塑性混凝土配合比試驗(yàn)研究及應(yīng)用
2006-06-07 00:00
摘要：塑性混凝土作為一種新型的防滲墻墻體材料，在長(zhǎng)江堤防防滲墻工程中得到了普遍的應(yīng)用。為滿(mǎn)足工程要求的強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)等指標(biāo)，對(duì)塑性混凝土進(jìn)行了配合比試驗(yàn)，選出了符合工程要求的施工配合比。檢測(cè)結(jié)果表明長(zhǎng)江堤防防滲工程中塑性混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(shù)低的特點(diǎn)，能適應(yīng)較大的變形，有利于改善防滲墻體的應(yīng)力狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：塑性混凝土；防滲墻；配合比；滲透系數(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TV431．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1 工程地質(zhì)條件
武漢長(zhǎng)江干堤加固工程攔江堤防滲墻起止樁號(hào)為8+300～10+500，全長(zhǎng)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(zhì)粘土、砂壤土、壤土，部分堤段含有粉細(xì)砂、中細(xì)砂、碎石片、植物根莖等。填筑時(shí)壓實(shí)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(diǎn)
塑性混凝土是一種水泥用量很少并加入了膨潤(rùn)土(有時(shí)摻加粘土、粉煤灰)的混凝土，其水泥膠結(jié)物的粘結(jié)力低，從而使其強(qiáng)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(yīng)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(nèi)變化。
(2)塑性混凝土具有與土層形態(tài)非常相似的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，可以人為地選擇與周?chē)翆討?yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)相吻合的塑性混凝土配合比。
(3)塑性混凝土的極限應(yīng)變值比普通混凝土大得多，普通混凝土的受壓極限應(yīng)變值為e =0.08% ～0.3%，而塑性混凝土在無(wú)側(cè)限條件下的極限應(yīng)變超過(guò)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(qiáng)度有很大的提高，而且?guī)缀跖c圍壓呈直線(xiàn)增大。這就意味著隨著圍壓的增加，塑性混凝土的強(qiáng)度增加了，防滲墻的安全度得以提高。
3 塑性混凝土的技術(shù)指標(biāo)
抗壓強(qiáng)度R28=2 MPa；初始切線(xiàn)模量E0=300～600 MPa(最大允許值E0=1 000 MPa)；滲透系數(shù)K<1×10-7cm／s；澆筑時(shí)混凝土坍落度要求在18～24 cm；凝結(jié)時(shí)間：初凝>6.0 h，終凝<24.0 h。
4 施工配合比試驗(yàn)研究
4．1 主要原材料
(1)水泥：水泥為湖北黃岡水泥總廠(chǎng)生產(chǎn)的425號(hào)普通硅酸鹽水泥，其主要力學(xué)指標(biāo)符合GB171999標(biāo)準(zhǔn)。
(2)膨潤(rùn)土：試驗(yàn)使用湖南澧縣湘北膨潤(rùn)土廠(chǎng)生產(chǎn)的膨潤(rùn)土。主要物理力學(xué)性能見(jiàn)表1。
(3)骨料：細(xì)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(jié)果見(jiàn)表2、表3。
(4)外加劑：試驗(yàn)所用外加劑為吉林開(kāi)山屯生產(chǎn)的木鈣。
4．2 試驗(yàn)配合比及結(jié)果
試驗(yàn)主要依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行[3]?；炷敛捎脵C(jī)械拌和，人工捶搗成型，靜置48 h后拆模，并移至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期，進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，試驗(yàn)配合比見(jiàn)表4，新拌及硬化混凝土性能見(jiàn)表5。
由以上結(jié)果可看出：在其它條件相同時(shí)，隨水泥用量增加，塑性混凝土的強(qiáng)度增大，彈性模量提高。塑性混凝土的這種性質(zhì)，對(duì)于提高墻體強(qiáng)度，改善墻體應(yīng)力和工作特性是十分有利的。同時(shí)，塑性混凝土具有較低的滲透系數(shù)，其值一般在10-7cm／s，能滿(mǎn)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(qiáng)度應(yīng)根據(jù)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、強(qiáng)度保證率及離差系數(shù)等指標(biāo)，依據(jù)SDJ207—82《水工混凝土施工規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定確定[4]?！端姽こ袒炷练罎B墻施工技術(shù)規(guī)范》中指出：一般認(rèn)為泥漿下澆注的混凝土強(qiáng)度只有陸上澆注混凝土強(qiáng)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(qiáng)度可由式(1)計(jì)算得
(1) 式中：R配為塑性混凝土的配制強(qiáng)度(MPa)；R28為塑性混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度(MPa)；t為混凝土強(qiáng)度保證率為95% 時(shí)的概率度。取t=1.645；Cvo為混凝土抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)。
本次設(shè)計(jì)中，R28=2 MPa，Cvo=0.15，代人式(1)計(jì)算得R配=3.2 MPa。因此，試驗(yàn)確定的最優(yōu)施工配合比編號(hào)為WH02。
5 應(yīng)用情況分析
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工取樣，進(jìn)行了塑性混凝土坍落度、凝結(jié)時(shí)間、滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、彈性模量等指標(biāo)的試驗(yàn)。
5．1 坍落度、擴(kuò)散度
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)，塑性混凝土坍落度一般在18～20cm 之間，擴(kuò)散度一般在38～40 cm 之間，全部滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
5．2 凝結(jié)時(shí)間
本次檢測(cè)試樣分別來(lái)自4—1—43，4—2～26，4—3—37Z個(gè)單元，其初凝時(shí)間分別為7.45，6.00，6.30 h，終凝時(shí)間分別為≤ 22 h，≤21 h，≤21 h，均符合設(shè)計(jì)要求。
5．3 滲透系數(shù)
檢測(cè)試樣分別來(lái)自4—2—2，4—2—12，4—1—31三個(gè)單元，其滲透系數(shù)分別為1．96×10-7，2.01×10-7 ，2.01×10-7cm／s，均符合設(shè)計(jì)要求。
5．4 抗壓強(qiáng)度
塑性混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。
5．5 彈性模量
檢測(cè)試樣分別來(lái)自4—2—26，4—2—12，4—1—31三個(gè)單元，其彈性模量分別為347，534，376 MPa，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
綜上所述，塑性混凝土應(yīng)用于長(zhǎng)江干堤防滲加固工程后，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。實(shí)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(jié) 語(yǔ)
(1)長(zhǎng)江干堤堤身填料主要為粉質(zhì)粘土、砂壤土、壤土，土料質(zhì)量較差，這就要求防滲體具有較強(qiáng)的適應(yīng)變形能力。塑性混凝土的主要特點(diǎn)是彈性模量低，極限變形大，能適應(yīng)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(nèi)部的應(yīng)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(jià)。
注：12組試樣全部滿(mǎn)足要求(R28=2 MPa)
(2)塑性混凝土具有很低的滲透系數(shù)，其值一般在101 cm／s以下，能滿(mǎn)足各種規(guī)模防滲墻的要求。
(3)塑性混凝土在長(zhǎng)江干堤防滲加固工程中的成功應(yīng)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(xiàn)：
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[3] SD105- 82，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S]．
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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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