塑性砼配合比研究

1、前言
根据河南省水利勘测设计院设计方案，三门峡市槐扒黄河提水工程西段村水库采用塑性混凝土防渗墙技术实现坝基防渗。

塑性混凝土防渗墙具有弹性模量低、极限应变大的特点，大大提高了防渗墙的安全性。

塑性混凝土作为一种新型材料与传统的刚性混凝土相比，适应变形大，就地取材，施工便利，具有不可代替的优点。

塑性混凝土由于水泥用量很低并加入适量的膨润土、粘土或粉煤灰等其他掺和料，使其胶结物的粘结力低，从而使其强度大大降低，而塑性增强。

为使塑性混凝土配合比具有良好的技术经济指标，更好满足设计与施工要求，确保工程质量，三门峡市槐扒黄河提水工程建设管理局委托河南省水利水电工程质量检测中心开展该工程的塑性混凝土防渗墙配合比试验研究工作。

试验用原材料由建管局组织收集提供。

2、塑性混凝土防渗墙材料设计技术要求
三门峡市槐扒黄河提水工程建设管理局委托河南省水利水电工程质量检测中心开展三门峡市槐扒黄河提水工程塑性混凝土防渗墙材料配合比试验工作。

根据设计及施工技术要求，提出的该工程塑性混凝土防渗墙材料配合比试验内容及技术要求如下：
2.1 原材料
土料采用坝基右岸边坡Q2粉质粘土，经晒干粉碎磨细使用，水泥采用普通硅酸盐42.5级水泥，砂采用中粗砂，粗骨料为5～20mm的连续级配碎石。

2.2 配比方案
委托方提出的初步配比方案见表2-1：
表2-1三门峡市槐扒黄河提水工程塑性混凝土防渗墙材料配比方案
2.3 性能及物理力学指标
按照委托要求，该工程所用塑性混凝土拌和物性能应达到以下要求：
(1) 坍落度 20-40cm;
(2) 扩散度 34-40cm;
(3) 析水率小于3%;
(4) 初凝时间不小于8h;
(5) 终凝时间不大于
48h;
硬化后塑性混凝土物理力学指标应达到以下要求(28d龄期、其中力学指标为饱和状态指标):
(1)密度：2-2.2t/m3；
(2)无侧限抗压强度：1.5-2.5MPa；
(3)抗拉强度:抗压强度的1/7-1/12；
(4)抗剪强度：c=0.2-0.3 MPa，Φ=20o-30o；
(5)变形模量：100-300 MPa；
(6)渗透系数：小于1×10-7cm/s；
(7)破坏渗透比降；
(8)破坏应变：无侧限时为0.33-0.70%。

3、主要原材料检验
本次试验所用原材料均由委托方提供，其检验情况分述如下：
3.1水泥
本次试验所用水泥为渑池水泥厂生产的袋装普通硅酸盐42.5级水泥，根据《硅酸盐、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）对该水泥强度等级、物理性能进行了检测，检测结果见表3-1：
表3-1 水泥强度等级、物理性能检验结果
从上表可以看出，本次配比试验所用渑池水泥厂生产的袋装42.5级普通硅酸盐水泥为合格水泥。

3.2 Q2粉质粘土
本次试验所用粘土为三门峡市槐扒黄河提水工程西段村水库坝基Q2粉质粘土，其颗粒分析试验结果见表3-2:
表3-2 颗粒分析检验结果
3.3膨润土
本次试验所用膨润土由信阳华申膨润土有限公司生产的钙基膨润土，主要性能指标也由生产厂家提供，厂家提供的物理指标和化学指标见表3－3、表3－4：
表3-3 膨润土物理指标厂家检验结果
表3-4 膨润土化学成分厂家检验结果
3.4混凝土粗、细骨料
3.4.1细骨料
本次试验所用细骨料为工程当地细骨料，根据《建筑用砂》（GB 14684-2001）对砂料进行检验，检验结果见表3-5，细度模数为2.7，属中砂。

表3-5细骨料检验结果
标准值﹥2.3 ﹥2.5 —﹥1.35 ﹤47
﹤
3.0
﹤8 ﹤0.5 ﹤2.0
浅于标
准色
﹤1.0
结
论
根据GB14684-2001，所检项目符合要求。

图3-1 砂筛分曲线
由以上图表可以看出，本次试验用砂各项检验指标均符合《建筑用砂》GB 14684-2001标准要求，级配曲线在Ⅱ区。

3.3.2粗骨料
本次试验所用粗骨料为工程当地生产的5～20mm碎石，根据《建筑用碎（卵）石》（GB14685-2001）对砂料进行检验，检验结果见表3-5：表3-6 粗骨料各项物理性能检验结果
项目干松
密度
g/cm3
面干
密度
g/cm3
表观
密度
g/cm3
空隙
率
％
面干吸
水率％
含
泥
量
％
针片
状含
量％
三氧
化硫
％
坚
固
性
％
压
碎
指
标
％
有机
质含
量％
原孔筛检
验超逊径
%
超径逊径
表3-7 粗骨料颗粒分析结果
从表3－6、3-7可以看出，本次试验所用5-20mm碎石颗粒级配符合标准要求。

4、塑性混凝土配合比试验
本次塑性混凝土配合比试验首先采用委托方推荐的方案进行试配，然后按照委托要求检验其拌和物的性能，从中选择相对较优方案作为下一步配合比试
验工作的基础。

在选定的配合比的基础上，参照以往经验及相关资料，调整配合比中各种材料的组成进行试配，使之满足塑性混凝土拌和物和易性等要求，同时制取试件检验其28天龄期的各项物理力学参数，最终经优化比较后选出试验推荐方案。

试验主要依据《水工混凝土试验规程》（DL/P5150-2001）进行。

混凝土采用机械拌和，人工插捣成型，静置48h后拆模并移至标准养护室养护至试验龄期，进行混凝土各项指标试验。

4.1委托方推荐配合比方案试验
按照委托方推荐的方案试配并检验拌和物性能，委托方推荐配合比方案拌和物性能结果见表4-1：
表4-1 委托方推荐配合比的组成及其拌和物性能指标
由上表可以看出方案一、三，五拌和物坍落度达不到要求，方案二，四、六拌和物性能均满足委托方要求，故下一步试验以方案二、四、六为基础进行。

4.2调整配合比试验
在方案二、四、六的基础上，通过调整水泥、粘土含量及用水量重新试配，并制取试件以检验塑性混凝土物理力学参数。

试验结果见表4－2、4－3：
表4-2 调整配合比的组成及其拌和物性能指标
由表4-2的试验结果可以看出，六组试配混凝土拌和物的性能均满足要求。

表4－3 调整配合比的混凝土物理力学参数
由表4－3可以看出，试配各组混凝土的劈裂抗拉强度、密度、渗透比降、抗渗标号、直剪等指标都基本符合委托要求，但是各组的弹性模量都大于委
托要求，对于塑性混凝土防渗墙来说，如果弹性模量过高，允许变形小，应力集中于墙体，易产生裂缝；而且墙体与周围土体沉陷差别大，与基础部位相连接困难，这对防渗也是不利的。

降低混凝土的弹性模量可以通过减少水泥用量，并相应增加粘土、膨润土掺加量的方法来实现。

第三次各组试配塑性混凝土的组成及其拌和物性能指标以及硬化后各组混凝土物理力学参数具体结果见表4-4，4-5：
表4-4 第三次试配塑性混凝土组成及其拌和物性能指标
由表4-4可以看出六组配合比拌和物性能指标均满足委托方要求。

由表4-5可以看出由于水泥用量较小，上述六组配合比的28天无侧限抗压强度较前两次低，而其他各项参数均达到或接近委托方要求。

表4－5 第三次试配拌和物及混凝土物理力学参数
4.3推荐施工配合比选择
塑性混凝土的配制强度应根据混凝土的设计强度、强度保证率及离差系数等指标，依据《水工混凝土施工规范》（SDJ207－82）中的有关规定确定。

《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》中指出：一般认为泥浆下浇筑的混凝土强度只有陆上浇筑混凝土强度70％左右。

综合以往塑性混凝土的使用情况，塑性混凝土的配制强度可采用下式计算：
R配＝R28÷（1-t×CV0）…………………….式（1）
式中：
R配－塑性混凝土配制强度（MPa）；
R28－塑性混凝土设计强度（MPa）；
t－混凝土强度保证率为95％时的概率度,取t＝1.645；
CV0－混凝土抗压强度离差系数。

本次试验中，R28＝1.5～2.5 MPa，CV0＝0.15代入计算可得：
R配＝2.0～3.3 MPa
根据抗压强度指标，方案四、方案六能满足配制强度要求，同时能满足破坏渗透比降要求。

但弹性模量大于委托方要求。

如前所述，要降低塑性混凝土的弹性模量可以通过减少水泥用量，并相应增加粘土、膨润土用量的方法来实现。

在方案
四、方案六的基础上适当调整配合比（如前所述3－1、3－2、3－3、3－4、3－
5、3－6）。

试配结果弹性模量有所降低，但抗压强度不能满足配制强度的要求。

从各组试验结果可以看出，塑性混凝土的弹性模量和强度主要取决于水泥用量。

当水泥用量增加时，强度和弹性模量都随之增加，反之则降低。

调整粘土和膨润土的用量仅能在一定程度上改善塑性混凝土的抗压强度和弹性模量，因此通过上述试验我们可以得出：在原材料特定的情况下，要满足配制强度的条件，无法达到委托方要求的弹性模量。

综合以上分析和试验结果选定方案四、方案六做为推荐使用的施工配合比：
表4-6 推荐配合比
表4－7 调整配合比的混凝土物理力学参数
5、建议
使用推荐的塑性混凝土配合比在工程实际施工时应注意一下几点：
（1）塑性混凝土中水泥用量较少，因此工程中使用的水泥实际强度不应低于配比试验所用水泥的强度。

（2）塑性混凝土所用的粘土为当地粘土，在使用前必须粉碎、晾晒、过筛等工序，以保证其质量。

（3）粘土在使用前应配成泥浆，配浆时，粘土应浸泡不少于12小时；配浆所用水应从配比用水中扣除。

（4）混凝土所用粗、细骨料应保证质量。

（5）推荐配比中的用水量可根据工程施工的实际情况（如施工季节、运输距离）适当微调。

（6）塑性混凝土的搅拌应首先加入粗、细骨料，然后加膨润土和水泥，最后加入粘土泥浆和剩余水。

搅拌时间应比普通混凝土延长90秒。

（7）塑性混凝土由于强度较低，施工时应尽量连续施工。

施工后的混凝土应注意养护和避免扰动。