a u l i c Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Na n n i n g 5 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Ac cor d i n g t O ma n y y e a r s o f e x p e r i e n c e of Gu a n g x i Hy d r a u l i c Re s e a r c h I n s t i t u t e i n t e s t i n g a n d s t u d y of p l a s t i c c o n c r e t e ，a n d wi t h r e f e r e n c e t o d o me s t i c an d f o r e i g n r e s e a r c h a c h i e v e me n t s ，t h e a u t h o r s d i s c u s s s o me i s s u e s i n n e e d of s p e c i a l a t t e n t i o n wh e n con s t r u c t i n g a n t i s e e p a g e wa l l o f d i k e o r d a m wi t h p l ast i c con c r e t e i n r e - s p e c t s 0 f s e l e c t i o n o f r a w ma t e r i als d e s i g n of mi x p r o p o r t i o n e t e Ke y wo r d s ：P l ast i c c o n c r e t e ；an t i s e e p a g e wall ；s e l e c t i o n o f ma t e r i a l ；mi x p r o p o rti o n d e s i g n ( 上接第 8页) Ex p e r i m e n t a l r e s e a r c h o n c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f c e me n t mo r t a r Z HU S h i f a n g ，GUAN Zh i c h e n g ，S HI Ti e b i a o 2 ，W ANG Fu l a i ( 1 F a c u l t y of Wa t e r R e s o u r c e ， Hy d r a u l i c P o we r a n d A r c h i t e c t u r e ， Yu n n a n Ag r i c u l t u r e Un i v e r s i t y ，Ku n mi n g 6 5 0 2 0 1 ，Ch i n a ； 2 Y u n n a n Wa t e r E n g i n e e r i ng Gr o u p C o mp a n y L T D，K u n mi ng 6 5 0 0 5 1 ， Ch i n a ) Ab s t rac t ：Test s h a d b e e n con d u c t e d t o r e s e a r c h t h e i mp a c t of po l y me r an d p o z z o l an o n t h e cor r o s i o n r esi s t a n c e of c e me n t mo r t a r f rom t h e p e rsp e c t i v e of ma s s l o s s r a t e ，so a s to o b t a i n t h e mi x p r o p o rti o n cor r espo n d i n g t O t h e b e s t cor r osi o n r esi s t an c e 。i e 2 5 an d 2 0 of c e me n t q u an t i t y f o r p o l ym e r an d p o z z o l a n r e s pe c t i v e l y Th e r e s u i t s o f t e s t d e mo n s t r a t e t h a t t h e mo r t ar d e n s i t y i n c r e a s e s o b v i o u s l y a n d i t s c o r r osi o n r esi s t anc e i s i mp r o v ed wi t h a d mi x i ng o f b o t h p o l yme r an d p o z z o l an Ke y wo r d s ：C e me n t mo r t a r ；o o rro s i o n r e s i s t an c e ；po z z o l an ；p o l y me r 1 8