南水北调兴隆水利枢纽围堰防渗墙工程塑性混凝土配合比设计试验研究

曾 伟

（葛洲坝集团试验检测有限公司 湖北 宜昌 443002）

1 前言

塑性混凝土是一种水泥用量较低并掺入部分膨润土(或粘土)的塑性墙体材料，又称为柔性材料。它具有与土层形态非常相似的应力应变曲线，其变形模量接近地基的变形模量，在外荷作用下能适应地基的变形和周围土体的应力应变关系，在强度较低的情况下，墙体也不会开裂。国外自20世纪60年代末就开始采用塑性混凝土作为防渗墙体材料。1989年我国首次将塑性混凝土用于福建水口水电站围堰防渗墙并获成功，随后在水电工程中推广应用。由于塑性混凝土的砂率选择范围大(不宜小于45%)，我国膨润土产地和成因等变异性较大，且膨润土参与了水泥水化反应，但其水化作用尚不明显，塑性混凝土性能的试验方法尚未统一等原因，给塑性混凝土的应用带来很大困难。因此，本研究结合汉江兴隆水利枢纽防渗墙工程，采用工程材料，突破固定水泥用量或膨润土用量的设计方法，采用固定水胶比及胶材之间的比例关系的设计方法，重点研究塑性混凝土的水胶比与强度的关系、膨润土掺量与强度的关系、弹性模量与水胶比和膨润土掺量的关系。为防渗墙塑性混凝土配合比设计做出了新的尝试。

2 塑性混凝土技术要求

根据设计要求，南水北调汉江兴隆水利枢纽防渗墙工程采用塑性混凝土。设计单位对塑性混凝土提出了如下技术要求:①抗压强度 R28≥6.0MPa；弹性模量E≤1500MPa；②渗透系数 K＜10-6cm/s；③坍落度为180mm～220mm，扩散度为340mm～380mm。

表1 水泥物理力学性能检测成果表

3 原材料及配合比设计

3.1 原材料

⑴水泥:采用葛洲坝水泥厂（荆门）P.C 32.5水泥。水泥物理力学性能检测成果见表1。

表2 粉煤灰品质检测成果表

表3 砂颗粒级配检测成果表

表4 塑性混凝土配合比表

表5 塑性混凝土试验成果表

图1 水胶比与强度的关系图

⑵粉煤灰：采用国电长源荆门热电厂Ⅱ级粉煤灰，其品质检测见表2。

⑶砂：采用浠水天然黄砂，含泥量1.2%。砂颗粒级配检测成果见表3。

⑷石：采用京山鸭骨山(5～20)mm碎石，含泥量0.2%，坚固性为4%。符合《汉江兴隆水利枢纽围堰防渗墙技术要求》。

⑸膨润土：采用湖南澧县膨润土。

⑹减水剂：采用陕西博宇外加剂厂NFR缓凝高效减水剂，掺量为0.8%，减水率为19.3%。

⑺拌和用水：采用宜昌城区饮用水。

3.2 配合比设计

塑性混凝土的水泥、膨润土用量以及其间的比例关系，对塑性混凝土强度、弹性模量和渗透系数有很大的影响。为降低塑性混凝土的强度和弹摸，提高混凝土防渗能力，塑性混凝土膨润土掺量比较高，砂率一般都在60%以上。

本配合比设计采用2个试验系列：①固定粉煤灰掺量15%，砂率为70%，膨润土掺量为20%，变化水胶比分别为 0.8、0.9、1.0；②固定粉煤灰掺量15%，砂率为70%，水胶比0.9，变化膨润土掺量为25%、30%。根据委托方技术要求及提供的原材料，进行室内试验，具体配合比见表4，试验成果见表5。

4 塑性混凝土性能分析

4.1 水胶比与强度的关系

根据28天室内配合比试验成果，可得水胶比与强度关系如下：

从图1可知，强度随水胶比的下降而增大，且线性很好。说明塑性混凝土的强度变化受水胶比的影响无异于常态混凝土。

4.2 膨润土掺量与强度的关系

从表5中的2、4、5项可以看出，膨润土的掺量增加后，强度下降较快，但下降值与膨润土的增加量不成比例，即线性不好。尤其是膨润土掺量从20%变化至25%时，强度下降1.85MPa，说明膨润土掺量变化与强度并不成线性关系，针对此问题，还需继续研究。

4.3 弹性模量与水胶比、膨润土掺量的关系

从表5中可以看出，弹性模量随水胶比的增大而减小，随膨润土掺量的增加而减小。弹性模量随水胶比的变化较为均匀；但是随膨润土掺量的变化相差较大，在膨润土掺量由25%变化至30%时，变化幅度下降较大，即当膨润土用量超过70kg/m3时，弹性模量下降趋缓。

5 结论

⑴强度随水胶比的下降而增大，且线性很好。说明塑性混凝土的强度变化受水胶比的影响无异于常态混凝土。

⑵膨润土的掺量增加后，强度下降较快，但下降值与膨润土的增加量不成比例，即线性不好。说明膨润土掺量变化与强度并不成线性关系，针对此问题，还需继续研究。

⑶弹性模量随水胶比的增大而减小，随膨润土掺量的增加而减小。弹性模量随水胶比的变化较为均匀；但是随膨润土掺量的变化相差较大，在膨润土掺量由25%变化至30%时，变化幅度下降较大，即当膨润土用量超过70kg/m3时，弹性模量下降趋缓。陕西水利