低彈混凝土在某土壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用
論文作者：hzzzj
摘要：防滲墻混凝土要求混凝土具有彈性模量低、變形性能好，能有效適應(yīng)土壩壩體的變形。通過試驗(yàn)，對不同水膠比、不同膨潤土摻量、不同細(xì)骨料種類的低彈混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，研究各種參數(shù)對低彈混凝土性能的影響，得出配制滿足設(shè)計(jì)要求的低彈混凝土的配合比。
關(guān)鍵詞：低彈混凝土 混凝土 彈性模量 防滲墻 抗?jié)B性 應(yīng)用
***水庫位浙江省******苕溪支流南溪上，始建于1958年，是治理太湖流域水患的大型骨干水利工程之一。水庫匯流面積258平方公里，總庫容1.15億立方米，大壩為粘土心墻砂殼壩，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、供水、養(yǎng)殖等綜合利用的大（二）型水庫。由于歷史客觀原因和工程運(yùn)行時(shí)間的推移，在２００１年水利廳組織的大壩安全鑒定中，***水庫被列為三類壩需進(jìn)行除險(xiǎn)加固。***水庫大壩為粘土心墻土壩，其除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)采用混凝土防滲墻作為大壩新的防滲體以提高土壩體的抗?jié)B性，設(shè)計(jì)要求混凝土防滲墻的抗壓強(qiáng)度等級為C8，彈性模量≤14000Mpa，滲透等級W4，坍落度為8~11cm。
一、原材料試驗(yàn)
試驗(yàn)所用水泥為安徽寧國海螺32.5R級復(fù)合硅酸鹽水泥，摻合料采用膨潤土，細(xì)骨料為天然河砂或石屑，粗骨料為一級配石灰?guī)r碎石，各種材料的物理性能試驗(yàn)成果分述如下。
1．1水泥
試驗(yàn)所用水泥為安徽寧國海螺32.5R級復(fù)合硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能試驗(yàn)成果見表1。
表1 水泥物理力學(xué)性能試驗(yàn)成果
|
水泥品種 |
細(xì)度（%） |
安定性 |
標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量（%） |
凝結(jié)時(shí)間（h:min） |
抗折強(qiáng)度（Mpa） |
抗壓強(qiáng)度（Mpa） |
|
初凝 |
終凝 |
３天 |
28天 |
３天 |
28天 |
|
32.5Ｒ級復(fù)合水泥國家標(biāo)準(zhǔn) |
≤10 |
合格 |
／ |
≥0:45 |
≤10:00 |
≥3.5 |
≥5.5 |
≥16.0 |
≥32.5 |
|
安徽寧國海螺32.5R級復(fù)合水泥 |
4.0 |
合格 |
26.75 |
4:50 |
5:50 |
3.8 |
8.2 |
17.8 |
47.2 |
經(jīng)試驗(yàn)，水泥各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)均符合GB12958-1999要求。
１．２細(xì)骨料
試驗(yàn)所用細(xì)骨料為天然河砂或石屑，各項(xiàng)物理性能指標(biāo)試驗(yàn)成果見表２，表3。
表２ 砂料試驗(yàn)成果
|
名稱 |
細(xì)度模數(shù) |
含 泥 量
（％） |
飽和面干表觀密度（kg/cm3） |
飽和面干吸水率
（％） |
|
砂 |
3.0 |
1.1 |
2520 |
2.5 |
表3 石屑試驗(yàn)成果
|
名稱 |
細(xì)度模數(shù) |
含 泥 量
（％） |
飽和面干表觀密度（kg/cm3） |
飽和面干吸水率
（％） |
|
石屑 |
3.3 |
1.2 |
2620 |
1.6 |
細(xì)骨料試驗(yàn)成果表明，天然砂的細(xì)度模數(shù)為3.0、石屑的細(xì)度模數(shù)為3.3，屬于粗砂，含泥量滿足水工混凝土拌和用砂有關(guān)規(guī)范要求。
１．３粗骨料
試驗(yàn)所用粗骨料為石灰?guī)r碎石，石料級配為一級配，Ｄmax＝20mm，各項(xiàng)物理性能指標(biāo)試驗(yàn)成果見表4
表4 粗骨料試驗(yàn)成果
|
名稱 |
飽和面干吸水率
（％） |
飽和面干表觀密度（kg/cm3） |
含泥量
（％） |
針片狀含量
（％） |
|
碎石 |
1.6 |
2580 |
0.3 |
1.3 |
粗骨料試驗(yàn)成果表明，本粗骨料含泥量等各指標(biāo)均滿足水工混凝土拌和用粗骨料要求。
１． ４膨潤土
試驗(yàn)所用膨潤土為鈉基膨潤土，其細(xì)度為11.2%（按水泥細(xì)度試驗(yàn)方法）。
１． 5外加劑
試驗(yàn)用外加劑為浙江五龍化工股份有限公司生產(chǎn)的ZWL-B-2型引氣緩凝泵送劑。
二、低彈混凝土基本參數(shù)的確定
根據(jù)本工程防滲墻的施工特點(diǎn)（采用人工開挖壩體，倒掛井護(hù)壁，人工振搗），因此工作面較小，施工難大較大，要求防滲墻混凝土拌和物應(yīng)具有良好的和易性、粘聚性及一定的流動(dòng)性，而做為防滲墻應(yīng)具有彈性模量低、變形性能好的特點(diǎn)，能有效適應(yīng)土壩壩體的變形。但由于現(xiàn)場施工進(jìn)度要求試驗(yàn)室在一個(gè)月多的時(shí)間內(nèi)，提供合宜的施工配合比。而本工程防滲墻混凝土的設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度等級為C8、壩落度為9~11cm、彈性模量≤14000MPa，抗?jié)B等級W4，根據(jù)資料分析國內(nèi)同類型防滲墻混凝土設(shè)計(jì)彈性模量為≤15000Mpa，而施工實(shí)測彈性模量均在14000Mpa以上，因此本工程的設(shè)計(jì)要求是比較高的。在這么短的時(shí)間內(nèi)，決定采用非常規(guī)的試驗(yàn)安排，根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對不同水膠比、水泥用量、膨潤土摻量、細(xì)骨料種類、含砂率等因素經(jīng)優(yōu)化直接進(jìn)行一輪試驗(yàn)，能過試驗(yàn)成果分析，選定合宜的施工配合比，故確定以下參數(shù)。
2．１水膠比
水膠比是決定混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B性及耐久性等指標(biāo)的重要參數(shù)，對于本工程防滲墻的混凝土應(yīng)具有彈性模量低，較高的抗?jié)B性能，并應(yīng)具有Ｃ８的強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)際細(xì)骨料采用天然砂時(shí)水膠比為0.68、0.70、0.72、0.74、0.75，細(xì)骨料采用石屑時(shí)水膠比為0.70、0.72、0.74、0.76等各種水膠比進(jìn)行混凝土的抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、及彈性模量等指標(biāo)的試驗(yàn)。
2．2膨潤土是以蒙脫石為主要成份的含水硅酸類，屬無機(jī)非金屬礦物，其顆粒一般較細(xì)，摻入混凝土中有利降低混凝土的彈性模量，但由于本工程要求防滲墻混凝土的強(qiáng)度較高，但細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)又較大，故細(xì)骨料用砂時(shí)膨潤土選擇20%、25%、30%的摻量，細(xì)骨料用石屑時(shí)選擇25%、30%、35%的摻量進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)。
2．3砂率
砂率的變動(dòng)將混凝土拌和物的流動(dòng)性產(chǎn)生很大的影響，并對混凝土的彈性模量產(chǎn)生較大的影響，應(yīng)選用較大的砂率，但由于工程工期緊，故混凝土中細(xì)骨料采用天然砂時(shí)選擇50%的砂率，混凝土中細(xì)骨料采用石屑時(shí)選擇60%的砂率進(jìn)行不同水膠比和不同膨潤土摻量的各項(xiàng)性能試驗(yàn)。
2．4用水量的確定
混凝土單位用水量的多少是控制混凝土拌和物流動(dòng)度大小的主要因素，因此確定單位用水量應(yīng)以混凝土拌和物達(dá)到能滿足施工要求的流動(dòng)度為依據(jù)。根據(jù)本工程設(shè)計(jì)要求壩落度應(yīng)控制在9~11cm之間，并結(jié)合外加劑的減水性能確定混凝土細(xì)骨料采用天然砂時(shí)用水量為260~270kg/cm3之間，混凝土細(xì)骨料采用石屑時(shí)用水量為260~275 kg/cm3之間。
2．5外加劑的摻量
外加劑的摻量根據(jù)外加劑生產(chǎn)企業(yè)提供的摻量為膠凝材料用量的0.25%。
三、試驗(yàn)方案及成果分析
3．1根據(jù)上述確定的參數(shù)，按不同水膠比、膨潤土摻量與相同砂率的不同配合比進(jìn)行混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)的試驗(yàn)。試驗(yàn)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程進(jìn)行，試驗(yàn)成果見表5。
表5 試驗(yàn)成果表
|
編號 |
水膠比 |
砂率
(%) |
膨潤土摻量(%) |
每m3混凝土材料用量(kg) |
28天抗壓強(qiáng)度(Mpa) |
抗拉
強(qiáng)度(Mpa) |
滲透 等級(W) |
彈性模量
(Mpa) |
|
水泥 |
膨潤土 |
砂或石屑 |
碎石 |
水 |
外加劑ZWL-B-2
0.25% |
|
S1 |
0.68 |
50 |
20 |
292 |
73 |
771 |
770 |
248 |
0.912 |
11.0 |
1.02 |
W8 |
14714 |
|
S2 |
0.72 |
50 |
30 |
260 |
112 |
738 |
737 |
268 |
0.930 |
8.0 |
0.77 |
W5 |
12832 |
|
S3 |
0.74 |
50 |
25 |
266 |
88 |
756 |
756 |
262 |
0.885 |
9.0 |
0.81 |
W6 |
13488 |
|
S4 |
0.75 |
50 |
30 |
250 |
107 |
744 |
744 |
268 |
0.892 |
7.0 |
0.62 |
W4 |
11678 |
|
G1 |
0.70 |
60 |
20 |
283 |
71 |
973 |
649 |
248 |
0.885 |
8.4 |
1.14 |
W8 |
17601 |
|
G2 |
0.72 |
60 |
35 |
246 |
133 |
911 |
607 |
273 |
0.948 |
6.9 |
0.72 |
W4 |
11655 |
|
G3 |
0.74 |
60 |
30 |
253 |
109 |
931 |
620 |
268 |
0.905 |
8.1 |
0.81 |
W3 |
13858 |
|
G4 |
0.74 |
55 |
30 |
246 |
105 |
871 |
713 |
260 |
0.878 |
7.6 |
0.81 |
W3 |
15749 |
|
G5 |
0.74 |
50 |
25 |
266 |
88 |
756 |
756 |
262 |
0.885 |
9.0 |
0.81 |
W6 |
13488 |
|
G6 |
0.76 |
60 |
25 |
259 |
86 |
953 |
636 |
262 |
0.862 |
9.0 |
0.96 |
W4 |
14621 |
注：編號S的是指細(xì)骨料用天然砂，編號G的是指細(xì)骨料用石屑。
3．2成果分析
1、水膠比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，隨著水膠比的增大混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、滲透等級均隨著下降，這符合混凝土和水膠比的一般規(guī)律。
2、膨潤土摻量是影響混凝土強(qiáng)度的次要因素，隨著膨潤土摻量的增加混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、滲透等級均隨著下降。
3、在一定范圍內(nèi)，砂率對混凝土的力學(xué)性能影響較小。
4、膨潤土摻量相同，水膠比每縮小0.03，混凝土的抗壓強(qiáng)度約增加14.3%，抗拉強(qiáng)度約增加24.2%，彈性模量約增加9.9%。
5、膨潤土摻量相同，混凝土抗壓強(qiáng)度相同的情況下，細(xì)骨料使用石屑與使用砂比較，抗拉強(qiáng)度約增加18.5%，彈性模量約增加8.4%。
6．抗?jié)B等級基本可滿足防滲墻的設(shè)計(jì)要求。
綜上所述，水膠比和膨潤土摻量是影響混凝土強(qiáng)度和彈性模量的最主要因至素，強(qiáng)度增加，彈性模量也增加，但強(qiáng)度的增加對設(shè)計(jì)要求的彈性模量是不利的，所以在達(dá)到設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級的條件（盡量降低）混凝土的彈性模量。通過以上試驗(yàn)只要選擇適當(dāng)?shù)乃z比和膨潤土摻量是可以配制出滿足設(shè)計(jì)要求的混凝土。
四、工程應(yīng)用結(jié)果
根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的情況，確定細(xì)骨料采用天然砂，選用編號S2的配合比作為現(xiàn)場用施工配合比。并在本工程防滲墻應(yīng)用中取得了較好的效果�，F(xiàn)場澆筑情況表明，選定的配合比和易性好，易于澆筑，適應(yīng)施工要求。并經(jīng)現(xiàn)場取樣試驗(yàn)，28d抗壓強(qiáng)度最大值為11.3 Mpa、最小值為8.1 Mpa，平均抗壓強(qiáng)度為9.6 Mpa；彈性模量最大值為13426 Mpa、最小值為10770 Mpa，平均彈量模量為12020 Mpa；抗?jié)B等級≥W4，上述各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。
五、結(jié)論
隨著時(shí)間的推移，國內(nèi)五、六十建造的土壩都相繼進(jìn)入除險(xiǎn)加固期，而其中對土壩壩體作一新的混凝土防滲體是有效的防止壩體的滲漏的方法，但同時(shí)對防滲墻采用的混凝土提出了較高的要求，其混凝土應(yīng)具有適應(yīng)土壩壩體變形，又能防止水流滲漏的能力，因此要求配制的混凝土應(yīng)具有低彈性模量、高抗?jié)B的性能，而且應(yīng)具有相對低彈混凝土較高的強(qiáng)度。
在設(shè)計(jì)配合比時(shí)在滿足和易性的要求下，盡量采用大砂率，對降低混凝土的彈性模量有幫助。并在設(shè)計(jì)時(shí)可以摻入引氣型減水劑，以達(dá)到降低水膠比提高混凝土的抗?jié)B能力。
膨潤土是一種無機(jī)非金屬礦物，顆粒一般較細(xì)，摻入混凝土中能有效地降低混凝土的彈性模量。
水膠比和膨潤土摻量是影響低彈高抗?jié)B混凝土性能的主要因素，選擇適當(dāng)?shù)乃z比、膨潤土摻量可以配制滿足設(shè)計(jì)要求的混凝土。
備注：本論文摘自網(wǎng)絡(luò)，作者可與本公司聯(lián)系。
