浅析粘土混凝土在四方碑水库大坝防渗墙中的应用

鲜光伟　季兴船　张胜勇　曹顺富

摘  要：粘土混凝土具有防渗效果好、变形适应强、结构强度适中的优点，因此在水利工程建设中得到广泛应用，但其在配合比设计时抗压强度、抗渗性能、弹性模量指标不易调和。基于此，本文总结了云南省昭通市3件水库粘土混凝土配合比设计经验，得到抗压强度与水胶比、粘土掺量的函数关系，同时参考相关文献资料提出混凝土抗压强度与弹性模量相关性公式，提出了水胶比的计算方法，结合四方碑水库大坝混凝土防渗墙建设，探讨了采用膨润土的粘土混凝土配合比设计及工程实践应用。

关键词：四方碑水库;粘土混凝土;配合比;膨润土

中图分类号：TV86.8     文献标识码：A   文章编号：2096-6903（2021）02-0000-00

0 前言

粘土混凝土用于建设混凝土防渗墙有防渗效果好、变形适应强、结构强度适中的优点，在水利工程建设中得到广泛应用，由于抗压强度、弹性模量、抗渗性能三个指标不易调和，因此与普通混凝土相比，粘土混凝土配合比设计具有特殊性。查阅现有的规程和文献资料发现采用膨润土的粘土混凝土配合比设计方法和工程应用案例较少。四方碑水库位于云南省水富市境内，坝型为砾质土防渗芯墙风化料坝，在防渗芯墙中间部位设置混凝土防渗墙，墙体材料采用粘土混凝土，但水库周边粘土料含砂量大，粘粒含量低，不满足粘土混凝土的要求，因此尝试采用膨润土开展粘土混凝土配合比设计。

1 技术研究背景

粘土混凝土与普通混凝土相比，一方面抗压强度和抗渗性能指标一致，即增加抗压强度、抗渗性能就会增强;另一方面抗压强度和弹性模量相互矛盾，存在抗压强度和弹性模量满足要求而抗渗性能不能满足要求的情况。即降低水胶比能增加抗压强度、降低渗透系数;掺入粘土取代水泥能降低弹性模量、改善渗透性能;增大砂率、减少粗骨料用量，能降低粗骨料之间的接触对弹性模量的影响，因此，粘土混凝土配合比设计主要是解决好水胶比、砂率、粘土掺量三个参数的选取。

《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》SL174-2014规定了水胶比、粘土掺量取值上限和砂率取值下限，如果采用正交设计法，参数取值范围大，试验因素多、试验周期长、工作量大。基于此，本文以云南省昭通市3件水库粘土混凝土配合比设计为例，分析了抗压强度、水胶比、粘土掺量参数，得到抗压强度与水胶比、粘土掺量的函數关系（式中A为水胶比，B为粘土掺量），结果见表1;再参照张成军等提出的混凝土抗压强度与弹性模量相关性公式E=684*R+5546（式中E为弹模，R 为抗压强度），两者结合便于确定水胶比、协调抗压强度和弹性模量之间的关系。

回归分析：模型的F检验显著性水平为3.83E-06，T检验常数项P值1.65E-08、水胶比P值1.18E-05、粘土掺量P值0.032259，说明有效性好。

2 配合比设计

2.1 技术要求

四方碑水库混凝土防渗墙采用粘土混凝土，设计抗压强度R28=10MPa，抗渗等级≥W8，弹性模量≤18000MPa，《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》SL174-2014规定，混凝土墙体材料的密度≥2100kg/m，入孔坍落度180～220mm，混凝土坍落度保持150mm以上的时间≥1h，扩散度340～400mm。

2.2 原材料来源

原材料来源情况见表2。

2.3 配合比设计

2.3.1 计算配合比基本参数

粘土配合比设计首先按《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》SL174-2014计算配制强度，考虑混凝土在泥浆下浇筑环境，在设计抗压强度基础上提高10%进行计算，并根据张成军等提出的混凝土抗压强度与弹性模量相关性计算弹性模量，验证配制强度的合理性，根据表3计算结果，混凝土保证率取85%，混凝土配制强度14.5MPa。其次，根据实践经验和规范要求初步选取粘土掺量比例20%，按本文总结的经验公式计算水胶比W/（C+P）=0.59。第三，按照规范砂率、胶凝材料用量取最小值，采用质量法计算试拌配合比基本参数。配合比设计流程如图1。

图1 混凝土配合比设计流程

2.3.2 试配及调整

根据试拌配合比称取原材料进行试配，检测混凝土拌和物工作性能，并变动砂率、胶凝材料用量反复进行试配直到混凝土拌和物工作性能满足要求。检测混凝土弹性模量、抗渗性能、抗压强度硬化性能，并变动膨润土掺量、微调水胶比直到混凝土硬化性能满足要求。试拌配合比调整流程见图2。

2.3.3 确定配合比

按照经济合理的原则，选取混凝土拌和物工作性能和硬化性能满足要求的试拌配合比为推荐配合比，四方碑水库粘土混凝土推荐配合比见表4。

3 工程项目实施

3.1 粘土混凝土生产

四方碑水库粘土混凝土采用JS750型混凝土搅拌机生产，原材料投料顺序为粗骨料→细骨料→胶凝材料，干拌15s后再加入拌和水和外加剂继续搅拌150s出机，经过输送泵输送至槽孔，生产流程如图3所示。膨润土采用直接投料干掺拌，该方法具有操作简单、计量准确的特点，与传统的粘土混凝土施工方法相比，该方法取消了泥浆池、泥浆搅拌机、泥浆计量器等专用设施和设备，节约成本、简化了生产工艺。

3.2 质量检测

检测混凝土拌和物性能12组，混凝土硬化性能指标30组，检测结果统计见表5。

根據表5统计结果，混凝土拌和物性能和硬化性能检测结果满足要求，合格率100%，其中抗压强度离差系数C=0.15<0.23，抗压强度均匀性为优秀。

4 结语

四方碑水库采用膨润土的粘土混凝土工程实施应用可以得出以下结论：（1）采用膨润土作为粘土满足要求，混凝土各项性能指标显著，在粘土原材料受限的情况下，膨润土能起到良好的补充作用;同时膨润土干掺生产方法简化了生产过程，质量稳定易控。（2）尝试总结粘土混凝土配合比设计经验，缩小了水胶比取值范围，并在四方碑水库粘土混凝土配比设计得到成功应用，但限于样本容量，经验公式应用范围有限，需进一步实践验证和完善。同时砂率、粘土掺量参数选取方法有待于进一步研究。

参考文献

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Analysis on the Application of Clay Concrete in the Dam Impervious Wall of Sifangbei Reservoir

XIAN Guangwei，JI Xingchuan，ZHANG Shengyong，CAO Shunfu

Abstract： Coordinating the relationship between compressive strength， impermeability and elastic modulus is an important step in the design process of clay concrete mix ratio. The dry mixing method of bentonite simplifies construction. Combined with the construction of concrete curettage wall of Sifangbi Reservoir dam， this paper discusses the design of clay concrete mixture using bentonite and its engineering application.

Keywords：Sifangbei Reservoir;Clay concrete;Mixture ratio;bentonite