塑性混凝土配合比試驗研究及應用
摘要：塑性混凝土作為一種新型的防滲墻墻體材料，在長江堤防防滲墻工程中得到了普遍的應用。為滿足工程要求的強度、彈性模量、滲透系數等指標，對塑性混凝土進行了配合比試驗，選出了符合工程要求的施工配合比。檢測結果表明長江堤防防滲工程中塑性混凝土的各項指標均滿足設計要求。塑性混凝土具有初始彈性模量低，極限變形大，滲透系數低的特點，能適應較大的變形，有利于改善防滲墻體的應力狀態(tài)。
關鍵詞：塑性混凝土；防滲墻；配合比；滲透系數
中圖分類號：TV431．2 文獻標識碼：B
1 工程地質條件
武漢長江干堤加固工程攔江堤防滲墻起止樁號為8+300～10+500，全長2.2 km。堤身填筑土一般為歷年分期填筑，就近取土加高培厚而成，主要為粉質粘土、砂壤土、壤土，部分堤段含有粉細砂、中細砂、碎石片、植物根莖等。填筑時壓實程度不均勻，防滲性能差，極大地威脅著大堤的安全，必須采取防滲加固措施[1]。該段防滲加固的主體工程為塑性混凝土防滲墻。
2 塑性混凝土的特點
塑性混凝土是一種水泥用量很少并加入了膨潤土(有時摻加粘土、粉煤灰)的混凝土，其水泥膠結物的粘結力低，從而使其強度大大降低，塑性變大。塑性混凝土防滲墻具有彈性模量低、極限應變大的優(yōu)良特性，大大提高了防滲墻的安全性[2]。塑性混凝土的優(yōu)良l生能主要取決于它的以下特性：
(1)塑性混凝土具有極低的變形模量，而且可以人為控制其配合比，使其變形模量在較大范圍內變化。
(2)塑性混凝土具有與土層形態(tài)非常相似的應力應變曲線，可以人為地選擇與周圍土層應力應變曲線相吻合的塑性混凝土配合比。
(3)塑性混凝土的極限應變值比普通混凝土大得多，普通混凝土的受壓極限應變值為e =0.08% ～0.3%，而塑性混凝土在無側限條件下的極限應變超過1%，比普通混凝土大幾倍甚至幾十倍。
(4)在三向受力條件下塑性混凝土的強度有很大的提高，而且?guī)缀跖c圍壓呈直線增大。這就意味著隨著圍壓的增加，塑性混凝土的強度增加了，防滲墻的安全度得以提高。
3 塑性混凝土的技術指標
抗壓強度R28=2 MPa；初始切線模量E0=300～600 MPa(最大允許值E0=1 000 MPa)；滲透系數K<1×10-7cm／s；澆筑時混凝土坍落度要求在18～24 cm；凝結時間：初凝>6.0 h，終凝<24.0 h。
4 施工配合比試驗研究
4．1 主要原材料
(1)水泥：水泥為湖北黃岡水泥總廠生產的425號普通硅酸鹽水泥，其主要力學指標符合GB171999標準。
(2)膨潤土：試驗使用湖南澧縣湘北膨潤土廠生產的膨潤土。主要物理力學性能見表1。
(3)骨料：細骨料為湖北浠水縣河砂，為Ⅱ區(qū)中砂。粗骨料為湖北浠水縣碎石。骨料物理性能及篩分結果見表2、表3。
(4)外加劑：試驗所用外加劑為吉林開山屯生產的木鈣。
4．2 試驗配合比及結果
試驗主要依據《水工混凝土試驗規(guī)程》進行[3]。混凝土采用機械拌和，人工捶搗成型，靜置48 h后拆模，并移至標準養(yǎng)護室養(yǎng)護至試驗齡期，進行混凝土試驗，試驗配合比見表4，新拌及硬化混凝土性能見表5。
由以上結果可看出：在其它條件相同時，隨水泥用量增加，塑性混凝土的強度增大，彈性模量提高。塑性混凝土的這種性質，對于提高墻體強度，改善墻體應力和工作特性是十分有利的。同時，塑性混凝土具有較低的滲透系數，其值一般在10-7cm／s，能滿足各種規(guī)模防滲墻的要求。
4．3 確定最優(yōu)的施工配合比
塑性混凝土的配制強度應根據混凝土的設計強度、強度保證率及離差系數等指標，依據SDJ207—82《水工混凝土施工規(guī)范》中的有關規(guī)定確定[4]。《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規(guī)范》中指出：一般認為泥漿下澆注的混凝土強度只有陸上澆注混凝土強度的70%左右。綜合考慮以往塑性混凝土的使用情況，塑性混凝土的配制強度可由式(1)計算得
(1)
式中：R配為塑性混凝土的配制強度(MPa)；R28為塑性混凝土的設計強度(MPa)；t為混凝土強度保證率為95% 時的概率度。取t=1.645；Cvo為混凝土抗壓強度離差系數。
本次設計中，R28=2 MPa，Cvo=0.15，代人式(1)計算得R配=3.2 MPa。因此，試驗確定的最優(yōu)施工配合比編號為WH02。
5 應用情況分析
通過現場施工取樣，進行了塑性混凝土坍落度、凝結時間、滲透系數、抗壓強度、彈性模量等指標的試驗。
5．1 坍落度、擴散度
經現場量測，塑性混凝土坍落度一般在18～20cm 之間，擴散度一般在38～40 cm 之間，全部滿足設計要求。
5．2 凝結時間
本次檢測試樣分別來自4—1—43，4—2～26，4—3—37Z個單元，其初凝時間分別為7.45，6.00，6.30 h，終凝時間分別為≤ 22 h，≤21 h，≤21 h，均符合設計要求。
5．3 滲透系數
檢測試樣分別來自4—2—2，4—2—12，4—1—31三個單元，其滲透系數分別為1．96×10-7，2.01×10-7 ，2.01×10-7cm／s，均符合設計要求。
5．4 抗壓強度
塑性混凝土抗壓強度測定結果見表6。
5．5 彈性模量
檢測試樣分別來自4—2—26，4—2—12，4—1—31三個單元，其彈性模量分別為347，534，376 MPa，均滿足設計要求。
綜上所述，塑性混凝土應用于長江干堤防滲加固工程后，各項指標均達到設計要求。實踐證明，塑性混凝土是一種理想的防滲材料，宜作為江堤加固工程及其它水利水電工程中的防滲墻墻體材料。
6 結 語
(1)長江干堤堤身填料主要為粉質粘土、砂壤土、壤土，土料質量較差，這就要求防滲體具有較強的適應變形能力。塑性混凝土的主要特點是彈性模量低，極限變形大，能適應較大的變形，因此可作為堤身防滲體的首選材料。它有利于改善防滲墻體內部的應力狀態(tài)，大大提高了防滲墻的安全性，且節(jié)省了水泥，明顯降低了工程造價。
注：12組試樣全部滿足要求(R28=2 MPa)
(2)塑性混凝土具有很低的滲透系數，其值一般在101 cm／s以下，能滿足各種規(guī)模防滲墻的要求。
(3)塑性混凝土在長江干堤防滲加固工程中的成功應用表明，塑性混凝土是一種較好的防滲材料，可在水利水電工程中推廣。
參考文獻：
[1] 馬建華．適用于長江中下游干流堤防堤基垂直防滲的新技術[J]．水利水電技術，2001，32(3)：58—60．
[2] 叢藹森．地下連續(xù)墻的設計施工與應用[M]．北京：中國水利水電出版社，2001．
[3] SD105- 82，水工混凝土試驗規(guī)程[S]．
[4] SDJ207-82，水工混凝土施工規(guī)范[S]．
Experim ental study on m ix proportion of plastic and its appliction
CHENG Yao．ZHANG Mei—xia
(China University of geosciences，W uhan 430074，China)
Abstract：As a new m aterial for cutoff wall，plastic concrete was popularly used to reinforce the dike of the Yangtze River．By tests，the construction mix proportion were selected in order to satisfy the demands of the project on plastic concrete，such as strength，permeability coefficient and tangent modulus．During the application of plastic concrete in the dike construction，each coefficient was testified and results showed that they were in agreement with the design requests．The practice proved that plastic concrete，with low initial elastic modulus，large ultimate deformation and low permeability，is compatible to the much deformation and can improve the stress distribution of cutoff wal1．
Key words：plastic concrete；cutoff wall；mix proportion；permeability coefficient
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