吳劍峰

(廣東水電二局股份有限公司，廣州 511340)

1 概 述

防滲墻施工技術(shù)施工簡便、結(jié)構(gòu)可靠、防滲效果良好，且造價不高，是我國水利水電和地下工程防滲處理首選技術(shù)[1-2]。防滲墻技術(shù)最早起源于20世紀(jì)50年代的歐洲，適用于各類地層環(huán)境，對工程滲漏與流土問題的防治效果良好，因此在國內(nèi)外都得到廣泛的應(yīng)用[3-5]。然而，當(dāng)前水利工程普遍存在一些病險，部分防滲墻因受材料性能和施工工藝的影響而出現(xiàn)防滲效果欠佳的狀況，導(dǎo)致工程運(yùn)行出現(xiàn)不穩(wěn)定因素，產(chǎn)生安全隱患，因此加強(qiáng)對防滲墻性能的研究至關(guān)重要[6-8]。目前，國內(nèi)外對防滲墻性能進(jìn)行了相關(guān)研究，取得一系列較好成果。李書華[9]通過現(xiàn)場分析驗證得出水庫除險加固采用低彈?；炷练罎B墻對大壩壩體進(jìn)行防滲加固處理,效果良好。宋帥奇等[10]基于無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗、直剪試驗和滲透試驗,研究了水泥窯灰取代水泥配制土-膨潤土-水泥窯灰塑性混凝土的基本性能。吳剛[11]針對不同類型外加劑對防滲墻混凝土自密實性能的影響展開了研究,對原材料及試驗方法作了詳細(xì)的說明介紹,并對實驗結(jié)果進(jìn)行了系統(tǒng)的論述和分析。李嘉[12]從室內(nèi)試驗、模型試驗、數(shù)值模擬、理論分析等諸多方面入手,著重研究了高聚物防滲墻土質(zhì)堤壩地震響應(yīng)特性及其抗震性能。

塑性混凝土是當(dāng)前防滲墻使用最多的材料之一，具有極低的彈性模量、抗拉強(qiáng)度高、防水抗?jié)B性能好等特點，能適應(yīng)較大變形。因此，本文以塑性混凝土為研究對象，通過室內(nèi)試驗探究粗骨料含量對塑性混凝土抗壓強(qiáng)度、透水性能以及破壞方式的影響，得出最優(yōu)配合比，研究成果可為相關(guān)工程提供參考。

2 工程概況

珠江三角洲水資源配置工程由輸水干線(鯉魚洲取水口至羅田水庫)、深圳分干線(羅田水庫至公明水庫)、東莞分干線(羅田水庫至松木山水庫)和南沙支線(高新沙水庫至黃閣水廠)組成，輸水線路總長度113.2 km。本標(biāo)段位于佛山市順德區(qū)，沖積平原地貌為主，零星分布?xì)埱鹑绱蠼鹕剑傮w上地形平坦，地表多為農(nóng)田魚塘，線路穿越西江、甘竹溪(順德支流) 等大型水道及南二環(huán)高速等交通要道。沿線基巖分布主要為白堊系下統(tǒng)百足山組(K1b)泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、砂礫巖、泥巖等，在大金山局部揭露有奧陶系侵入的細(xì)粒斑狀黑云母二長花崗巖(O1ηγ)，與白堊系地層呈沉積接觸。白堊系地層以泥質(zhì)粉砂巖為主，局部夾泥巖、砂巖、砂礫巖、礫巖，礫巖礫石成分復(fù)雜，磨圓度、分選性差，膠結(jié)以泥質(zhì)為主，局部為鈣質(zhì)，該層巖層產(chǎn)狀傾角平緩，主要產(chǎn)狀為N20°～30°W/NE∠10°～15°，厚層狀～巨厚層狀。

3 試驗原材料

常規(guī)混凝土防滲墻混凝土配合比均以塑性混凝土為主，它具有極低的彈性模量、抗拉強(qiáng)度高、防水抗?jié)B性能好等特點，能適應(yīng)較大變形。由于它的這些特性使得塑性混凝土防滲墻在荷載作用下墻內(nèi)應(yīng)力值很低，克服了剛性混凝土防滲墻易產(chǎn)生裂縫的缺點。塑性混凝土在配合比方面的特點是水泥用量較少，一般約為80～170 kg/m3，此外還需摻加膨潤土，細(xì)骨料可用天然砂或機(jī)制砂，粗骨料宜用5～20 mm的連續(xù)級配小石子，本文根據(jù)該特點設(shè)計的混凝土配合比見表1。其中，水泥含量131.5 kg/m3，水263.4 kg/m3，膨潤土60.3 kg/m3，黏土130.5 kg/m3，細(xì)砂130.5 kg/m3；而粗骨料含量分別設(shè)置6種量值，以考察粗骨料含量對混凝土性能的影響。

表1 混凝土配合比設(shè)計

本文采用P·O 42.5 硅酸鹽水泥，質(zhì)量符合《通用硅酸鹽水泥》(GB 175-2007)的要求。此外，骨料采5～20 mm的連續(xù)級配碎石，性能指標(biāo)符合《建設(shè)用卵石、碎石》(GB/T 14685-2011)中二類碎石要求。膨潤土以及黏土均取自周邊地區(qū)，試樣性能參考《水工混凝土施工規(guī)范》(SL 677-2014)、《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》(SL 174-2014)的驗收標(biāo)準(zhǔn)。混凝土試樣制備標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50164-2011)、《普通混凝土拌和物性能試驗方法》(GB/T 50080-2002)進(jìn)行。試驗時先采用人工攪拌，攪拌時先往骨料中加入水進(jìn)行攪拌，骨料表面均被潤濕后再加水泥拌和，形成包裹骨料表面的水泥殼，之后加入膨潤土、黏土、砂子，最后加入剩余水量的水?dāng)嚢杈鶆颍员ＷC必要的強(qiáng)度和透水性。試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm， 待觀察無任何凝結(jié)跡象、抗壓強(qiáng)度無任何退化后，送入養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28 d。圖1為試樣和抗壓強(qiáng)度測試儀器。

圖1 試樣和抗壓強(qiáng)度測試儀器

4 混凝土抗壓強(qiáng)度

圖2為不同粗骨料含量下混凝土養(yǎng)護(hù)7、14和28 d天時的抗壓強(qiáng)度。由圖2可知，當(dāng)粗骨料含量為770.8～1 028.7 kg/m3時，混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)明顯增長趨勢；當(dāng)粗骨料含量為1 120.6～1 230.8 kg/m3時，混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)劣化。當(dāng)混凝土養(yǎng)護(hù)天數(shù)為7 d時，粗骨料含量為770.8、875.5、912.9、1 028.7、1 120.6和1 230.8 kg/m3的抗壓強(qiáng)度分別為0.3、0.35、0.42、0.51、0.49和0.43 MPa；當(dāng)混凝土養(yǎng)護(hù)天數(shù)為14 d時，抗壓強(qiáng)度分別為1.7、1.76、1.95、2.23、2.12和2.08 MPa；當(dāng)混凝土養(yǎng)護(hù)天數(shù)為28 d時，抗壓強(qiáng)度分別為2.3、2.45、2.56、2.95、2.76及2.85 MPa。出現(xiàn)這一現(xiàn)象是由于混凝土防滲墻材料屬于低強(qiáng)度等級混凝土，膠凝材料用量少，漿體也少；適當(dāng)增加骨料粒徑，減少比表面積，可以減少漿體用量，增加混凝土的密實度，提高混凝土強(qiáng)度。但也不是粒徑越大，混凝土強(qiáng)度越高。在高強(qiáng)度等級的混凝土中，骨料的粒徑越大，存在缺陷的幾率越大。在混凝土拌和物中，顆粒大的骨料下沉速度也越快，造成混凝土勻質(zhì)性差，強(qiáng)度低。

圖2 不同纖維含量且不同混凝土養(yǎng)護(hù)天數(shù)下混凝土抗壓強(qiáng)度

5 混凝土透水性能

圖3為不同粗骨料含量下混凝土養(yǎng)護(hù)7、14和28 d天時的滲透系數(shù)。由圖3可知，當(dāng)混凝土養(yǎng)護(hù)天數(shù)為7 d時，粗骨料含量為770.8、875.5、912.9、1 028.7、1 120.6和1 230.8 kg/m3的混凝土滲透系數(shù)分別為3.1、3.5、3.7、4.1、4.3和4.5 cm/s；當(dāng)混凝土養(yǎng)護(hù)天數(shù)為14 d時，滲透系數(shù)分別為4.9、5.1、5.3、5.7、5.9和6.2 cm/s；當(dāng)混凝土養(yǎng)護(hù)天數(shù)為28 d時，滲透系數(shù)分別為5.3、5.5、5.8、6.3 、6.5和6.7 cm/s。根據(jù)試驗結(jié)果可知，隨著粗骨料含量增多，混凝土滲透性也逐漸增大。這是由于粗骨料增多，水泥漿的比例減小，入模成型后水泥漿不易因重力作用沿著骨料表面下滑，造成骨料之間孔隙很少被填充，即有效孔隙率降低；而孔隙率越大，孔隙互相貫通率越大，形成開放性泌水通道就越多，增大了有效過水面積，因此透水混凝土的透水性能就越強(qiáng)。

圖3 不同纖維含量且不同混凝土養(yǎng)護(hù)天數(shù)下混凝土滲透系數(shù)

6 混凝土破壞方式

圖4為微觀混凝土破壞放大1 000倍的SEM圖。

圖4 微觀混凝土破壞放大1 000倍的SEM圖

由圖4可知，微裂縫極易從骨料與水泥砂漿界面產(chǎn)生，并向水泥基體生長和擴(kuò)展，離子遷移和溶液滲透也最容易將該區(qū)域作為快速通道，同時界面處的裂縫不斷延伸和擴(kuò)展最后導(dǎo)致混凝土的破壞，故相對于骨料和水泥砂漿基體本身來說，這些界面和界面過渡區(qū)被認(rèn)為是混凝土最薄弱的環(huán)節(jié)。試樣A1、A3、A5的骨料與漿料之間的貼合較為緊密，而其他3種粗骨料含量下，骨料和漿體界面結(jié)合比漿體和漿體界面結(jié)合處存在更多的微細(xì)裂縫，界面連接主要以片狀水化產(chǎn)物垂直連接，界面結(jié)合處水化產(chǎn)物較為疏松，界面連接密實程度比漿體和漿體界面連接要弱。

7 結(jié) 論

本文以塑性混凝土為研究對象，通過室內(nèi)試驗，探究了粗骨料含量對塑性混凝土抗壓強(qiáng)度、透水性能以及破壞方式的影響。結(jié)果表明，當(dāng)粗骨料含量為770.8～1 028.7 kg/m3時，混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯增長趨勢；當(dāng)粗骨料含量為1 120.6～1 230.8 kg/m3時，混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)劣化；隨著粗骨料含量增多，混凝土滲透性也逐漸增大。此外，電鏡掃描結(jié)果表明，骨料和漿體界面結(jié)合比漿體和漿體界面結(jié)合處存在更多的微細(xì)裂縫，界面連接主要以片狀水化產(chǎn)物垂直連接，界面結(jié)合處水化產(chǎn)物較為疏松，界面連接密實程度比漿體和漿體界面連接要弱。