□王少凱（華北水利水電大學(xué)）

淺談塑性混凝土各組分對(duì)其性能的影響

□王少凱（華北水利水電大學(xué)）

為了滿足工程上對(duì)塑性混凝土性能的不同需求，在閱讀、理解大量相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合塑性混凝土本身的特點(diǎn)，詳盡地總結(jié)和分析了塑性混凝土中各組分的選取、用量對(duì)其性能的影響。通過歸納總結(jié)，得出確定調(diào)整配合比的簡(jiǎn)單實(shí)用方法。通過這一方法，可以定性地控制某一種或幾種材料的加多加少來(lái)改善塑性混凝土性能。通過對(duì)水口水電站主圍堰在施工過程中的塑性混凝土配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整的實(shí)例驗(yàn)證，證明本方法可行，并將在類似工程中取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

塑性混凝土；性能；各組分

0 引言

塑性混凝土是由一部分膨潤(rùn)土和黏土等摻合物取代普通混凝土中大部分水泥，經(jīng)攪拌、澆筑、凝結(jié)而成的強(qiáng)度介于土和普通混凝土之間的塑性材料。20世紀(jì)50年代末，歐洲人首先研制出這種混合材料，并發(fā)現(xiàn)這種材料在破壞之前所能承受的變形比普通混凝土大得多（該材料極限應(yīng)變一般為普通混凝土的3.3～150倍），最早應(yīng)用工程的是1959年意大利人修建的SantaLuce壩。1990年，我國(guó)首次將其應(yīng)用于十三陵抽水蓄能電站尾水隧洞進(jìn)口圍堰，在以后修建的小浪底水庫(kù)大壩、三峽二期圍堰等大型工程中，也都得到充分利用。

1 塑性混凝土的組成

1.1 水泥

水泥是水硬性膠結(jié)材料，與水作用后會(huì)逐漸形成硬化的漿體，與其他材料合成后形成凝固的結(jié)晶體，最終形成混凝土中的膠體。

1.2 水

水除了提供水泥水化的需要外，還為塑性混凝土的流動(dòng)性提供必要條件。

1.3 黏土和膨潤(rùn)土

天然土通常是以一種礦物為主的多種礦物混合體，以高嶺石為主的土是黏土，而以蒙脫石為主要礦物的土為膨潤(rùn)土。

1.4 石子

作為塑性混凝土的粗骨料，石子的選擇用天然卵石或者人工碎石均可。

1.5 砂

砂的用量直接決定了塑性混凝土的和易性。

1.6 粉煤灰和礦渣

摻入粉煤灰后可增加混凝土的后期強(qiáng)度及和易性，而且能減少用水量，減少骨料分離和泌水。

1.7 外加劑

一般外加劑可以使塑性混凝土的強(qiáng)度提高30%～60%，密實(shí)度加大。如:減水劑、緩凝劑、引氣劑等。

2 各組分的用量

三峽二期圍堰、小浪底等大型工程施工中，用正交設(shè)計(jì)法和均勻設(shè)計(jì)法選出幾組臨近的配合比進(jìn)行試驗(yàn)，然后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)整配合比，從而優(yōu)化配合比；在工程規(guī)模不是很大且施工區(qū)域不具備較好的現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)的情況下，可以類比工程地質(zhì)狀況相似的已建工程，節(jié)約部分配合比設(shè)計(jì)的工作量和試驗(yàn)時(shí)間；經(jīng)初選優(yōu)化、終選試驗(yàn)、安全復(fù)核等步驟，選出適宜于該工程的配合比，進(jìn)行施工。2004年已發(fā)布實(shí)施的《水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》（DL/T5199-2004），在總結(jié)國(guó)內(nèi)外塑性混凝土防滲墻經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)基礎(chǔ)上，對(duì)塑性混凝土的各組分用量、膠凝材料的總量以及砂率等做了較為明確的規(guī)定。其對(duì)塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)公式如公式（1）所示：

式中：W0為1m3塑性混凝土中水的重量,kg；C0為1m3塑性混凝土中水泥的重量,kg；S0為1m3塑性混凝土中砂的重量,kg；G0為1m3塑性混凝土中石子的重量,kg；B0為1m3塑性混凝土中膨潤(rùn)土的重量,kg；Poc為塑性混凝土的密度,kg/m3。

由于材料種類很多，限制其性能的內(nèi)因外因復(fù)雜難測(cè)，這就對(duì)配合比設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性提出了挑戰(zhàn)。表1中列出了專家學(xué)者在塑性混凝土方面的研究成果，其配比的理論值和試驗(yàn)值均符合公式（1）。通過這些數(shù)據(jù)和普通混凝土配合比的比較，可以得出以下結(jié)論：①塑性混凝土用水量大；②砂率很高；③水膠比普遍偏大；④膠凝材料用量低。

表1 塑性混凝土配比及其彈性模量和峰值強(qiáng)度表

3 各組分對(duì)性能的影響

為了減小塑性混凝土配合比設(shè)計(jì)的難度，本著減輕設(shè)計(jì)工作量和對(duì)塑性混凝土配合比進(jìn)行微調(diào)的目的，參照表1中P1-1，P1-2和P1-3可以得出：隨著用水量的增加，塑性混凝土28d峰值強(qiáng)度逐漸減小，彈性模量也逐漸減?。粎⒄毡?中P2-1，P2-2和P2-3可以得出：隨著水泥用量的增加，塑性混凝土28d峰值強(qiáng)度逐漸增加，彈性模量也逐漸增加；參照表1中P3-1，P3-2和P3-3可以得出：隨著砂子和石子用量的增加，塑性混凝土彈性模量逐步減小；參照表1中P4-1，P4-2和P4-3可以得出：隨著膨潤(rùn)土用量的增加，塑性混凝土28d峰值強(qiáng)度逐漸減小，彈性模量也逐漸減小。類比上述分析，并參考相關(guān)書籍文獻(xiàn)，從中找出塑性混凝土材料中各組分對(duì)澆筑狀態(tài)下和已經(jīng)成型的塑性混凝土工作性和力學(xué)性能等多方面的影響?，F(xiàn)結(jié)表如下：

表2 塑性混凝土各組分對(duì)其各項(xiàng)性能的影響表

例如：水泥對(duì)塑性混凝土強(qiáng)度的影響，這里的強(qiáng)度包括了單軸強(qiáng)度、二軸強(qiáng)度、三軸強(qiáng)度和真三軸強(qiáng)度等，水泥對(duì)塑性混凝土的強(qiáng)度影響在一定范圍內(nèi)都是使之增加的；水對(duì)塑性混凝土的抗?jié)B性影響，在承受范圍內(nèi)總是減小的；膨潤(rùn)土對(duì)塑性混凝土的徐變和變形的影響，隨著用量的多少，會(huì)適當(dāng)變化。該表說(shuō)明：當(dāng)配合出的塑性混凝土的一些性能不滿足施工要求時(shí)，可以定性地控制某一種或幾種材料的加多加少來(lái)改善塑性混凝土性能。

4 實(shí)例驗(yàn)證

水口水電站位于福建省閩清縣境內(nèi)，它是“七五”期間國(guó)家重點(diǎn)工程。水口水電站主圍堰在整道防滲墻中采用塑性混凝土材料。考察水庫(kù)周邊工程地質(zhì)概況，通過勘察數(shù)據(jù)分析，確定出水口水庫(kù)主圍堰防滲墻運(yùn)行期間的最大承壓水頭為67m，防滲墻滲流比降J=83.8，初步選定出塑性混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：抗壓強(qiáng)度R28=2.00MPa；擴(kuò)散度40～42cm；滲透系數(shù)K≤1×10-7cm/s；彈性模量 400～500MPa；塌落度 18～20cm；墻體厚度0.80。根據(jù)上述指標(biāo)，進(jìn)行8水平配合比試驗(yàn)，得出最符合的一組配比，如表3中的P0。

表3 水口水庫(kù)塑性混凝土初選和調(diào)整配合比表

在現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)試表3所示配合比P0時(shí)，由于條件的變化，導(dǎo)致攪拌出的混凝土塌落度偏小，也就是說(shuō)和易性受到了影響，不便于澆筑，因此需要增加和易性。根據(jù)表2可以看出，原材料對(duì)和易性都有影響，只有水、粉煤灰和外加劑能增加和易性便于澆筑，因此增加用水量，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)調(diào)整配合比為表3中P1所示。

5 結(jié)論及展望

盡管國(guó)外在塑性混凝土配合比方面已經(jīng)取得了很多研究成果,但由于國(guó)外對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù),我國(guó)在直接利用國(guó)外塑性混凝土的理論技術(shù)方面還有很大的壁壘,因此,在我國(guó)開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適應(yīng)不同工況的塑性混凝土,是擺在我們面前迫切的任務(wù)。塑性混凝土配合比調(diào)整的新方法將在今后的工程應(yīng)用中取得客觀的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)踐基礎(chǔ)。

[1]杜士斌.關(guān)于塑性混凝土防滲墻[J].人民黃河，1987（06）.

[2]程瑤,張美霞.塑性混凝土配合比試驗(yàn)研究及應(yīng)用[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào).2002,19(5).

[3]王四巍，李小超，李楊，等.膨潤(rùn)土及水泥用量對(duì)塑性混凝土變形及破壞特征影響[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2014,42(1).

[4]李清富，張鵬，張保雷.塑性混凝土彈性模量試驗(yàn)研究[J].水力發(fā)電，2005,31(3).

[5]高鐘璞.塑性混凝土及其在水口水電站主圍堰防滲墻中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程應(yīng)用，1990.

TU528

A

1673-8853(2014)18-0067-02

2014-07-10

左英勇）