防渗墙工程塑性混凝土配合比设计.pdf

3 塑性混凝土主要技术指标及设计建议配 合比 3 1 主要设计指标 本项 目设 计 抗 压 强 度 ：1 5 5 0 MP a ；弹性 模 量 ： 5 0 0 2 0 0 0 MP a ；渗透系数：不大于 X 1 0 一c m s ；允许 渗透坡降：不小于 5 0 ；混凝土密度 ：2 2 3 g c m3 。 3 2 施工技术指标 浇筑时混凝土坍落度控制在 1 8 0 2 4 0 mm，且保持 1 5 0 mm 以上时间不小于 l h ；扩散度：3 4 0 4 0 0 mm；凝 结时 间：初凝6 0 h ，终凝2 4 O h 。 3 3 设计建议配合比 ( 见表 1 ) 表 1 塑性混凝土墙体材料配合比建议表 材料用量 ( k g ma ) 水胶比 砂率 粗骨料 编号 水 水 泥 黏 土 膨润 土 砂 石子 W B s ( s +G) 级配 NO 1 3 1 4 1 0 0 2 2 0 6 0 7 0 3 7 0 3 0 8 3 0 5 O 5 2 0 mm No 2 3 4 2 1 2 0 2 0 0 6 0 6 8 9 6 8 9 O 9 O 0 5 O 5 - 2 0 ram Nn 3 3 5 5 1 4 0 2 5 0 3 0 6 5 O 6 5 O O 8 5 0 5 O 5 2 0 mm 此表为设计建议配合比方案，其中编号 No 2为设计 推荐方案，施工时具体配合 比根据设计渗透系数，通过 试验确定 。 4 塑性 混凝 土配合比设计 4 1 原材料检测 ( 1 )水泥 ：根据 通用硅酸盐水泥( G B 1 7 5 -2 0 0 7 ) 对河南孟电集团水泥有限公司和千业水泥股份有限公 司 生产的P O 4 2 5普通硅酸盐水泥强度等级、物理性能进 行检测， 检测结果均符合规范要求。 ( 2 )混凝土细骨料 ：分别使用荥阳贾峪砂石厂和禹州 产人工砂及 当地砂厂 的天 然砂 。根据 水工 混凝 土试 验 规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 )对 砂料 进 行检 验 ，检 验结 果 见 表 2 表 4 。 ( 3 )粗骨料 ：分别使用 荥阳贾峪福存 砂石厂和禹州产 人工碎石 。根据 水工混凝 土施工 规范 ( D I T 5 1 4 4 2 0 0 1 )进行检验。检测结果均符合规范要求。 表 2 天然砂 检验结果表 检测 细度 含泥量 泥块含量 饱和面干 表观密度 项 目 模数 ( ) ( ) 吸水率 ( ) ( k g m0 ) 标准值 o 0 5 m m 0 o 5 o 0 0 5 m m O O 0 5 m rn 黏土 5 7 5 2 8 9 2 8 6 7 1 I 2 9 0 6 3 9 ( 6 )外加剂：使用郑州市建派科贸有限公司生产的 F D N G型高效减水剂和中国水 电十一局有限公司外加 剂厂生产的 S N一2型缓凝高效减水剂，根据 混凝土外 加剂( GB 8 0 7 6 2 0 0 8 )对其性能进行了检测，检测结 果均符合规 范要求 。 ( 7 )拌和用水：使用饮用水，符合混凝土拌和用水要求。 4 2 配合 比设计及试验依据 防渗墙塑性混凝土配合 比的设计依据 水电水利工 程混凝土防渗墙施工规范 ( DL T 5 1 9 9 -2 0 0 4 )的要求 进行 ，成型后混凝土的物理力学性能试验依据 水工混 凝土试验规程( S L 3 5 2 -2 0 0 6 )进行。 塑性混凝土的配制强度根据 DL T 5 1 9 9 -2 0 0 4中附 录 A之公式进行计算： ，o 一 ， k ( 1 一 C v ) 式 中 ， o 塑性混凝土配制强度 ； _厂 c u I k 设计 混凝土 强度标准值 ，本 工程要 求 1 5 5 O M P a ； 概率度系数，根据 D L T 5 1 9 9 -2 0 0 4 ，按 保证率 P一8 O 时，t 取 0 8 4 ； C v 强度离差系数取值 0 2 9 。 计算 出本 工 程 所用 塑性 混 凝 土 的配 制 强 度 控 制 在 1 9 8 6 6 1 MP a 之间，适应本工程对塑性混凝土设计强 8 1 水利水 电施工2 0 1 2 第 3期总第 1 3 2期 度 的要求 。 4 3 配合比设计原则 ( 1 )正确选择水胶比： 随着水胶比增大，不利影响较 多，有利影响较少 ，在满足施工要求的前提下，应选小 的水胶 比。 ( 2 )合理选择水泥用量：一般 l m3 塑性混凝土水泥用 量 8 0 1 7 0 k g ，并尽量选择 高标号水 泥。 ( 3 )掺入适量的黏土和膨润土 ：膨润土的掺量是影 响塑性混凝土弹性模量的主要因素之一。掺入膨润土能 有效地降低混凝土的弹性模量，每立方米塑性混凝土掺 人膨润土量一般约为 4 O 1 3 0 k g 。单纯加入膨润土时， 塑性混凝土变形模量偏小；单纯加入黏土时，塑性混凝 土变形模量偏大 ，且塑性混凝土拌制后其流动性、坍落 度损 失随时 间变化差异 较大 。因此 ，在 现场施 工 条件允 许时，采取黏土和膨润土双掺工艺的塑性混凝土性 能 较好 。 ( 4 )砂率：增加砂率可以有效地降低弹性模量，通常 塑性混凝土砂率为 4 O 6 O 。 ( 5 )骨料 ：应选择一级配粗骨料 ，粗骨料的最大粒径 以 2 0 mm为最好。 4 4 配合比参数选择 ( 1 )配合比试拌方案 ：配合比计算采用质量法，骨料 以饱和面干状态为准。共做 6组，其中 5组采取黏土、 膨润土双掺工艺，一组仅掺膨润土。砂子分别做人工砂、 天然砂配比，碎石分别与人工砂和天然砂配比进行试验。 配比试拌方案见表 6 。 ( 2 )膨润土掺量选择 ：依据设计文件提供的参考配合 比，并参照有关技术资料，选择膨润土掺量：方案 I 一1 至 L一5 为 6 0 k g m。 ，方案 L一6 为 l l 0 k g m3 。 表 6 配合 比试拌方案 方案 控制坍 试拌用原材料 落度 编号 水泥 膨润土 黏土 砂 碎石 外加剂 ( T r m) L一1 2 0 0 2 4 0 千业 信阳 西录庄 贾峪 贾峪 十一局 L一2 2 o o 2 4 O 千业 浚县 西录庄 贾峪 贾峪 十一局 L一3 2 O O 2 4 0 千业 信阳 西录庄 小郭村 禹州 十一局 L一4 2 0 0 2 4 0 千业 浚县 西录庄 小郭村 禹州 十一局 L一 5 2 0 O 2 4 0 千业 信阳 西录庄 小郭村 贾峪 十一局 L一 6 2 0 0 2 4 0 千业 信阳 小郭村 禹州 十一局 ( 3 )砂率、减水剂掺量和用水量确定：依据 水工 混凝土配合比设计规程 ( DL T 5 3 3 0 -2 0 0 5 )和有关技 术规范的要求初步确定砂率、减水剂掺量和用水量，并 通过试拌、调整，最终选择确定砂率、减水剂掺量和用 水量具体数据见表 7 。配合比试拌、试验结果见表 8 ，推 荐成果表见表 9 。 表 7 混凝土拌和物性能指标试验 成果表 方案 试拌 砂率 外加剂 实测坍落 材料用量 ( k g m。 ) 掺量 度 ( n l n 1 ) 实测密度 膨润土 黏土 砂 碎石 5 2 0 mm S N一2 编号 编号 ( ) ( k g m0 ) 水 水泥 ( ) 型外加剂 初始 1 5 h 浚县 信阳 西禄庄 小郭村 贾峪 贾峪 禹州 11 5 3 2 O O 2 3 0 1 7 0 2 1 2 O 4 0 4 8 1 6 1 2 1 2 7 2 1 6 3 9 1 6 2 L一1 1 2 5 3 2 0 0 2 2 5 1 6 O 2 0 9 0 3 9 8 1 0 0 6 0 1 8 9 7 1 1 6 3 1 2 O O 13 5 3 2 O 0 2 3 O 1 8 O 2 1 0 O 4 0 0 1 2 0 6 0 1 7 O 7 1 4 6 3 4 2 4 0 21 5 3 2 O O 2 2 8 1 5 5 2 1 2 0 4 0 4 1 0 1 6 1 2 0 2 7 1 6 6 3 5 2 O 2 L一2 22 5 3 2 0 O 2 2 0 1 6 5 2 1 0 0 4 0 0 1 2 0 6 1 1 8 0 7 0 9 6 2 9 2 4 0 23 5 3 2 0 0 2 2 5 1 6 0 2 0 8 0 3 9 6 1 3 9 5 9 1 5 8 7 0 2 6 2 2 2 7 8 31 5 0 2 O O 2 3 0 1 7 5 2 0 9 0 3 7 8 9 0 6 0 1 8 9 6 8 6 6 8 6 1 8 O L一3 32 5 O 2 O O 2 2 0 1 5 8 2 1 1 O 3 8 2 1 1 1 6 0 1 7 1 6 9 2 6 9 2 2 2 2 33 5 0 2 O O 2 3 5 1 7 0 2 1 2 O 3 8 4 1 3 1 6 1 1 5 1 6 9 5 6 9 5 2 6 2 41 5 0 2 0 O 2 2 6 1 5 8 2 1 0 0 3 8 0 1 0 0 6 0 1 9 0 6 8 5 6 8 5 2 O O I 一4 42 5 0 2 O O 2 3 0 1 6 2 2 0 7 0 3 7 5 1 1 8 5 9 1 6 8 6 7 4 6 7 4 2 3 6 43 5 0 2 O 0 2 2 0 1 6 2 2 0 8 0 3 7 6 1 3 9 5 9 1 4 9 6 7 8 6 7 8 2 7 8 51 5 0 2 O O 2 2 5 1 7 1 2 1 3 0 3 8 5 1 1 2 6 1 1 9 3 6 8 9 6 8 9 2 2 4 L一5 52 5 0 2 O O 2 3 0 1 6 5 2 1 1 O 3 8 2 1 3 1 6 0 1 7 1 6 8 2 6 8 2 2 6 2 53 5 0 2 O O 2 3 0 1 8 5 2 0 9 0 3 7 8 1 4 9 6 O 1 4 9 6 7 5 6 7 5 2 9 8 61 5 O 2 O 0 2 3 0 1 6 5 2 1 8 0 3 2 2 1 1 9 1 0 9 8 1 4 8 1 4 2 3 8 L一6 62 5 0 2 O O 2 2 6 1 7 O 2 1 7 O 3 1 6 1 3 8 1 O 9 8 0 1 8 0 1 2 7 6 63 5 0 2 O 0 2 2 0 1 6 0 2 1 9 O 3 2 4 1 5 9 1 1 O 7 9 7 7 9 7 3 1 8 8 2 表 8 硬化混凝土性能指标试验成果表 试验研究 砂率 控制坍落度 抗压强度 ( MP a ) 2 8 d弹性模量 2 8 d 渗透系数 方案编号 试拌编号 ( ) ( ra m) ( a ) ( c m s ) 7 d 1 4 d 2 8 d 11 5 3 1 8 0 2 4 O 0 8 4 1 1 7 1 6 2 5 2 8 2 2 6 1 O L一1 1 2 5 3 1 8 O 2 4 O 1 0 8 1 4 2 2 3 6 6 7 3 6 5 6 1 O 一8 1 3 5 3 1 8 O 2 4 O 1 2 4 1 9 8 3 4 2 7 3 0 3 4 8 X 1 0 8 21 5 3 1 8 0 2 4 0 O 9 4 1 3 9 2 2 7 6 5 0 4 1 3 1 O 一7 L一2 22 5 3 1 8 O 2 4 0 1 O 6 1 7 2 3 5 4 7 4 5 3 0 5 1 0 7 23 5 3 1 8 0 2 4 O 1 4 5 2 1 1 4 4 3 8 6 5 5 3 8 1 0 8 31 5 0 1 8 O 2 4 0 0 6 3 1 0 7 1 4 8 5 1 6 6 O 1 1 O 7 L一3 32 5 0 1 8 O 2 4 O 1 O 3 1 4 7 2 1 3 6 3 0 4 2 7 1 0 7 33 5 0 1 8 O 2 4 O 1 2 3 1 8 7 3 2 4 7 0 0 1 8 5 1 O 一7 41 5 0 1 8 O 2 4 O O 7 4 1 0 8 1 6 5 5 3 5 6 3 5 1 0 7 L一4 42 5 0 1 8 O 2 4 O 1 O 6 1 5 7 2 3 6 7 0 0 7 5 4 1 O 一8 43 5 0 1 8 O 2 4 O 1 2 8 2 1 6 3 8 5 7 3 6 2 O 8 1 0 8 51 5 0 1 8 O 2 4 0 0 8 5 1 1 4 2 1 9 5 6 3 5 9 8 1 O 一7 L一5 52 5 0 1 8 O 2 4 0 1 0 9 1 6 7 2 5 7 7 5 O 5 7 4 1 O 一8 53 5 0 1 8 O 2 4 O 1 2 6 2 6 4 4 4 3 8 8 3 3 1 5 1 O 一8 61 5 0 1 8 O 2 4 O 1 0 1 1 4 6 1 8 9 6 0 0 7 8 7 1 O 7 L一6 62 5 0 1 8 O 2 4 0 1 2 4 1 8 9 2 6 7 7 8 0 4 1 8 1 O 一7 63 5 0 1 8 0 2 4 O l _ 5 1 2 2 4 3 9 5 9 5 5 3 5 6 1 O 一7 表 9 塑性混凝土配合 比推荐成果表 每立方米混凝土材料用量 ( k g m。 ) 抗压强度 2 8 d 凝结时间 实测坍落度 方案 试拌 砂率 膨润土 黏土 砂 碎石 5 ( M a ) 弹性 2 8 d渗 编号 编号 ( oA) 2 0 mm S N一 2 模量 透系数 ( rai n ) ( ram) 水 水泥 ( c m s ) 外加剂 ( MP a ) 浚县 信阳 西禄庄 小郭村 贾峪 贾峪 禹州 7 d 1 4 d 2 8 d 初凝 终凝 初始 1 5 h L一1 12 5 3 3 9 8 1 O O 6 0 1 8 9 7 1 1 6 3 1 2 O O 1 O 8 1 4 2 2 3 6 6 7 3 6 5 6 1 O 8 6 8 0 9 1 O 2 2 5 1 6 O L一2 21 5 3 4 0 4 1 0 1 6 1 2 0 2 7 1 6 6 3 5 2 0 2 0 9 4 l _ 3 9 2 2 7 6 5 0 4 1 3 1 O 一7 5 3 5 8 0 5 2 2 8 1 5 5 L一3 32 5 0 3 8 2 1 1 1 6 0 1 7 1 6 9 2 6 9 2 2 2 2 1 0 3 1 4 7 2 1 3 6 3 0 4 2 7 1 0 7 5 8 0 8 4 5 2 2 0 1 5 8 L一4 42 5 0 3 7 5 1 1 8 5 9 1 6 8 6 7 4 6 7 4 2 3 6 1 O 6 1 5 7 2 3 6 7 0 0 7 5 4 1 O 一8 5 5 6 8 1 0 2 3 0 1 6 2 L一5 51 5 0 3 8 5 1 1 2 6 1 1 9 3 6 8 9 6 8 9 2 2 4 0 8 5 1 1 4 2 1 9 5 6 3 5 9 8 1 0 6 3 0 9 0 5 2 2 5 1 7 1 L一6 62 5 0 3 1 6 1 3 8 1 0 9 8 0 1 8 0 1 2 7 6 1 2 4 1 _ 8 9 2 6 7 7 8 0 4 1 8 1 O 一7 5 3 0 8 6 5 2 2 6 1 7 0 4 5 配合 比调整 本工程 由于黏土储量 不足 ，不 能满 足工程 需要 ， 施工全面展开时，决定另做三组塑性混凝 土配合 比试 验 ，不再掺用黏土 ，仅掺加 膨润土，并采用该配合 比 用于实际工程施工。根据粗细骨料的不同分别设计 3种 类型的塑性混凝土配合比，即细骨料为天然砂的塑性混 凝土，细骨料为人工砂的塑性混凝土，以及细骨料为天 然砂与人工砂 以 1：1 混合的塑性混凝土。推荐塑性混 凝土 配合 比见 表 1 O 。新拌 及 硬化 混凝 土 性 能 试 验 成果 见表 1 1 。 8 3 水利水 电施工2 0 1 2 第 3 期总第 1 3 2期 表 1 O 推荐塑性混凝土配合比 材料用量 ( k g m。 ) 配合 比编号 设计强度等级 ( MP a ) 水 水泥 膨润土 砂 碎石 5 2 0 mm 外加剂 天然砂 S T一1 2 6 7 1 4 3 1 0 0 8 4 6 8 4 6 2 1 5 人工砂 S R一1 1 5 5 0 2 5 3 1 4 6 9 2 8 6 3 8 6 3 2 1 9 混合砂 S H一 1 2 4 8 1 4 8 9 9 8 7 8 8 7 8 2 2 3 表 1 1 新拌及硬化混凝土性 能试验 成果 新拌混凝土 硬化混凝土 抗压强度 试验编号 1 h坍落度损失 ( MP a ) 弹性模量 渗透系数 坍落度( n m) 扩散度 ( r m ) 初凝时间 ( h ) 密度 ( g c m3 ) ( mm) ( M a ) ( c m s ) 7 d 2 8 d S T 一1 2 2 0 1 5 6 3 9 0 8 4 2 2 1 9 3 O 5 6 7 4 1 2 1 0 7 S R一1 2 1 0 1 5 5 3 9 O 7 8 2 2 2 1 6 2 1 7 1 6 3 8 7 1 O 一7 SH 一1 1 9 O 1 6 0 3 4 0 7 3 2 2 5 2 7 3 9 7 6 0 6 3 2 1 0 -7 5 塑性混凝土应用情况及成果分析 5 1 弹模及强度检测 截至 2 0 1 1 年 5月底，对郑州龙湖调蓄工程防渗墙塑 性混凝土 4 7 9 个单元进行 了初步统计，检测强度 4 7 9组， 检测弹性模量 5 4 组，抗渗系数全部达到设计要求的 1 O - 。 ，塑性混凝土强度和弹模检测结果见表 1 2 和表 1 3 。 表 1 2 抗压强度检 测情况表 强度区间 1 5 2 0 h 2 5 3 O 3 5 4 0 4 5 ( M a ) 2 O 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 区间数 3 3 1 4 5 1 2 7 1 3 3 3 3 7 1 出现频率 ( ) 6 9 3 O 2 2 6 5 2 7 8 6 9 1 5 O 2 表 1 3 弹性模量检 测情况表 弹模区间 ( MP a ) 5 O 0 9 0 0 1 O O O 1 5 0 0 1 5 O O 2 0 0 O 区间数 2 5 2 9 出现频率 ( ) 4 6 3 5 3 7 5 2 成果分析 5 2 1 配合 比对塑性混凝土抗压强度和变形模量的影响 水泥用量越多，抗压强度越大，弹性模量也越大。 在抗压 强度相 同的情况 下 ，膨润 土塑性 混凝 土 的变 形模 量值最小， 黏土一 膨润土塑性混凝土的变形模量次之，黏 土塑性混凝土的变形模量值最大。随着塑性混凝士干密 度的增高，变形模量也逐渐增大，要降低塑性混凝土变 形模量须降低其干密度。 8 4 5 2 2 配合比对塑性混凝土弹强比的影响 为提高塑性混凝土防渗墙的安全性，一方面应当尽 量降低塑性混凝土的变形模量，另一方面，尽量提高塑 性混凝土的强度，即降低弹强 比。当水泥用量增加时， 塑性混凝土弹 强 比增 大 ；当水 泥 和膨 润 土 掺 量 相 同时 ， 使用高标号水泥使弹强比降低。 5 2 3 配合比对塑性混凝土极限应变的影响 水胶比增加，塑性混凝土的极限变形值增大，水泥 用量增加 ，塑性混凝土极限变形值降低，随膨润土用量 增加，塑性混凝土的极限变形值也增加。 5 2 4 配合 比对塑性混凝土 C 、 值 的影响 塑性混凝土的 C值随水泥用量增加而增加，内摩擦 角 随水胶 比的增 大而减少 ，一 般塑性 混凝 土 的 C值 为 0 2 O 8 MP a ， 值 为 2 0 。 4 O 。 。 5 2 5 配合比对 塑性 混凝 土渗 透系数的影响 水 泥用 量越 多 ，渗透 系数 越小 ，水 胶 比越 大 ，塑 性 混凝土渗透系数越大。 6 结束语 本工程充分利用当地天然细砂 ，且由于黏土资源不 足，通过只掺加膨润土的配合比设计，使塑性混凝土抗 渗指标比设计提高了一个数量级，其他指标也均满足设 计要求。该配合比塑性混凝土在施工中的流动性和扩散 度指标良好，具有人工砂不可替代的优势。通过提高砂 率 ，减少粗骨料使用量 ，降低塑性混凝土干密度，从而 控制塑性混凝土弹性模量指标，是降低塑性混凝土弹强 比的一条途径 。本研究成果不但确保了塑性混凝土的质 量，且较大幅度降低了工程成本 。