浅谈塑性混凝土各组分对其性能的影响

□王少凯（华北水利水电大学）

浅谈塑性混凝土各组分对其性能的影响

□王少凯（华北水利水电大学）

为了满足工程上对塑性混凝土性能的不同需求，在阅读、理解大量相关文献基础上，根据现有的施工经验，结合塑性混凝土本身的特点，详尽地总结和分析了塑性混凝土中各组分的选取、用量对其性能的影响。通过归纳总结，得出确定调整配合比的简单实用方法。通过这一方法，可以定性地控制某一种或几种材料的加多加少来改善塑性混凝土性能。通过对水口水电站主围堰在施工过程中的塑性混凝土配合比进行适当调整的实例验证，证明本方法可行，并将在类似工程中取得可观的经济效益。

塑性混凝土；性能；各组分

0 引言

塑性混凝土是由一部分膨润土和黏土等掺合物取代普通混凝土中大部分水泥，经搅拌、浇筑、凝结而成的强度介于土和普通混凝土之间的塑性材料。20世纪50年代末，欧洲人首先研制出这种混合材料，并发现这种材料在破坏之前所能承受的变形比普通混凝土大得多（该材料极限应变一般为普通混凝土的3.3～150倍），最早应用工程的是1959年意大利人修建的SantaLuce坝。1990年，我国首次将其应用于十三陵抽水蓄能电站尾水隧洞进口围堰，在以后修建的小浪底水库大坝、三峡二期围堰等大型工程中，也都得到充分利用。

1 塑性混凝土的组成

1.1 水泥

水泥是水硬性胶结材料，与水作用后会逐渐形成硬化的浆体，与其他材料合成后形成凝固的结晶体，最终形成混凝土中的胶体。

1.2 水

水除了提供水泥水化的需要外，还为塑性混凝土的流动性提供必要条件。

1.3 黏土和膨润土

天然土通常是以一种矿物为主的多种矿物混合体，以高岭石为主的土是黏土，而以蒙脱石为主要矿物的土为膨润土。

1.4 石子

作为塑性混凝土的粗骨料，石子的选择用天然卵石或者人工碎石均可。

1.5 砂

砂的用量直接决定了塑性混凝土的和易性。

1.6 粉煤灰和矿渣

掺入粉煤灰后可增加混凝土的后期强度及和易性，而且能减少用水量，减少骨料分离和泌水。

1.7 外加剂

一般外加剂可以使塑性混凝土的强度提高30%～60%，密实度加大。如:减水剂、缓凝剂、引气剂等。

2 各组分的用量

三峡二期围堰、小浪底等大型工程施工中，用正交设计法和均匀设计法选出几组临近的配合比进行试验，然后根据试验数据，调整配合比，从而优化配合比；在工程规模不是很大且施工区域不具备较好的现场原位试验的情况下，可以类比工程地质状况相似的已建工程，节约部分配合比设计的工作量和试验时间；经初选优化、终选试验、安全复核等步骤，选出适宜于该工程的配合比，进行施工。2004年已发布实施的《水利水电工程混凝土防渗墙施工规范》（DL/T5199-2004），在总结国内外塑性混凝土防渗墙经验教训基础上，对塑性混凝土的各组分用量、胶凝材料的总量以及砂率等做了较为明确的规定。其对塑性混凝土配合比设计公式如公式（1）所示：

式中：W0为1m3塑性混凝土中水的重量,kg；C0为1m3塑性混凝土中水泥的重量,kg；S0为1m3塑性混凝土中砂的重量,kg；G0为1m3塑性混凝土中石子的重量,kg；B0为1m3塑性混凝土中膨润土的重量,kg；Poc为塑性混凝土的密度,kg/m3。

由于材料种类很多，限制其性能的内因外因复杂难测，这就对配合比设计的准确性提出了挑战。表1中列出了专家学者在塑性混凝土方面的研究成果，其配比的理论值和试验值均符合公式（1）。通过这些数据和普通混凝土配合比的比较，可以得出以下结论：①塑性混凝土用水量大；②砂率很高；③水胶比普遍偏大；④胶凝材料用量低。

表1 塑性混凝土配比及其弹性模量和峰值强度表

3 各组分对性能的影响

为了减小塑性混凝土配合比设计的难度，本着减轻设计工作量和对塑性混凝土配合比进行微调的目的，参照表1中P1-1，P1-2和P1-3可以得出：随着用水量的增加，塑性混凝土28d峰值强度逐渐减小，弹性模量也逐渐减小；参照表1中P2-1，P2-2和P2-3可以得出：随着水泥用量的增加，塑性混凝土28d峰值强度逐渐增加，弹性模量也逐渐增加；参照表1中P3-1，P3-2和P3-3可以得出：随着砂子和石子用量的增加，塑性混凝土弹性模量逐步减小；参照表1中P4-1，P4-2和P4-3可以得出：随着膨润土用量的增加，塑性混凝土28d峰值强度逐渐减小，弹性模量也逐渐减小。类比上述分析，并参考相关书籍文献，从中找出塑性混凝土材料中各组分对浇筑状态下和已经成型的塑性混凝土工作性和力学性能等多方面的影响。现结表如下：

表2 塑性混凝土各组分对其各项性能的影响表

例如：水泥对塑性混凝土强度的影响，这里的强度包括了单轴强度、二轴强度、三轴强度和真三轴强度等，水泥对塑性混凝土的强度影响在一定范围内都是使之增加的；水对塑性混凝土的抗渗性影响，在承受范围内总是减小的；膨润土对塑性混凝土的徐变和变形的影响，随着用量的多少，会适当变化。该表说明：当配合出的塑性混凝土的一些性能不满足施工要求时，可以定性地控制某一种或几种材料的加多加少来改善塑性混凝土性能。

4 实例验证

水口水电站位于福建省闽清县境内，它是“七五”期间国家重点工程。水口水电站主围堰在整道防渗墙中采用塑性混凝土材料。考察水库周边工程地质概况，通过勘察数据分析，确定出水口水库主围堰防渗墙运行期间的最大承压水头为67m，防渗墙渗流比降J=83.8，初步选定出塑性混凝土防渗墙的设计指标如下：抗压强度R28=2.00MPa；扩散度40～42cm；渗透系数K≤1×10-7cm/s；弹性模量 400～500MPa；塌落度 18～20cm；墙体厚度0.80。根据上述指标，进行8水平配合比试验，得出最符合的一组配比，如表3中的P0。

表3 水口水库塑性混凝土初选和调整配合比表

在现场施工测试表3所示配合比P0时，由于条件的变化，导致搅拌出的混凝土塌落度偏小，也就是说和易性受到了影响，不便于浇筑，因此需要增加和易性。根据表2可以看出，原材料对和易性都有影响，只有水、粉煤灰和外加剂能增加和易性便于浇筑，因此增加用水量，现场施工时调整配合比为表3中P1所示。

5 结论及展望

尽管国外在塑性混凝土配合比方面已经取得了很多研究成果,但由于国外对知识产权的保护,我国在直接利用国外塑性混凝土的理论技术方面还有很大的壁垒,因此,在我国开发具有自主知识产权、适应不同工况的塑性混凝土,是摆在我们面前迫切的任务。塑性混凝土配合比调整的新方法将在今后的工程应用中取得客观的经济效益和实践基础。

[1]杜士斌.关于塑性混凝土防渗墙[J].人民黄河，1987（06）.

[2]程瑶,张美霞.塑性混凝土配合比试验研究及应用[J].长江科学院院报.2002,19(5).

[3]王四巍，李小超，李杨，等.膨润土及水泥用量对塑性混凝土变形及破坏特征影响[J].硅酸盐学报，2014,42(1).

[4]李清富，张鹏，张保雷.塑性混凝土弹性模量试验研究[J].水力发电，2005,31(3).

[5]高钟璞.塑性混凝土及其在水口水电站主围堰防渗墙中的应用[J].岩石力学与工程应用，1990.

TU528

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1673-8853(2014)18-0067-02

2014-07-10

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