黏土塑性混凝土在防滲墻施工中的應(yīng)用
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謝 武1 黎龍鳳2 王 楠1
（1．中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津301700；2．高郵市水利局，江蘇高郵 225600）
【摘要】 水電工程防滲墻施工中，通常采用膨潤土作為塑性混凝土的塑性材料。本文通過與膨潤土塑性混凝土的性能對(duì)比分析，確定黏土代替膨潤土在塑性混凝土防滲墻應(yīng)用中的各種參數(shù)，為類似工程提供借鑒。
【關(guān)鍵詞】 黏土；塑性混凝土；防滲墻；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TV44 文章編號(hào)：1005-4774( 2016) 04-0009-05
塑性混凝土是一種水泥用量較低，摻加較多膨潤土、黏土等材料的大流動(dòng)性混凝土，它具有低強(qiáng)度、低彈模和大應(yīng)變等特性。由于其彈性模量可達(dá)2000MPa以下，是一種柔性材料，可以很好地與較軟的基礎(chǔ)相適應(yīng)，具有初始彈模低，極限應(yīng)變大，能適應(yīng)較大變形，可以改善防滲墻的應(yīng)力狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)；還能節(jié)省水泥使用量，降低工程造價(jià)；可以就地取材，便于施工，具有很好的防滲性能，在水利工程防滲中應(yīng)用較多。
中國在20世紀(jì)80年代中期才開始研究塑性}昆凝土，1996年水利部首次將它列為防滲墻的墻體材料，這標(biāo)志著中國塑性混凝土防滲墻技術(shù)趨于成熟。塑性混凝土在配合比方面的特點(diǎn)是水泥用量較少，一般約為80~ 170kg/m3，此外還需摻加部分黏土或（和）膨潤土，對(duì)其他材料用量的要求與一般混凝土基本相同。本文通過室內(nèi)試驗(yàn)研究膨潤土與純黏土兩種塑性混凝土性能的差別，分析黏土塑性混凝土代替膨潤土塑性混凝土的可能性，為工程實(shí)際應(yīng)用中降低施工成本提供支持。
1工程概述
西藏甲瑪溝尾礦庫基礎(chǔ)壩防滲墻工程位于拉薩市墨竹工卡縣甲瑪鄉(xiāng)，平均海拔4100m，施工作業(yè)面兩面環(huán)山，山體表層含黏土，晝夜溫差大，高寒缺氧，風(fēng)沙較大。其工程主體內(nèi)容為防滲墻約5.5萬m2，最大槽深110m。
2技術(shù)要求
根據(jù)《水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》( DL/T 5199-2004)的要求和工程施工經(jīng)驗(yàn)，確定混凝土主要技術(shù)指標(biāo)如表1所列。
2.1 水泥
試驗(yàn)采用P．042.5水泥，其各項(xiàng)參數(shù)檢測(cè)結(jié)果滿足《通用硅酸鹽水泥》( GB 175-2007)要求。檢測(cè)結(jié)果見表2。
2．2砂石骨料
試驗(yàn)采用中砂和小石，其品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果滿足《水工混凝土施工規(guī)范》( DUT 5144-2001)技術(shù)要求，檢測(cè)結(jié)果見表3和表4。
2.3 外加劑
試驗(yàn)采用UNF-3緩凝高效減水劑，其品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果滿足《混凝土外加劑》( GB 8076-2008)技術(shù)要求，檢測(cè)結(jié)果見表5。
2.4黏土和膨潤土
試驗(yàn)采用的兩種土為鈣質(zhì)膨潤土和黏土（山土經(jīng)破碎、篩分加工后的粉土）。兩種土的物理性能如表6所列。
3.1 單摻膨潤土塑性混凝土
按照表1設(shè)計(jì)的要求，確定塑性的配合比如表7所列。
試驗(yàn)時(shí)采取固定土的含量，調(diào)整水的用量來確定最佳摻量。單摻膨潤土塑性混凝土物理力學(xué)性能如表8所列。
3.2 黏土膨潤土復(fù)合塑性混凝土
按照表1設(shè)計(jì)的要求，確定塑性的配合比如表9所列。
試驗(yàn)時(shí)采取固定土的含量，調(diào)整水的用量來確定最佳摻量。黏土膨潤土復(fù)合塑性混凝土物理力學(xué)性能見表10。
3.3 黏土塑性混凝土
按照表1設(shè)計(jì)的要求，確定塑性的配合比如表11所列。
試驗(yàn)時(shí)采取固定土的含量，調(diào)整水的用量來確定最佳摻量。黏土塑性混凝土物理力學(xué)性能如表12所列。
3.4結(jié)果分析
試驗(yàn)按照不同土材進(jìn)行，按照膠凝材料（水泥和土）固定，黏土含量占膠凝材料的比例不同進(jìn)行對(duì)比，分析黏土含量變化對(duì)塑性混凝土性能的影響。
3.4.1 工作性能分析
根據(jù)塑性混凝土的配合比進(jìn)行試拌試驗(yàn)，測(cè)定拌和物的工作性能，得到新拌混凝土拌和物的工作性能，將檢測(cè)結(jié)果作圖處理如圖1所示。
從圖1可以看出，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制坍落度和擴(kuò)散度在指標(biāo)范圍內(nèi)，隨著黏土摻量的增加，塑性混凝土的坍落度和擴(kuò)散度逐漸增大。膨潤土礦物組成主要為蒙脫石，蒙脫石的吸水膨脹作用使其顆�？梢酝ㄟ^正負(fù)電荷作用吸附大量的水分子，而黏土顆粒的吸水膨脹作用較差一些，因此，隨著黏土含量的增加，吸收水分的能力變差，坍落度和擴(kuò)散度逐漸增大，黏聚力變差，工作性能下降。
3.4.2 力學(xué)性能分析
根據(jù)塑性混凝土的配合比進(jìn)行試拌試驗(yàn)，成型后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，到達(dá)齡期進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和彈性模量檢測(cè)，力學(xué)性能結(jié)果如圖2所示。
從圖2可以看出，隨著黏土摻量的增加，抗壓強(qiáng)度和彈性模量逐漸降低。塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度與黏土摻量比例相關(guān)，黏土摻量比例越高，強(qiáng)度越低，彈性模量與強(qiáng)度也是正比例關(guān)系，強(qiáng)度越低，彈模越小。從工作性能分析，因吸收水分效果不同，導(dǎo)致水泥和水的比例不同，因此，強(qiáng)度和彈性模量不同。從作用機(jī)理來看，一般認(rèn)為在水泥水化過程中，水化產(chǎn)物鈣礬石與膨潤土中蒙脫石較好地結(jié)合在一起，蒙脫石層狀結(jié)構(gòu)能有效地填充水泥水化孔隙，從而形成更加致密的結(jié)構(gòu)，可以提高混凝土強(qiáng)度。
3.4.3抗?jié)B性能分析
根據(jù)塑性混凝土的配合比進(jìn)行試拌試驗(yàn)，成型后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，到達(dá)齡期進(jìn)行抗?jié)B性能檢測(cè)，滲透系數(shù)結(jié)果如圖3所示。
從圖3可以看出，隨著黏土摻量的增加，滲透系數(shù)逐漸增大。膨潤土中蒙脫石能夠吸附數(shù)倍于本體積的水量，吸水后體積膨脹數(shù)倍，可將膨潤土泥漿擠壓至水泥水化孔隙中，加上力學(xué)性能分析中，膨潤土可以與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)，綜合作用提高整體的防滲能力。黏土比例的增加，這種能力逐漸變?nèi)酢?
綜合三類配比分析，在塑性混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)條件下，黏土塑性混凝土性能基本可以滿足施工要求，用于現(xiàn)場施工。
4施工應(yīng)用及效果
4.1應(yīng)用效果分析
西藏甲瑪溝尾礦庫基礎(chǔ)壩防滲墻工程尾礦庫基礎(chǔ)壩，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置垂直防滲，在壩基上游坡腳12m處設(shè)置一排地下連續(xù)墻，設(shè)計(jì)要求地下連續(xù)墻深入強(qiáng)風(fēng)化糜棱巖以下1.5~ 2m，地下連續(xù)墻滲透系數(shù)要求在5 x10-6～5 x10-7 cm/s；當(dāng)設(shè)計(jì)墻深小于60m時(shí)，設(shè)計(jì)墻厚0. 8m，工程量為14021.79 m2；當(dāng)設(shè)計(jì)墻深大于60m時(shí)，設(shè)計(jì)墻厚1m，工程量為39387.17m2；防滲墻最深達(dá)110m。
工程塑性混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)詳見表1，工程初期山體邊坡開挖的黏土經(jīng)過晾曬、風(fēng)干、除雜、烘干、粉磨、裝袋運(yùn)輸至現(xiàn)場混凝土攪拌站，防滲墻澆筑時(shí)混凝土按表13配合比進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，經(jīng)施工檢驗(yàn)，黏土塑性混凝土工作性能基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，28d強(qiáng)度和抗?jié)B試驗(yàn)檢測(cè)合格。經(jīng)過檢查孔取芯試驗(yàn)得出檢測(cè)結(jié)果符合預(yù)期要求。
4.2經(jīng)濟(jì)效益分析
從表14可以看出膨潤土從內(nèi)地進(jìn)貨運(yùn)輸至現(xiàn)場約860元／t，從現(xiàn)場加工制作可降低成本，實(shí)際單價(jià)為300元／t，按工程量50604.60 m3計(jì)，每方混凝土使用土為70kg，則可以節(jié)省費(fèi)用約198.37萬元。從內(nèi)地運(yùn)輸至施工現(xiàn)場物流需要時(shí)間為10~15d，現(xiàn)場加工制作需要時(shí)間為5～7d，大大節(jié)約原料供應(yīng)時(shí)間，可節(jié)約工程施工工期。
5結(jié)論
通過試驗(yàn)研究、性能綜合分析、工程應(yīng)用實(shí)踐，可知黏土塑性混凝土代替膨潤土塑性混凝土可達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)和效果，保證了工程的質(zhì)量，有效降低了土程造價(jià)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
