呂振東

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

塑性混凝土是一種介于土與普通混凝土之間的柔性材料，它是以黏土、膨潤土等作為膠凝材料減少水泥用量，而形成低強(qiáng)度、低彈性模量和添加減水劑、引氣劑提高抗?jié)B透性的低成本防滲墻材料。它克服了傳統(tǒng)混凝土的彈性模量高，變形小，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，與基礎(chǔ)連接性不好等缺陷，在水利工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其大壩基礎(chǔ)的防滲透和河道防滲墻的應(yīng)用。本文結(jié)合防滲墻工程，對塑性混凝土參數(shù)的測試和配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

針對塑性混凝土防滲墻的特點(diǎn)，根據(jù)委托方提供的塑性混凝土配合比作為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出六種配合比方案，在首先滿足塑性混凝土拌和物性能要求下，調(diào)整混凝土中各個(gè)組分以滿足塑性混凝土的強(qiáng)度和彈性模量的要求，并提出相對最佳的塑性混凝土配合比。

1 原材料

水泥采用的是山西亞美建筑工程材料有限公司生產(chǎn)的P.O.42.5，比表面積、安定性、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間都滿足要求，3d、28 d抗折強(qiáng)度分別為5.5MPa、8.7MPa，3d、28 d 抗壓強(qiáng)度分別為26.7MPa、52.6MPa。細(xì)骨料的產(chǎn)地是河北阜平的天然中砂，細(xì)度模數(shù)2.78，泥含量1.5%，堆積密度1510kg/m3，表現(xiàn)密度2650kg/m3。粗骨料是產(chǎn)于忻州的10～31.5mm的碎石，堆積密度1370kg/m3，表現(xiàn)密度2790kg/m3，含泥量、針片狀含量、壓碎指標(biāo)均符合要求。本試驗(yàn)所用黏土為阜新本地黏土，含水率為20%。膨潤土采用是鈉基膨潤土，具體的物理性能指標(biāo)見表1。

表1 土料的物理性能指標(biāo)

2 塑性混凝土物理力學(xué)參數(shù)的試驗(yàn)方法

2.1 塑性混凝土強(qiáng)度的測試

測試塑性混凝土強(qiáng)度，本試驗(yàn)采用立方體抗壓試件為150mm×150mm×150mm，每組配合比打六塊，分別測試7d和28 d強(qiáng)度。由于塑性混凝土抗壓強(qiáng)度較小，用量程50kN的萬能壓力試驗(yàn)機(jī)，并且加荷速度控制在0.05～0.15MPa/s。[3]

2.2 塑性混凝土彈性模量的測試

由于塑性混凝土的彈性模量很低，本試驗(yàn)依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352—2006）采用標(biāo)距為300mm的測試方法，測試φ150mm×300mm的圓柱體試件，用磁力表座安裝量程為150mm的千分表，測量不同壓應(yīng)力下的試件變形，作出應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，計(jì)算出彈性模量值。

2.3 塑性混凝土相對滲透系數(shù)的測定

由于塑性混凝土主要用于水利工程基礎(chǔ)及壩體、河道防滲墻等，我國的塑性混凝土滲透性標(biāo)準(zhǔn)也主要采用水壓力法來評價(jià)混凝土的滲透性。故本試驗(yàn)測試塑性混凝土抗?jié)B性滲水高度法采用一次加壓法，快速抗?jié)B，縮短試驗(yàn)時(shí)間。參考《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352—2006），試塊采用上口 φ=175mm，下口 φ=185mm，h=150mm的圓臺試塊，采用無錫建儀儀器廠生產(chǎn)的HS-4S型數(shù)顯混凝土抗?jié)B儀，設(shè)定0.2MPa的水壓力，加壓6 h，記錄試驗(yàn)過程試件透水時(shí)間，對不透水試件劈裂量測滲水高度，計(jì)算其相對滲透系數(shù)。[1]

3 塑性混凝土防滲墻配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)

參考水工混凝土配制強(qiáng)度的確定方法，塑性混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、保證率系數(shù)、抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352—2006）中的相關(guān)規(guī)定確定，但是考慮到水下澆筑混凝土強(qiáng)度只有地面澆筑混凝土強(qiáng)度的70%，結(jié)合以往塑性混凝土的使用情況，張鵬等提出

式中R配:塑性混凝土配制強(qiáng)度；R28：塑性混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度；t：強(qiáng)度保證率系數(shù)，強(qiáng)度保證率為95%時(shí)，取 t=1.645；Cvo：抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)，本試驗(yàn) Cvo=0.15。委托方要求的塑性混凝土的強(qiáng)度R28=1.5～3MPa，代入公式（1）可得本試驗(yàn)的塑性混凝土的配制強(qiáng)度為R配=2～4MPa。[1]

塑性混凝土作為一種新型混凝土材料技術(shù)，目前沒有正式的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對于絕大多數(shù)土體來說，通過配合比試驗(yàn)都可以設(shè)計(jì)出與其變形模量相近的塑性混凝土防滲墻。本次塑性混凝土配合比拌和試驗(yàn)首先采用忻州市水利工程建筑公司推薦的配方進(jìn)行試配，然后根據(jù)塑性混凝土拌和物性能：坍落度18～22cm，擴(kuò)散度34～40cm，初凝時(shí)間不大于8 h，終凝時(shí)間不大于48 h，對塑性混凝土進(jìn)行配比設(shè)計(jì)并且調(diào)整試拌。

3.1 塑性混凝土拌和物性能

塑性混凝土拌和物性能包括：坍落度、擴(kuò)散度、泌水率、均勻性、表現(xiàn)密度、凝結(jié)時(shí)間和含氣量等，本配合比試驗(yàn)首先保證塑性混凝土具有良好工作和易性，選取坍落度和擴(kuò)散度兩項(xiàng)參數(shù)來優(yōu)選配合比。

參照委托方提供的基準(zhǔn)塑性混凝土配合比，考慮到水膠比和膨潤土的摻量是影響塑性混凝土性能的最主要的因素，結(jié)合工作中的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出1—1～1—6五種配合比方案見表2，并以此對各個(gè)方案按照天然黏土加水拌制，膨潤土直接摻入的方法進(jìn)行試拌，得出方案1—1和1—4的坍落度過大，并出現(xiàn)大量泌水，并且擴(kuò)散度，明顯表現(xiàn)出黏聚性不好，各組分布不均勻現(xiàn)象。方案1—3和1—6的坍落度和擴(kuò)散度都比較小不滿足塑性混凝土工作性要求。方案1—2和1—5拌和性能都能滿足塑性混凝土拌和物性能的要求。

3.2 調(diào)整配合比試驗(yàn)

對滿足拌和物性能的方案1—2和1—5，按照前述的塑性混凝土各項(xiàng)物理參數(shù)的測試方法制備規(guī)范要求的試塊，并達(dá)到齡期后進(jìn)行測試，得到的各個(gè)物理參數(shù)見表3，塑性混凝土28 d的各項(xiàng)物理參數(shù)應(yīng)符合表3的要求。

方案1—2和1—5，28 d塑性混凝土的強(qiáng)度、相對滲透系數(shù)、密度和凝結(jié)時(shí)間均滿足委托方的要求，但塑性混凝土的彈性模量均在1400MPa以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過要求的700MPa。對于防滲墻塑性混凝土，彈性模量過高，防滲墻的允許變形較小，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，和周邊土體產(chǎn)生不均勻沉降，很容易產(chǎn)生裂縫和空腔，很難滿足塑性混凝土滲透性的要求。需要通過水泥、黏土、膨潤土、骨料和水各組分進(jìn)行重新配制。

表2 拌和物性能指標(biāo)

根據(jù)黏土具有一定的增加塑性與降低強(qiáng)度的作用和膨潤土可以有效地增加混凝土的抗?jié)B性，且能有效地降低混凝土的彈性模量的性能，試驗(yàn)通過減少水泥的用量和增加黏土和膨潤土的摻量來降低塑性混凝土的彈性模量，并設(shè)計(jì)出配合比方案見表4，拌制過程中摻和物的各項(xiàng)物理性能參數(shù)和硬化塑性混凝土物理力學(xué)性能見表4和表5。方案2—1～2—4各項(xiàng)拌和物性能均滿足委托方要求，但是硬化塑性混凝土的彈性模量雖然降低并滿足要求，抗壓強(qiáng)度卻和要求相差很多。[2]

表3 初試方案的塑性混凝土物理力學(xué)性能及應(yīng)達(dá)到指標(biāo)

表4 再次調(diào)整后的配合比及其拌和物性能指標(biāo)

3.3 推薦施工配合比

根據(jù)塑性混凝土抗壓強(qiáng)度的要求，方案1—2和1—5能滿足配制輕度的要求，同時(shí)密度、凝結(jié)時(shí)間和相對滲透系數(shù)均滿足，但是彈性模量和要求相差比較大，如前所述，按照減少水泥用量增加黏土和膨潤土摻量來降低塑性混凝土彈性模量，設(shè)計(jì)出方案2—1～2—4。結(jié)果顯示彈性模量雖然達(dá)到要求，但是塑性混凝土強(qiáng)度卻不滿足配制強(qiáng)度。

經(jīng)過上述試驗(yàn)，塑性混凝土的水膠比和黏土、膨潤土摻量對塑性混凝土的強(qiáng)度和彈性模量影響較大，當(dāng)水膠比減少時(shí)，塑性混凝土的強(qiáng)度和彈性模量都能顯著提高，反之則降低。[4]調(diào)整黏土和膨潤土的摻量只能在一定程度減少塑性混凝土的彈性模量，在原材料給定的情況下，如果能滿足強(qiáng)度的要求，則無法滿足委托方對彈性模量的要求。綜合上文的分析和試驗(yàn)結(jié)果，方案1—2～1—5都能滿足施工和設(shè)計(jì)要求，但是考慮到成本，推薦配合比方案1—2。

表5 再次調(diào)整后配合的塑性混凝土物理力學(xué)參數(shù)

4 結(jié)語

塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)是根據(jù)特定土體環(huán)境下進(jìn)行的，滿足該土體的彈性模量，極大程度地迎合土體的變形，從而增加與土體基礎(chǔ)的銜接和增加土體的抗?jié)B性能，但是實(shí)際施工中，由于條件所限，如：原材料特定，施工工藝等條件限制，很難滿足塑性混凝土強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，又同時(shí)滿足現(xiàn)有土體彈性模量，這也對以后塑性混凝土的研究提出了方向。

[1]張 鵬，李清富.塑性混凝土施工配合比試驗(yàn)研究[J].建筑技術(shù)，2007，38（ 8）:620-622.

[2]金婉香，章曉樺.摻膨潤土塑性混凝土用于防滲墻的試驗(yàn)研究[J].浙江水利科技，2003（1）:67-68.

[3]趙金柱，等.七臺市汪清水庫塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)研究[J].黑龍江水利科技，2011（ 4）：:30-31.

[4]曾 偉.南水北調(diào)興隆水利樞紐圍堰防滲墻工程塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究[J].陜西水利，2014（ 6）:135-136.