泥浆作用下混凝土扩散反应过程的试验研究

杨能辉，陈 芳，熊焕淮

(1.江西省水利科学研究院，江西南昌330029；2.江西省水工安全工程技术研究中心，江西南昌330029)

SL 174—2014《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》[1]规定，对于一期槽段长小于3.0 m的下一根导管，槽段长大于3.0 m，小于6.5 m的下二根导管；对于二期槽段长小于2.0 m的下一根导管，槽段长大于2.0 m，小于5.5 m的下二根导管。然而大量的实际浇筑过程发现[2-5]，泥浆密度比和粘度对槽段内混凝土拌和物坍落度、扩散度影响较大，施工中尽管按规范规定下导管，仍然会出现混凝土拌和物堆积体在槽段内崩塌，使得墙体出现不规则的夹泥层，从而影响防渗墙的施工质量。

防渗墙在成槽及浇筑过程中均用到泥浆护壁工艺，护壁泥浆是保证槽壁稳定最关键的因素[6-10]，不同密度比和粘度的泥浆对混凝土拌合物的坍落度、扩散度有没有影响，影响有多大，目前尚无规范可查，也没有对此方面的研究。因此有必要进行试验研究，确定不同泥浆密度比对混凝土拌和物坍落度、扩散度的影响，以便指导施工，改进施工工艺。

1 试验原材料及设备

1.1 试验原材料

本文试验中采用的水泥为南方牌P.O42.5通用硅酸盐水泥，密度为3 060 kg/m3；粗骨料采用5～40 mm的碎石，表观密度为2 740 kg/m3，且5～20 mm与20～40 mm的碎石质量比为4∶6；细骨料经水洗去除石粉后，测得细度模数为3.45，属粗砂；膨润土采用400目钠质膨润土，颜色呈灰白色，主要成分是蒙脱石；试验用水为生活饮用水，其性质符合混凝土拌和用水的相关要求。

1.2 试验设备

按照SL352—2006《水工混凝土试验规程》的相关规定，所用试验设备包括单卧轴强制式混凝土搅拌机、振动台、TD型电子天平、泥浆密度计、泥浆粘度计、微机控制恒加载压力试验机、台秤、坍落度测定仪、抹刀、捣棒、钢尺等试验用具。

2 试验方案

2.1 混凝土配合比设计

为研究泥浆的密度比与粘度对混凝土扩散度的影响，需对混凝土进行配合比设计。本试验配合比按照DL/T5330—2015《水工混凝土配合比设计规程》[11]中对防渗墙施工用泵送混凝土的要求，水胶比不宜大于0.6，胶凝材料用量不宜低于300 kg/m3，砂率宜在35%～45%。最终确定混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比设计 kg/m3

2.2 试验装置设计

为测得泥浆作用下对混凝土扩散度的影响，设计有落差的泥浆池2处，其中地面上的为泥浆试验池，地面以下的为泥浆循环池，并采用潜水泵将循环池中的泥浆抽到泥浆试验池中。

2.3 泥浆的制备

在地下连续墙施工时，泥浆性能的优劣直接影响到地下连续墙成槽施工时槽壁的稳定性，表2为新配置泥浆和循环泥浆的质量控制参数。试验中采用400目钠基膨润土制备泥浆，分散剂选用工业碳酸钠，并适当添加CMC，其配合比按表3所示进行控制。在施工过程中，如遇泥浆性能护壁功能不达标，需调整泥浆质量控制参数。

表2 泥浆质量控制参数

表3 新制泥浆配合比(质量比)

3 试验结果及分析

试验时，在空气中与泥浆试验池中同时测定混凝土塌落度及扩散度，以此来对比不同密度比、不同粘度泥浆作用下对不同等级混凝土坍落度与扩散度的影响。本次试验共配置了5种不同密度比和粘度的泥浆，根据SL352—2006《水工混凝土试验规程》[12]测定不同等级的混凝土坍落度及扩散度，其中混凝土拌和物扩散度以拌和物扩散后的2～4个直径测值的平均值作为结果，见表4。

3.1 混凝土拌和物坍落度成果分析

从混凝土的和易性来看，4组混凝土的和易性都较好，满足工程施工的需要。图1为不同强度混凝土坍落度与泥浆密度比之间的关系。从图1a～d可以看出，在泥浆密度比达到1.075时，不同强度的混凝土坍落度均较小，C20、C25混凝土坍落度为40 mm，且随着泥浆密度比增加，C15、C20、C25混凝土坍落度明显下降。从两者相关性系数来看，不同强度等级(C10、C15、C20、C25)混凝土与混凝土坍落度变化表现出明显的指数变化规律，两者相关系数区间为[0.917，0.975]。此外，4组不同强度混凝土在泥浆中与空气中坍落度有较大差异，对比试验可以看出，泥浆对混凝土的坍落度有很大的影响，随着泥浆密度比增加，混凝土坍落度逐渐减小；随着混凝土强度等级增加，泥浆对于混凝土坍落度的影响也逐渐增加。

3.2 混凝土拌和物扩散度成果分析

图2为不同强度混凝土扩散度与泥浆密度比关系。从图2a～2d可以看出，对同一强度等级混凝土，随着泥浆密度比、粘度的增加，混凝土扩散度逐渐减小。其中，C10混凝土当泥浆密度比为1.05时，坍落度最大为375 mm；当泥浆密度比为1.075时，各强度等级混凝土坍落度均为200 mm，与坍落度桶直径相同。从两者相关系数来看，4种不同强度等级混凝土拟合曲线当采用指数函数拟合时，表现出明显的相关性，两者相关系数区间为[0.916，0.995]。此外，4组不同强度混凝土在泥浆中与空气中扩散度有较大差异，对比试验可以看出，泥浆对混凝土的扩散度有很大的影响，随着泥浆密度比增加，混凝土扩散度逐渐减小；随着混凝土强度等级增加，泥浆对于混凝土扩散度的影响也逐渐增加。

表4 泥浆作用下混凝土坍落度与扩散度成果

图1 不同强度混凝土坍落度与泥浆密度比关系

图2 不同强度等级混凝土扩散度与泥浆密度比关系

4 结 语

本文通过对不同强度等级混凝土在泥浆中的坍落度和扩散度室内试验对比分析得到如下结论：

(1)对于不同强度等级混凝土，混凝土坍落度、扩散度随泥浆密度比变化的规律基本一致，均受到比较大的影响，且随着泥浆密度比的增加，呈先减小后趋于稳定的趋势。

(2)对于不同强度等级混凝土，泥浆作用下混凝土坍落度、扩散度的变化并不是单独产生的，而是受两者协同作用，共同影响的结果。

(3)在混凝土防渗墙施工中应根据混凝土强度、泥浆密度比以及槽段的长度的不同，合理选择施工所用的导管，以确保混凝土防渗墙的施工质量。