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

中图分类号：TV44 文章编号：1005-4774( 2016) 04-0009-05

 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，具有很好的防渗性能，在水利工程防渗中应用较多。

 中国在20世纪80年代中期才开始研究塑性}昆凝土，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。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，确定混凝土主要技术指标如表1所列。

2.1  水泥

 试验采用P．042.5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。

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》( DUT 5144-2001)技术要求，检测结果见表3和表4。

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。

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。

3.1  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。

 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。

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。

 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。

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。

 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。

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。

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，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。

 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。

 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，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 x10-6～5 x10-7 cm/s；当设计墙深小于60m时，设计墙厚0. 8m，工程量为14021.79 m2；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。

4.2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50604.60 m3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，有效降低了土程造价，具有显著的经济、社会效益。