摘要：对黏土配制水利水电工程围堰防渗墙塑性混凝土进行配合比试验、黏土掺入方法以及性能试验方法等研究，结果表明：黏土配制塑性混凝土具有和易性好、可自流平、低弹性模量、抗渗能力强等特点；合理的配合比设计可较大幅度减少水泥用量、降低工程造价；黏土资源丰富、就地取材的特点在水利工程围堰防渗墙塑性混凝土应用上具有很大的优越性。
关键词：水利工程防渗墙；塑性混凝土；黏土
塑性混凝土防渗墙技术在我国水利水电行业的应用始于20世纪50年代末期，它是一种以膨润土、黏土等掺合料取代普通混凝土中部分水泥而形成的防渗墙材料，它具有低强度、低弹性模量和大应变、防渗性能好等特性，在水利工程的围堰防渗中应用较多。黏土是一种常见物质，分布于全国的各个地区，资源较为丰富，就地取材，十分方便，如能很好地利用会给工程带来经济效益。本研究以四川大渡河枕头坝一级水电站一期围堰塑性混凝土防渗墙施工项目为依托，进行黏土配制塑性混凝土配合比及性能试验研究。
1塑性混凝土防渗墙
在对围堰防渗墙塑性混凝土进行设计时强调，应尽量选择黏粒含量在45%以上，含砂量在5%以下以及塑性指数在20以上的黏土，要求黏土二氧化硅和黏土三氧化二铝比值，要保持在3～4。在实际进行黏土挑选中，试验人员应结合本次工程实况，通过实施化学以及物理检测，按照检测结果科学进行黏土选择与塑性混凝土配制。
2黏土配制塑性混凝土掺入方法试验研究
黏土为就地取材，其开采后的原料内含有部分的石子及其他物质，如掺入到混凝土中，需对其进行进一步的处理，使其满足塑性混凝土对黏土的相关技术要求结合现场施工条件及混凝土拌制工艺，选用了两种方法进行试验：干掺法和泥浆法。
干掺法：将黏土风干后，碾碎成粉状，先后用孔径5mm、2mm及0.5mm的筛子筛出粉状颗粒，掺拌均匀形成土粉，按比例直接加入混凝土中进行试验。此方法虽然能非常准确地掌握黏土的用量，但从开采出的黏土原料到加工成成品的黏土土粉，其过程较为复杂、工效低，成本相对较高，且在实际施工过程中可操作性小。
泥浆法：为考虑到拌和用水量控制、泥浆稳定性及可操作性，在孔槽护壁泥浆制备方法上进行改进，具体方法为将采集的湿黏土先将较大的石子剔除，进行天然含水率检测，再根据含水率计算湿黏土重量，在泥浆池中加入水进行搅拌成浆，再将配好的泥浆用孔径2.5mm的筛子进行过滤，为保证浆液均匀不分散，掺入少量的纯碱。搅拌均匀后，进行检测浆液初始比重、漏斗粘度及含砂量，静置24h后再次检测浆液比重、漏斗粘度及含砂量，经反复试验，最终确定浆液配合比为水∶黏土∶纯碱＝1∶0.75∶0.025（黏土为根据含水量换成的干土质量），浆液密度控制在（1.4±0.1）g/cm3，漏斗黏度宜控制在（35±5）s，含砂量宜控制在5%以内，拌制出的泥浆性能较稳定。
3黏土配制塑性混凝土的配合比设计试验研究
塑性混凝土的配合比与普通混凝土相比有很大不同。塑性混凝土强度低、抗渗要求高、弹性模量要求较低，一般应用于围堰防渗墙混凝土中，采用水下导管灌注，要求其拌和物流动性、粘聚性好，不易离析，能自流平、自密实，坍落度损失小。如配合比设计不当，易产生泌水、离析等现象，对塑性混凝土质量造成影响。通过配合比试验可以得出，单掺黏土塑性混凝土配合比与普通混凝土相比有很大的不同，主要体现在以下几个方面：
（1）砂率较大。增大砂率一方面可以有效降低混凝土的弹性模量，但随之也会造成混凝土单位用水量的增加，在水灰比一定的情况下，使混凝土强度有所降低，达到低强度要求。
（2）水灰比较大，水泥用量较低。塑性混凝土对强度要求较低，一般为2～5MPa，而通过内掺一定量的黏土，有效降低了水泥和粉煤灰的用量，较为经济。
（3）黏土掺入宜控制在胶材总量的15%～20%。随黏土用量的增加，塑性混凝土的强度和弹性模量都逐渐降低。
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（4）应掺入一定的高效减水剂，一方面可改善混凝土的和易性，增强混凝土的耐久性能，另一方面可减少胶凝材料用量，满足经济性要求。
4黏土配制塑性混凝土的性能试验
4.1静力抗压弹性模量试验方法
采用不同加荷速率情况下抗压弹性模量试验、全标距与标准标距的抗压弹性模量对比试验。结果表明：
（1）优先选用150mm×150mm×300mm的棱柱体试件，也可采用Φ150mm×300mm的圆柱体试件。
（2）加荷速率在0.05～0.3MPa/s之间时，塑性混凝土强度在2～8MPa时，加荷速率对混凝土的强度、弹性模量影响较小。
（3）塑性混凝土其轴压强度及弹性模量较低，在轴向抗压过程中，其纵向的压应变受横向的拉应变影响太大，且塑性混凝土坍落度较大，试件内部均匀性相对较差，采用150mm测量标距时的静力抗压弹性模量值与工程实际值相差较大，全标距和标准标距的弹性模量结果有较大的差别，差5倍左右。
（4）是否预压。规范要求最大预压应力约为试件破坏强度的20%，且不超过0.5MPa，对最终试验结果不会产生影响，而且预压主要考虑试件对中，从而降低两个应变计量之间的误差，保证试验结果准确性。由于塑形混凝土的抗压强度较低，宜以0.01～0.02MPa/s的速率缓慢均匀施加压力进行预压，预压时应严格控制好加荷速率和预压压力。
（5）计算方法。塑性混凝土性质与普通混凝土不同，其抗压过程曲线与普通混凝土有差异。塑性混凝土在弹性变形前有较长一段塑性变形过程，0.5MPa对应的点在塑性变形阶段，按照DL/T5150《水工混凝土试验规程》采用0.5MPa和40%破坏应力两点计算弹性模量与采用变形曲线上直线段斜率计算的结果相差较大。分析塑性混凝土整个变形过程，弹性阶段基本在破坏应力的20%～40%范围，因此，试验采用破坏应力的20%与40%两点计算塑性混凝土弹性模量值
4.2渗透系数试验方法
目前，我国对混凝土抗渗性能评定的指标采用抗渗等级，此方法虽简单直观，但由于塑性混凝土的抗渗性要远低于混凝土，如果对塑性混凝土也采用抗渗等级评定指标，则抗渗等级不能准确地反映塑性混凝土的实际抗渗能力。所以本研究在DL/T5150中4.22混凝土相对抗渗性方法的基础上，结合土工渗透系数试验方法，总结出一种既简单易行、又比较准确反映材料性能的测试方法。计算公式如下：
Kt＝QL/AHt
式中，Kt为渗透系数，cm/s；Q为t时间内累积渗透水量，cm3；L为试样高度，cm；A为试样透水顶面横截面积，cm2；H为水压力，以水柱高度表示，cm，1MPa水压力以水柱高度表示为10200cm；t为渗水稳定后测定累积渗透水量时间，s。
结束语：
黏土是一种常见物质，分布于全国各地，资源非常丰富，就地取材，十分方便。本研究的试验结果表明：黏土配制塑性混凝土具有和易性好、可自流平、低弹性模量、抗渗能力强等特点；合理的配合比设计可较大幅度地减少水泥的用量、降低工程造价；黏土资源丰富、就地取材的特点在水利工程围堰防渗墙塑性混凝土应用上具有很大的优越性。
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论文作者:郭辉,唱建波,王凯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/1
标签：混凝土论文; 塑性论文; 黏土论文; 弹性模量论文; 防渗墙论文; 围堰论文; 预压论文; 《基层建设》2019年第10期论文;