淺析粘土混凝土在四方碑水庫(kù)大壩防滲墻中的應(yīng)用

鮮光偉　季興船　張勝勇　曹順富

摘? 要：粘土混凝土具有防滲效果好、變形適應(yīng)強(qiáng)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度適中的優(yōu)點(diǎn)，因此在水利工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，但其在配合比設(shè)計(jì)時(shí)抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能、彈性模量指標(biāo)不易調(diào)和。基于此，本文總結(jié)了云南省昭通市3件水庫(kù)粘土混凝土配合比設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，得到抗壓強(qiáng)度與水膠比、粘土摻量的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)參考相關(guān)文獻(xiàn)資料提出混凝土抗壓強(qiáng)度與彈性模量相關(guān)性公式，提出了水膠比的計(jì)算方法，結(jié)合四方碑水庫(kù)大壩混凝土防滲墻建設(shè)，探討了采用膨潤(rùn)土的粘土混凝土配合比設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：四方碑水庫(kù);粘土混凝土;配合比;膨潤(rùn)土

中圖分類號(hào)：TV86.8???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???文章編號(hào)：2096-6903（2021）02-0000-00

0 前言

粘土混凝土用于建設(shè)混凝土防滲墻有防滲效果好、變形適應(yīng)強(qiáng)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度適中的優(yōu)點(diǎn)，在水利工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，由于抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗?jié)B性能三個(gè)指標(biāo)不易調(diào)和，因此與普通混凝土相比，粘土混凝土配合比設(shè)計(jì)具有特殊性。查閱現(xiàn)有的規(guī)程和文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)采用膨潤(rùn)土的粘土混凝土配合比設(shè)計(jì)方法和工程應(yīng)用案例較少。四方碑水庫(kù)位于云南省水富市境內(nèi)，壩型為礫質(zhì)土防滲芯墻風(fēng)化料壩，在防滲芯墻中間部位設(shè)置混凝土防滲墻，墻體材料采用粘土混凝土，但水庫(kù)周邊粘土料含砂量大，粘粒含量低，不滿足粘土混凝土的要求，因此嘗試采用膨潤(rùn)土開展粘土混凝土配合比設(shè)計(jì)。

1 技術(shù)研究背景

粘土混凝土與普通混凝土相比，一方面抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能指標(biāo)一致，即增加抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能就會(huì)增強(qiáng);另一方面抗壓強(qiáng)度和彈性模量相互矛盾，存在抗壓強(qiáng)度和彈性模量滿足要求而抗?jié)B性能不能滿足要求的情況。即降低水膠比能增加抗壓強(qiáng)度、降低滲透系數(shù);摻入粘土取代水泥能降低彈性模量、改善滲透性能;增大砂率、減少粗骨料用量，能降低粗骨料之間的接觸對(duì)彈性模量的影響，因此，粘土混凝土配合比設(shè)計(jì)主要是解決好水膠比、砂率、粘土摻量三個(gè)參數(shù)的選取。

《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》SL174-2014規(guī)定了水膠比、粘土摻量取值上限和砂率取值下限，如果采用正交設(shè)計(jì)法，參數(shù)取值范圍大，試驗(yàn)因素多、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、工作量大?；诖?，本文以云南省昭通市3件水庫(kù)粘土混凝土配合比設(shè)計(jì)為例，分析了抗壓強(qiáng)度、水膠比、粘土摻量參數(shù)，得到抗壓強(qiáng)度與水膠比、粘土摻量的函數(shù)關(guān)系（式中A為水膠比，B為粘土摻量），結(jié)果見表1;再參照張成軍等提出的混凝土抗壓強(qiáng)度與彈性模量相關(guān)性公式E=684*R+5546（式中E為彈模，R 為抗壓強(qiáng)度），兩者結(jié)合便于確定水膠比、協(xié)調(diào)抗壓強(qiáng)度和彈性模量之間的關(guān)系。

回歸分析：模型的F檢驗(yàn)顯著性水平為3.83E-06，T檢驗(yàn)常數(shù)項(xiàng)P值1.65E-08、水膠比P值1.18E-05、粘土摻量P值0.032259，說明有效性好。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)要求

四方碑水庫(kù)混凝土防滲墻采用粘土混凝土，設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度R28=10MPa，抗?jié)B等級(jí)≥W8，彈性模量≤18000MPa，《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》SL174-2014規(guī)定，混凝土墻體材料的密度≥2100kg/m，入孔坍落度180～220mm，混凝土坍落度保持150mm以上的時(shí)間≥1h，擴(kuò)散度340～400mm。

2.2 原材料來源

原材料來源情況見表2。

2.3 配合比設(shè)計(jì)

2.3.1 計(jì)算配合比基本參數(shù)

粘土配合比設(shè)計(jì)首先按《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》SL174-2014計(jì)算配制強(qiáng)度，考慮混凝土在泥漿下澆筑環(huán)境，在設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度基礎(chǔ)上提高10%進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)張成軍等提出的混凝土抗壓強(qiáng)度與彈性模量相關(guān)性計(jì)算彈性模量，驗(yàn)證配制強(qiáng)度的合理性，根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果，混凝土保證率取85%，混凝土配制強(qiáng)度14.5MPa。其次，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范要求初步選取粘土摻量比例20%，按本文總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算水膠比W/（C+P）=0.59。第三，按照規(guī)范砂率、膠凝材料用量取最小值，采用質(zhì)量法計(jì)算試拌配合比基本參數(shù)。配合比設(shè)計(jì)流程如圖1。

圖1 混凝土配合比設(shè)計(jì)流程

2.3.2 試配及調(diào)整

根據(jù)試拌配合比稱取原材料進(jìn)行試配，檢測(cè)混凝土拌和物工作性能，并變動(dòng)砂率、膠凝材料用量反復(fù)進(jìn)行試配直到混凝土拌和物工作性能滿足要求。檢測(cè)混凝土彈性模量、抗?jié)B性能、抗壓強(qiáng)度硬化性能，并變動(dòng)膨潤(rùn)土摻量、微調(diào)水膠比直到混凝土硬化性能滿足要求。試拌配合比調(diào)整流程見圖2。

2.3.3 確定配合比

按照經(jīng)濟(jì)合理的原則，選取混凝土拌和物工作性能和硬化性能滿足要求的試拌配合比為推薦配合比，四方碑水庫(kù)粘土混凝土推薦配合比見表4。

3 工程項(xiàng)目實(shí)施

3.1 粘土混凝土生產(chǎn)

四方碑水庫(kù)粘土混凝土采用JS750型混凝土攪拌機(jī)生產(chǎn)，原材料投料順序?yàn)榇止橇稀?xì)骨料→膠凝材料，干拌15s后再加入拌和水和外加劑繼續(xù)攪拌150s出機(jī)，經(jīng)過輸送泵輸送至槽孔，生產(chǎn)流程如圖3所示。膨潤(rùn)土采用直接投料干摻拌，該方法具有操作簡(jiǎn)單、計(jì)量準(zhǔn)確的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的粘土混凝土施工方法相比，該方法取消了泥漿池、泥漿攪拌機(jī)、泥漿計(jì)量器等專用設(shè)施和設(shè)備，節(jié)約成本、簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。

3.2 質(zhì)量檢測(cè)

檢測(cè)混凝土拌和物性能12組，混凝土硬化性能指標(biāo)30組，檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表5。

根據(jù)表5統(tǒng)計(jì)結(jié)果，混凝土拌和物性能和硬化性能檢測(cè)結(jié)果滿足要求，合格率100%，其中抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)C=0.15<0.23，抗壓強(qiáng)度均勻性為優(yōu)秀。

4 結(jié)語(yǔ)

四方碑水庫(kù)采用膨潤(rùn)土的粘土混凝土工程實(shí)施應(yīng)用可以得出以下結(jié)論：（1）采用膨潤(rùn)土作為粘土滿足要求，混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)顯著，在粘土原材料受限的情況下，膨潤(rùn)土能起到良好的補(bǔ)充作用;同時(shí)膨潤(rùn)土干摻生產(chǎn)方法簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過程，質(zhì)量穩(wěn)定易控。（2）嘗試總結(jié)粘土混凝土配合比設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，縮小了水膠比取值范圍，并在四方碑水庫(kù)粘土混凝土配比設(shè)計(jì)得到成功應(yīng)用，但限于樣本容量，經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用范圍有限，需進(jìn)一步實(shí)踐驗(yàn)證和完善。同時(shí)砂率、粘土摻量參數(shù)選取方法有待于進(jìn)一步研究。

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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