黏土塑性混凝土在防渗墙施工中的应用

谢　武黎龙凤王　楠

（1.中国水电基础局有限公司，天津 301700；2.高邮市水利局，江苏高邮 225600）



黏土塑性混凝土在防渗墙施工中的应用

谢武1黎龙凤2王楠1

（1.中国水电基础局有限公司，天津 301700；2.高邮市水利局，江苏高邮 225600）

【摘 要】水电工程防渗墙施工中，通常采用膨润土作为塑性混凝土的塑性材料。本文通过与膨润土塑性混凝土的性能对比分析，确定黏土代替膨润土在塑性混凝土防渗墙应用中的各种参数，为类似工程提供借鉴。

【关键词】黏土；塑性混凝土；防渗墙；应用

塑性混凝土是一种水泥用量较低，掺加较多膨润土、黏土等材料的大流动性混凝土，它具有低强度、低弹模和大应变等特性。由于其弹性模量可达2000MPa以下，是一种柔性材料，可以很好地与较软的基础相适应，具有初始弹模低，极限应变大，能适应较大变形，可以改善防渗墙的应力状态的优点；还能节省水泥使用量，降低工程造价；可以就地取材，便于施工［1］，具有很好的防渗性能，在水利工程防渗中应用较多［2］。

中国在20世纪80年代中期才开始研究塑性混凝土，1996年水利部首次将它列为防渗墙的墙体材料，这标志着中国塑性混凝土防渗墙技术趋于成熟［3］。塑性混凝土在配合比方面的特点是水泥用量较少，一般约为80～170kg/m3，此外还需掺加部分黏土或（和）膨润土，对其他材料用量的要求与一般混凝土基本相同。本文通过室内试验研究膨润土与纯黏土两种塑性混凝土性能的差别，分析黏土塑性混凝土代替膨润土塑性混凝土的可能性，为工程实际应用中降低施工成本提供支持。

1 工程概述

西藏甲玛沟尾矿库基础坝防渗墙工程位于拉萨市墨竹工卡县甲玛乡，平均海拔4100m，施工作业面两面环山，山体表层含黏土，昼夜温差大，高寒缺氧，风沙较大。其工程主体内容为防渗墙约5.5万m2，最大槽深110m。

2 技术要求

根据《水利水电工程混凝土防渗墙施工规范》（DL/T 5199—2004）的要求和工程施工经验［4］，确定混凝土主要技术指标如表1所列。

表1　塑性混凝土主要技术指标

2.1 水泥

试验采用P.O42.5水泥，其各项参数检测结果满足《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）要求。检测结果见表2。

表2　水泥品质检测结果

2.2 砂石骨料

试验采用中砂和小石，其品质检测结果满足《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144—2001）技术要求，检测结果见表3和表4。

表3　砂品质检测结果

表4　小石品质检测结果

2.3 外加剂

试验采用UNF-3缓凝高效减水剂，其品质检测结果满足《混凝土外加剂》（GB 8076—2008）技术要求，检测结果见表5。

表5　外加剂品质检测结果

2.4 黏土和膨润土

试验采用的两种土为钙质膨润土和黏土（山土经破碎、筛分加工后的粉土）。两种土的物理性能如表6所列。

3 塑性混凝土配比试验与结果分析

3.1 单掺膨润土塑性混凝土

按照表1设计的要求，确定塑性的配合比如表7所列。

表7　单掺膨润土塑性混凝土配合比

试验时采取固定土的含量，调整水的用量来确定最佳掺量。单掺膨润土塑性混凝土物理力学性能如表8所列。

表8　塑性混凝土室内试验结果

3.2 黏土膨润土复合塑性混凝土

按照表1设计的要求，确定塑性的配合比如表9所列。

表9　黏土膨润土复合塑性混凝土配合比

试验时采取固定土的含量，调整水的用量来确定最佳掺量。黏土膨润土复合塑性混凝土物理力学性能见表10。

表10　塑性混凝土室内试验结果

3.3 黏土塑性混凝土

按照表1设计的要求，确定塑性的配合比如表11所列。

表11　黏土塑性混凝土配合比

试验时采取固定土的含量，调整水的用量来确定最佳掺量。黏土塑性混凝土物理力学性能如表12所列。

表12　塑性混凝土室内试验结果

3.4 结果分析

试验按照不同土材进行，按照胶凝材料（水泥和土）固定，黏土含量占胶凝材料的比例不同进行对比，分析黏土含量变化对塑性混凝土性能的影响。

3.4.1 工作性能分析

根据塑性混凝土的配合比进行试拌试验，测定拌和物的工作性能，得到新拌混凝土拌和物的工作性能，将检测结果作图处理如图1所示。

图1　黏土掺量对塑性混凝土拌和物工作性能的影响

从图1可以看出，根据设计要求，控制坍落度和扩散度在指标范围内，随着黏土掺量的增加，塑性混凝土的坍落度和扩散度逐渐增大。膨润土矿物组成主要为蒙脱石，蒙脱石的吸水膨胀作用使其颗粒可以通过正负电荷作用吸附大量的水分子［5］，而黏土颗粒的吸水膨胀作用较差一些，因此，随着黏土含量的增加，吸收水分的能力变差，坍落度和扩散度逐渐增大，黏聚力变差，工作性能下降。

3.4.2 力学性能分析

根据塑性混凝土的配合比进行试拌试验，成型后进行标准养护，到达龄期进行抗压强度和弹性模量检测，力学性能结果如图2所示。

图2　黏土掺量对塑性混凝土力学性能的影响

从图2可以看出，随着黏土掺量的增加，抗压强度和弹性模量逐渐降低。塑性混凝土的抗压强度与黏土掺量比例相关，黏土掺量比例越高，强度越低，弹性模量与强度也是正比例关系，强度越低，弹模越小。从工作性能分析，因吸收水分效果不同，导致水泥和水的比例不同，因此，强度和弹性模量不同。从作用机理来看，一般认为在水泥水化过程中，水化产物钙矾石与膨润土中蒙脱石较好地结合在一起，蒙脱石层状结构能有效地填充水泥水化孔隙，从而形成更加致密的结构，可以提高混凝土强度。

3.4.3 抗渗性能分析

根据塑性混凝土的配合比进行试拌试验，成型后进行标准养护，到达龄期进行抗渗性能检测，渗透系数结果如图3所示。

图3　黏土掺量对塑性混凝土渗透性能的影响

从图3可以看出，随着黏土掺量的增加，渗透系数逐渐增大。膨润土中蒙脱石能够吸附数倍于本体积的水量，吸水后体积膨胀数倍，可将膨润土泥浆挤压至水泥水化孔隙中，加上力学性能分析中，膨润土可以与水泥水化产物反应，综合作用提高整体的防渗能力。黏土比例的增加，这种能力逐渐变弱。

综合三类配比分析，在塑性混凝土设计技术指标条件下，黏土塑性混凝土性能基本可以满足施工要求，用于现场施工。

4 施工应用及效果

4.1 应用效果分析

西藏甲玛沟尾矿库基础坝防渗墙工程尾矿库基础坝，根据设计要求设置垂直防渗［6］，在坝基上游坡脚12m处设置一排地下连续墙，设计要求地下连续墙深入强风化糜棱岩以下1.5～2m，地下连续墙渗透系数要求在5×10-6～5×10-7cm/s；当设计墙深小于60m时，设计墙厚0.8m，工程量为14021.79m2；当设计墙深大于60m时，设计墙厚1m，工程量为39387.17m2；防渗墙最深达110m。

工程塑性混凝土设计指标详见表1，工程初期山体边坡开挖的黏土经过晾晒、风干、除杂、烘干、粉磨、装袋运输至现场混凝土搅拌站，防渗墙浇筑时混凝土按表13配合比进行生产性试验，经施工检验，黏土塑性混凝土工作性能基本达到设计要求，28d强度和抗渗试验检测合格。经过检查孔取芯试验得出检测结果符合预期要求。

表13　甲玛防渗墙塑性混凝土配合比

4.2 经济效益分析

表14　经济效益分析

从表14可以看出膨润土从内地进货运输至现场约860元/t，从现场加工制作可降低成本，实际单价为300元/t，按工程量50604.60m3计，每方混凝土使用土为70kg，则可以节省费用约198.37万元。从内地运输至施工现场物流需要时间为10～15d，现场加工制作需要时间为5～7d，大大节约原料供应时间，可节约工程施工工期。

5 结 论

通过试验研究、性能综合分析、工程应用实践，可知黏土塑性混凝土代替膨润土塑性混凝土可达到预期的目标和效果，保证了工程的质量，有效降低了工程造价，具有显著的经济、社会效益。■

参考文献

［1］ 田德斌，黄超群，李保洪.浅析两钻一抓法在麻栗坝水库塑性混凝土防渗墙施工中的应用［J］.水利建设与管理，2012 （11）：29-32.

［2］ 王鹏.塑性混凝土弹性模量测试及力学性能研究［D］.西安：西北农林科技大学，2012.

［3］ 舒德春，王萍，聂军洲.湖北梅川水库主坝防渗墙塑性混凝土施工工艺及质量控制［J］.水利建设与管理，2012（3）：21-24.

［4］ DL/T 5199—2004水利水电工程混凝土防渗墙施工规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［5］ 晏全香.蒙脱石矿物凝胶制备试验及机理研究［J］.矿冶工程，2008，28（5）：72-79.

［6］ 孙钊，夏可风.堤防及病险水库垂直防渗技术论文集［M］.天津：天津科学技术出版社，2000.

App lication of clay p lastic concrete in the construction of cut-off walls

XIEWu1，LILongfeng2，WANG Nan1
（1.Sinohydro Foundation Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 301700，China；2.Guoyou Water Resources Bureau，Gaoyou 225600，China）

Abstract:Bentonite is generally regarded as plastic material of plastic concrete in hydropower project cut-off wall construction.In the paper，various parameters of clay substituted bentonite in plastic concrete cut-off wall are determined through performance comparative analysis with bentonite plastic concrete，and reference is provided for similar projects.

Key words:clay；plastic concrete；cut-offwall；application

DOI：10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.04.003

中图分类号：TV44

文献标志码：B

文章编号：1005-4774（2016）04-0009-05