七台河市汪清水库塑性混凝土配合比设计研究.pdf

2 0 1 1 年第 4期 ( 第 3 9卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v anc y N o 4 2 0 1 l ( T o d a l N o 3 9 ) 文章编号 ： 1 0 0 77 5 9 6 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 3 0 0 2 七 台河市汪 清水 库塑性 混凝 土配合 比设计研 究 赵金柱 ， 徐爽 ， 葛 赢 ( 1 _黑龙 江省水利第一工程处 ， 黑龙江 富裕 1 6 1 2 0 0； 2 黑龙江省北方水利水电工程 监理有 限公 司， 哈尔滨 1 5 0 0 8 0； 3 黑龙江省水利科学研究院， 哈尔滨 1 5 0 0 8 0) 摘要： 塑性混凝土是一种水泥用量很少的黏土混凝土， 由于加入膨润土( 或黏土) 而降低了水泥胶结物的黏结力， 使其强度降低， 同时具有较大的塑性。塑性 混凝 土作为一种新型 防渗工程材料形式 ， 与普通混凝土相 比， 具 有弹模量低 、 极 限应变大 ， 渗透 系数低的特点 ， 能适应 较大变形 ， 有利于改善防渗墙体 的应力状态 。同时 ， 它仍具 有必要 的强度 。文章结 合塑性 混凝土在 七 台河市汪清水库工程中的应用 ， 阐述 了塑性混凝土的配合 比设计以及工程应用 情况。 关键 词 ： 塑性混凝土； 配合比； 膨润土； 掺量； 水胶比； 渗透系数； 弹性模量 中图分类号 ： rI v4 3 1 文献标识码 ： A M i x De s i g n a n d Re s e a r c h o f Pl a s t i c Co n c r e t e o f W a ng q i n g R e s e r v o i r i n Qi t a h e C i t y Z HAO J i n z h u ，X U S h u a n g ， GE Yi n g ( 1 H e i l o n g j i a n g P r o v i n c e N o 1 Wa t e r C o n s e r v a n c y E n g i n e e r i n g D e p a r t me n t ， F u y u 1 6 1 2 0 0 ，C h i n a ； 2 He i l o n g j i a n g P rov i n c e B e i f a n g Wa t e r C o n s e rva n c y a n d Hy d r o p o w e r En g i n e e rin g Ma n a g e me n t L i mi t e d C o mp a n y， H a r b i n 1 5 0 0 8 0， C h i n a ； 3 H e i l o n g j i a n g P r o v i n c e Wa t e r C o n s e rvanc y S c i e n c e R e s e a r c h I n s t i t u t e ， H a r b i n 1 5 0 0 8 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e p l a s t i c c o n c r e t e i s a k i n d o f c l a y c o n c r e t e w i t h a s ma l l a mo u n t o f c e me n t ， a n d t h e c e me n t i n g p o we r o f c e m e n t e d s o i l ， a l o n g w i t h p o w e r f u l p l a s t i c i t y a t t h e s a m e t i m e ，d e c r e a s e s d u e t o m i x i n g w i t h t h e b e n t o n i t e( o r c l a y s o i l ) ， w h i c h ma k e s t h e s t r e n g t h d e c r e a s e d As a n e w t y p e o f t h e e n g i n e e rin g ma t e ria l a g a i n s t s e e p ag e ，c o mp are d wi t h t h e n o r ma l c o n c r e t e，t h e p l a s t i c c o n c r e t e h a s t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f l o w e l a s t i c mo d u l u s ， l arg e u l t i ma t e c h a n g e a n d l o w s e e p a g e c o e f f i c i e n t ，a n d i s s u i t a b l e f o r b i g d e f o rm a t i o n，w h i c h i s b e n e fi c i a l for i mp r o v i n g t h e s t r e s s s t a t e o f w all b o d y ag a i n s t s e e p age Me a n w h i l e ， i t s t i l l h a s n e c e s s a r y s t r e n gt h T h e mi x d e s i g n o f p l a s t i c c o n c r e t e a n d p r o j e c t 印p l i c a t i o n a r e s e t f o r t h i n t h e s t u d y i n c o m b i n a t i o n w i t h t h e s i t u a t i o n o f p l a s t i c c o n c r e t e u s e d i n t h e Wa n g q i n g R e s e rv o i r p r o j e c t i n Q i t a h e C i t y Ke y wo r d s ： p l a s t i c c o n c r e t e；mi x p r o p o r t i o n；b e n t o n i t e ；b l e n d e d a mo u n t ； r a t i o o f w a t e r a n d g e l ； c o e f fi c i e n t o f s e e p a g e ； e l a s t i c mo d u l u s 1 工程概 况 汪清水库位于倭肯河一级支流挖金别河 ( 又称汪清河) 中游 ， 七台河市北约1 8 k m 处 ， 集水面积为1 8 5 k m ， 占流域总 面积的6 5 。为已建水库， 原坝长6 3 0 m， 坝顶宽5 m， 坝顶高 程 约 1 9 0 4 m。原 设 计 正 常 蓄水 位 1 8 7 ， 5 4 m， 相 应 库 容 9 2 1 万 m ， 设计洪水位1 8 8 3 3 m， 校核洪水位1 8 9 0 2 m， 相应 库容1 1 4 2万 m ， 设计满足下游3 3 3 3 h m 水 田灌溉的用水。 加0 9年 1 1月 1 3日汪清水库消险增容扩建工程正式开工， 主 要建设项 目包括土坝、 新建溢洪道、 新建输水涵管、 坝下交通 桥及公路等土建、 金属结构与机电设备、 大坝安全 自动监测 系统、 水文自动测报系统等， 其中中国水利水 电基础工程局 承担了土坝塑性混凝土截渗墙的工程施工。 2 塑性混凝土特点 工程实践中发现普通混凝土防渗墙存在不少缺陷： 弹性 模量高、 允许变形小、 应力集 中于墙体、 易产生裂缝 ； 墙体与 周围土体沉陷差别大， 与基础部位连接困难； 原材料耗费大 ， 工程造价高； 围堰施工程序复杂 ， 特别是在拆除阶段需采用 爆破技术， 对主体建筑有不利影响。塑性混凝土是以膨润 土、 黏土等掺合材料取代普通混凝土中部分水泥而形成的低 强度、 低弹性模量的防渗墙材料 ， 其主要优势不仅仅在于工 程造价低， 更在于塑性混凝土适应变形能力强， 防渗效果好 ， 拌合物和易性较好， 流动性、 黏聚性 良好， 不易离析， 易于泵 送且不需振捣， 能有效协调墙体应力状态 ， 并能显著减小墙 底与基岩等联接处的应力集中或拉应力 ， 克服了常规( 刚性) 混凝土的许多缺陷， 因此在国内水电工程中( 包括三峡枢纽 收稿日期 2 0 1 1 0 3 2 2 作者简介 赵金柱( 1 9 6 7一) ， 男， 黑龙江富裕人 ， 工程师； 徐爽( 1 9 8 4一) ， 女， 黑龙江林句人， 助理工程师； 葛赢( 1 9 8 0一) ， 男， 黑龙 江哈 尔滨人 ， 助理工程师 。 一 3 0 赵金柱 ， 等： 七台河市汪清水库塑性混凝土配合比设计研究 第 4期 大坝工程)多次成功运用， 取得了良好的效果。本文结合黑 龙江省七台河市汪清水库消险增容工程 ， 对塑性混凝土的配 合 比设计进行了探讨。 3配合比设计 3 1 塑性混凝 土配合比的设 计特性 塑性混凝土的配合 比设计与普通混凝土不同。普通混 凝土设计准则基于逐级填充原理， 塑性混凝土的配合比设计 原则则是寻找各种材料组分最经济的组合， 使塑性混凝土的 各种性能满足设计要求。在进行塑性混凝土配合比设计时， 配合比参数可控制在以下范围内： 1 ) 塑性混凝土配合比由于掺入吸水率高的膨润土或黏 土、 砂率高等原因，用水量较大 ， 一般高达 2 5 03 3 0 k g m ， 而普通混凝土只有 1 6 01 8 0 k g m 。 2 ) 塑性混凝土砂率很大 ， 一般都在 6 0 一9 5 ， 而塑性 混凝土的砂率可达 1 0 0 ， 配合 比设计可考虑不再掺用石 子 。 3 ) 塑性混凝土水胶比较大，一般在0 71 3 ， 而普通混 凝 土水灰 比一般在 0 40 7 。 3 2 汪清水库 塑性 混凝土配合 比设计 3 2 1 原材料 水泥 ： 牡丹江牌 P 0 4 2 5水泥； 细集料 ： 七 台河河 砂， 细度模数 3 3 0； 粗集料： 七台河 51 6 mm连续粒级碎 石； 掺合料： 膨润土 ； 外加剂： 木钙减水剂。 3 2 2 设计指标 抗 压 强 度 3 5 5 0 MP a ； 渗 透 系 数 5 X 1 0c m s ； 抗渗允许比降 J 6 0 M P a m； 静力抗压弹 性模量 ( 简 称静 弹模 )5 0 0一l 0 0 0 MP a ； 坍 落度 1 8 2 2 e m， 扩散度 3 4 4 0 c m。 3 2 3 混凝土配合比设计 根据工程要求 ， 通过调整参数进行了多组配合 比对比试 验 ， 具体 配合 比见表 1 。 表 1 塑性混凝 土配合比一览表 在混凝土配合设计中， 膨润土的掺量是塑性混凝土配合 比的一个关键参数。这是由于膨润土吸水率高， 分散性差， 对塑性混凝土的流动度影响很大 ， 在保证塑性混凝土流动度 和扩散度的前提下， 随着膨润土的增加 ， 塑性混凝土需水量 增加 ， 从而导致塑性混凝土水胶 比增大， 强度降低， 因此 ， 膨 润土掺量不宜过高； 而由于塑性混凝土要求低静弹性模量， 膨润土掺量越少， 静弹性模量越高， 不能满足形变要求 ， 因 此， 膨润土掺量也不宜过低。 塑性混凝土的水胶比一般在 0 71 3 ， 与普通混凝土相 似， 水胶比越大， 静弹性模量越低 ， 强度越低 ； 同时基于塑性 混凝土的强度要求 ， 胶凝材料中的水泥用量不宜过高也不宜 过低。从表 1 我们可以看到， 配合 比方案 3由于膨润土用量 达到1 4 0 k g m ， 水泥用量为1 6 5 k g m ， 因此其7 d 和2 8 d 强度 较低， 不满足本工程的强度要求。比较配合比方案 1和配合 比方案 2 ， 我们发现， 通过适当地调整水泥与膨润土的用量， 尽管配合比方案 2的水胶比略大， 但其强度依然高于配合 比 方案 3 ， 因此， 塑性混凝土的强度与水胶比之间的规律与普通 混凝土不尽相同。 试验还发现 ， 在配制塑性混凝土时， 木质素磺酸钙宜采 用较大的掺量， 一般为 0 4 ， 从而使混凝土的强度 、 流动度 和扩展度达到设计要求。通过以上试验， 选定表 2的配合 比 作为汪清水库土坝塑性混凝土截渗墙工程塑性混凝土配合 比 。 表 2 塑性混凝土配合 比一览表 4塑性混凝土数据分析 4 1 塑性混凝土渗透系数数值统计 塑性混凝土6组渗透系数散点图见图 1 。 一舶 喜 寂 傩 稍 秘 l _ I 0 4 0 6 f 测试 编号 图 1 6组渗透系数散点图 4 2 塑性混凝土抗压强度数值统计 2 0组塑性混凝土抗压数据统计结果为： 抗压强度最大值 为 4 4， 最小值为 3 1 ， 平均数值 3 6 ， 方差值为 0 3 7 。 4 3 塑性混凝土弹性模量数值统计 1 2组塑性混凝土弹性模量数值统计结果为： 最大值为 9 2 0 MP a ， 最 小值为6 5 0 M P a ， 平均 值为8 1 8 M P a ， 方差值 为 8 8 9 2。 通过分析 6组抗渗试件数据和2 0组抗压试件及 l 2组弹 性模量试件数据， 可以看到： 试验数据分布比较均匀 ， 塑性混 凝土抗 压 强 度 平 均 值 为 3 6 MP a ， 渗 透 系数 平 均 值 为 2 6 41 0 一e m s ， 弹性模量平局值为8 1 8 M P a ， 与实验室数据 基本一致， 完全满足工程设计要求， 配合 比设计合理。 5结语 塑性混凝 土作 为一种新型材料 ， 具 有适应变形 能力 大 ， 便于就地取材 ，施工方便等优点， 因此可作为堤身 防 渗体的首选材料。它有利 于改善防渗墙体内部的应力状 态 ， 大大提高了防渗墙的安全性 ， 且节省了水泥 ， 明显降低 了工程造价。同时， 塑性 混凝土具有很 低的渗透 系数 ， 能 满足各种规模防渗墙 的要 求。但塑性 混凝土配合 比设计 有其特殊性 ， 它直接关系到大坝和堤防工程的安全。因此 在进行配合比设计时 ， 应选用强度较高的水泥 ， 选择适 当 的水胶 比和膨 润土掺量 ，尽量避免掺人黏土 ，并通过大 量细致 的试验使设计的塑性混凝土同时满足强度 、 弹性模 量以及抗渗能力等各项要求。 一 31