□王少凱（華北水利水電大學(xué)）

淺談塑性混凝土各組分對其性能的影響

□王少凱（華北水利水電大學(xué)）

為了滿足工程上對塑性混凝土性能的不同需求，在閱讀、理解大量相關(guān)文獻基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有的施工經(jīng)驗，結(jié)合塑性混凝土本身的特點，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)整配合比的簡單實用方法。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改善塑性混凝土性能。通過對水口水電站主圍堰在施工過程中的塑性混凝土配合比進行適當(dāng)調(diào)整的實例驗證，證明本方法可行，并將在類似工程中取得可觀的經(jīng)濟效益。

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，我國首次將其應(yīng)用于十三陵抽水蓄能電站尾水隧洞進口圍堰，在以后修建的小浪底水庫大壩、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性提供必要條件。

1.3 黏土和膨潤土

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度提高30%～60%，密實度加大。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)計法和均勻設(shè)計法選出幾組臨近的配合比進行試驗，然后根據(jù)試驗數(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)場原位試驗的情況下，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)計的工作量和試驗時間；經(jīng)初選優(yōu)化、終選試驗、安全復(fù)核等步驟，選出適宜于該工程的配合比，進行施工。2004年已發(fā)布實施的《水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》（DL/T5199-2004），在總結(jié)國內(nèi)外塑性混凝土防滲墻經(jīng)驗教訓(xùn)基礎(chǔ)上，對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。其對塑性混凝土配合比設(shè)計公式如公式（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，這就對配合比設(shè)計的準(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度表

3 各組分對性能的影響

為了減小塑性混凝土配合比設(shè)計的難度，本著減輕設(shè)計工作量和對塑性混凝土配合比進行微調(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峰值強度逐漸減小，彈性模量也逐漸減??；參照表1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??；參照表1中P4-1，P4-2和P4-3可以得出：隨著膨潤土用量的增加，塑性混凝土28d峰值強度逐漸減小，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，從中找出塑性混凝土材料中各組分對澆筑狀態(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其各項性能的影響表

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

4 實例驗證

水口水電站位于福建省閩清縣境內(nèi)，它是“七五”期間國家重點工程。水口水電站主圍堰在整道防滲墻中采用塑性混凝土材料?？疾焖畮熘苓吂こ痰刭|(zhì)概況，通過勘察數(shù)據(jù)分析，確定出水口水庫主圍堰防滲墻運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)計指標(biāo)如下：抗壓強度R28=2.00MPa；擴散度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)，進行8水平配合比試驗，得出最符合的一組配比，如表3中的P0。

表3 水口水庫塑性混凝土初選和調(diào)整配合比表

在現(xiàn)場施工測試表3所示配合比P0時，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)場施工時調(diào)整配合比為表3中P1所示。

5 結(jié)論及展望

盡管國外在塑性混凝土配合比方面已經(jīng)取得了很多研究成果,但由于國外對知識產(chǎn)權(quán)的保護,我國在直接利用國外塑性混凝土的理論技術(shù)方面還有很大的壁壘,因此,在我國開發(fā)具有自主知識產(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)濟效益和實踐基礎(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研究及應(yīng)用[J].長江科學(xué)院院報.2002,19(5).

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

[4]李清富，張鵬，張保雷.塑性混凝土彈性模量試驗研究[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.

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2014-07-10

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