[提要]本文主要介紹了小浪底上游圍堰防滲墻塑性混凝土的試配與應(yīng)用，塑性混凝土是一種新型材料，水泥用量少，成本低，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，具有較大的推廣價(jià)值。
　　1. 概述
　　小浪底水利樞紐工程有攔河大垻，泄洪排砂建筑物，引水發(fā)電建筑物等組成。小浪底上游圍堰混凝土防滲墻右岸部分長(zhǎng)：239.41m，總面積：13726㎡。該防滲墻的施工采用了塑性混凝土墻體材料。
　　塑性混凝土在國外是從1974年發(fā)展起來的一種新型墻體材料，它的特點(diǎn)是強(qiáng)度不高，一般只有1.1-1.5MPa，彈性模量亦低，一般僅為400-800MPa,每立方混凝土中水泥用量?jī)H為80-120㎏。國外已將這種材料用于智利110m垻高的科爾本大垻的深度65m的防滲墻中，防滲效率達(dá)到98﹪。
　　我國的塑性混凝土已用于水口水電站主圍堰防滲墻，山西冊(cè)田水庫大垻的防滲墻，十三陵抽水蓄能電站的防滲墻。在三峽水利樞紐工程中，也對(duì)塑性混凝土進(jìn)行了大量的研究和探索。用于水口水電站的塑像混凝土的28天抗壓強(qiáng)度為4.6MPa，彈性模量為800MPa，抗?jié)B性能不小于S4，與普通混凝土相比每立方混凝土節(jié)約水泥170㎏。
　　塑性混凝土的優(yōu)點(diǎn)和使用塑性混凝土的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯：
　　a. 節(jié)約水泥，非塑性混凝土每立方水泥用量350㎏，塑性混凝土每立方水泥用量120-150㎏。上游圍欄總澆注量17000m3，這樣大大節(jié)約了水泥。
　　b. 和易性好，由于混凝土拌和物中加入了粘土或膨潤土改善了混凝土的粘聚性，飽水性和流動(dòng)性。
　　c. 便于施工，不易堵管，少出事故，提高工作效率。
　　d. 易鑿接頭孔。
　　e. 在結(jié)構(gòu)方面因低強(qiáng)度，低彈性模量，不易斷裂，易產(chǎn)生變形，減少了拉應(yīng)力。
　　2.小浪底上游圍堰防滲墻的設(shè)計(jì)
　　小浪底防滲墻所穿過的基礎(chǔ)河岸堆積物主要是河流沖擊砂、卵石，砂層，兩岸坡腳零星堆積石和土的坡積層。
　　由于河床覆蓋層的成因不同，加之砂卵石的含砂率差別較大，所以，覆蓋率的滲透性有很大差異，其規(guī)律是河床兩側(cè)透水性較低，中間有透水性較大的架空透鏡體。
　　小浪底上游圍堰防滲墻長(zhǎng)：239.41m，厚：0.8m,平均深度61.8m，截流面積13942㎡，混凝土施工量7690m3。墻體材料采用塑性混凝土，設(shè)計(jì)指標(biāo)如下；
　　a. 抗壓強(qiáng)度：R28≥2.0MPa.
　　b. 滲透系數(shù)：K≤1.0×10-7㎝／sec.
　　c. 抗壓彈性模量（E）約等于500MPa.
　　d. 入孔時(shí)塌落度為：180-220mm，擴(kuò)散度為：340-380mm
　　3.塑性混凝土配合比的設(shè)計(jì)
　　3.1原材料情況：
　　3.1.1水泥：由于該防滲墻混凝土要求低強(qiáng)度，低彈性模量。因此，選用32.5#水泥。通過附近市場(chǎng)上可供應(yīng)的、質(zhì)量比較穩(wěn)定的幾個(gè)品牌的水泥進(jìn)行檢測(cè)，如“香山牌”、“新建牌”、“堅(jiān)固牌”、“黃河牌”，確認(rèn)選用洛陽水泥廠生產(chǎn)的“黃河牌”水泥。標(biāo)號(hào)：P.O32.5R。主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為：細(xì)度（80µm）：3﹪，初凝：4h20min終凝：5h56min，28天抗壓強(qiáng)度39.7MPa，28天抗折強(qiáng)度6.9MPa，三氧化硫含量：0.8﹪。
　　3.1.2粗骨料：卵石。取自小浪底下游14㎞處的連地砂、石料廠。采用連續(xù)級(jí)配，卵石，最大粒徑dmaX=20mm。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為：顆粒級(jí)配：符合5-20mm顆粒級(jí)配要求，松散密度：1600㎏／m3，緊密密度1750㎏／m3，飽和面干比重2.73g／cm3，含泥量1％，泥塊含量0.5％，飽和面干吸水率0.9％，壓碎指標(biāo)15％，有機(jī)質(zhì)含量（比色法）：淺于標(biāo)準(zhǔn)色，堿-骨料反應(yīng)：合格
　　3.1.3細(xì)骨料：砂。試驗(yàn)用砂有三種：連地河砂、白溝山砂、白溝河砂。這三種砂的顆粒級(jí)配均不是很好，篩分析及技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見下表

                          
　　　　技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果：

                         
　　3.1.4外加劑：混凝土試配時(shí)選用了四種外加劑，一種為YW型微沫劑，另一種為YNH-1型減水劑。這兩種外加劑均為天津雍陽減水劑廠生產(chǎn)的產(chǎn)品。另外兩種外加劑為DH9引氣劑和DH4A減水劑，這兩種外加劑均為河北省水利工程局外加劑廠，外加劑主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如下表：

                  
　　　3.1.5膨潤土：產(chǎn)自山東昌邑高陽膨潤土廠，物理、化學(xué)成分見下表。
　　高陽膨潤土的化學(xué)成分

      　高陽膨潤土的物理性能指標(biāo)

               
　　　　3.1.6水：取自黃河岸邊供水井。
　　4.混凝土配合比的試配
　　該配合比試配的主要依據(jù)是：SDJ82《水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》和SD105《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》。
　　根據(jù)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、強(qiáng)度保證率及離差系數(shù)，求得混凝土的試配強(qiáng)度fcuK=2.53MPa。
　　由于砂的產(chǎn)地不同，并且摻用不同種類的引氣劑和減水劑，所以試配了許多組配合比，在下表中列了13組混凝土配和比。

                            
　　說明：備注中的1指YW引氣劑，2指的是YNH-1減水劑，3指的是DH9引氣劑，4指的是DH4A減水劑。連地指的是連地砂，白山指的是白溝山砂，白河指的是白溝河砂。
　　混凝土試配采用了人工拌和，機(jī)械振實(shí)方法成型，靜置48h后脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室至試驗(yàn)齡期。抗壓試塊為150×150×150mm3，彈性模量試塊為150mm×300mm的圓柱體，抗?jié)B試塊為GB85-81中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試模。試件成型的同時(shí)，對(duì)混凝土拌和物的部分性能進(jìn)行了檢測(cè)。混凝土拌和物的性能和力學(xué)性能結(jié)果見下表

                            
　　由試驗(yàn)結(jié)果可以看出：
　　1）無論水泥的參加量是125㎏,還是150㎏，均能基本滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度指標(biāo)和彈性模量指標(biāo)，但是，只摻一種外加劑者，強(qiáng)度略差。
　　2） 不論是連地砂，還是白溝山砂和白溝河砂，也均能滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度指標(biāo)和彈性模量指標(biāo)，但以連地砂效果最好，白溝山砂次之，白溝河砂最次。只有每立方混凝土中水泥用量達(dá)150㎏時(shí)，方能滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求且抗?jié)B性能差。因此確定，在施工時(shí)不能使用白溝河砂。
　　3）YW、YNH-1和DH9、DH4A、兩組外加劑分別復(fù)合使用，均可使混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，但單獨(dú)使用YW，不摻用減水劑，抗?jié)B性能難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　4）當(dāng)每立方混凝土水泥用量為125㎏時(shí)，無論使用哪兩種外加劑抗?jié)B性能均不理想，只有當(dāng)每立方米混凝土中水泥用量達(dá)到150㎏時(shí)，才能既滿足強(qiáng)度要求又滿足抗?jié)B要求
　　5)從1#-3和3#-1配合比觀察，1#-3水泥用量125㎏／m3，膨潤土摻加量為25㎏／m3，而3#-1水泥用量為150㎏／m3膨潤土用量為30㎏／m3，3#-1配合比混凝土強(qiáng)度超過62﹪，抗?jié)B也可以滿足要求。1#-3配合比強(qiáng)度剛好滿足要求，但是抗?jié)B較差。這兩種配合比使用的外加劑相同，這說明外加劑YW和YNH-1已滿足要求，但是需要提高水泥用量至150㎏／m3。
　　6)從以上試配結(jié)果看，欲保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度并使混凝土具有更好的抗?jié)B性能，每立方混凝土中的水泥用量應(yīng)為150㎏，同時(shí)增加膨潤土用量至40-50㎏／m3。這樣，既可以提高混凝土的抗?jié)B性能又可使混凝土不至于過多的超強(qiáng)。
　　7)由1#-1和5#-1混凝土配合比的強(qiáng)度和彈性模量指標(biāo)看，抗壓強(qiáng)度R28和彈性模量E28的比值為1：92到1：129，這一指標(biāo)比水口水電站防滲墻塑性混凝土彈性強(qiáng)比250：1有了進(jìn)一步的提高。因此，下一步應(yīng)努力在保持現(xiàn)有彈性比的情況下盡力提高抗?jié)B性能。
　　5.施工配合比
　　從上表所列13組混凝土配合比的試配情況可以看出，均基本滿足了設(shè)計(jì)要求的抗壓強(qiáng)度和彈性模量，施工配合比只需依據(jù)抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果確定即可。在13組試配結(jié)果中，第3#-3試配結(jié)果較好，但是超強(qiáng)較多，為了降低抗壓強(qiáng)度和彈性模量并提高抗?jié)B性能，擬在保持水泥用量不變的情況下增加膨潤土的用量。因此初步選定對(duì)3#-3配合比進(jìn)行修正后作為推薦使用的施工配合比見下表
　　推薦使用的混凝土施工配合比
　　
　　
　　6.施工過程：
　　整個(gè)防滲墻共分39個(gè)槽孔段進(jìn)行施工，單好槽空為Ⅰ期槽，雙號(hào)槽為Ⅱ期槽。
　　防滲墻造空采用CZ30和CZ22型沖擊鉆機(jī)造主孔，液壓導(dǎo)板抓斗部分副孔，在抓副孔時(shí)如遇大孤石則仍由沖擊鉆造孔。為避免相互干擾，沖擊鉆和液壓導(dǎo)板抓斗分別布置在槽孔兩側(cè)。抓斗抓出的卵石由裝載機(jī)運(yùn)載，施工高峰時(shí)共有23臺(tái)沖擊鉆和10臺(tái)抓斗機(jī)同時(shí)工作，平均生產(chǎn)能力為84.6m／d,高峰時(shí)145.3m／d。
　　防滲墻塑性混凝土由3臺(tái)JS-500型臥式強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)攪和，采用自動(dòng)稱量系統(tǒng)稱骨料和水泥，人工加膨潤土和外加劑，該攪拌站生產(chǎn)那里為53m3／h。
　　造空泥漿由設(shè)在右岸灘上的12臺(tái)2m3泥漿攪拌機(jī)制漿，備有6個(gè)蓄漿池，總儲(chǔ)量為900m3，該制漿站日制能力為648m3，整個(gè)工程共耗用粘土31805m3，耗用泥漿76402m3，平均每米進(jìn)尺用泥漿量為3.66m3。
　　7.配合比的跟蹤檢測(cè)結(jié)果
　　為了檢測(cè)混凝土的質(zhì)量，對(duì)39個(gè)槽孔的混凝土均進(jìn)行了機(jī)口取樣，以求得7d，28d的抗壓強(qiáng)度，28d的抗?jié)B指標(biāo)和彈性模量值。部分槽孔還求得了90d的抗壓強(qiáng)度值、抗?jié)B指標(biāo)和彈性模量值。
　　對(duì)機(jī)口取樣的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得到：
　　抗壓強(qiáng)度R7=2.5MPaR28=3.8MPa
　　Cv=0.212
　　強(qiáng)度保證率98﹪
　　合格率100﹪
　　彈性模量E28=416.9MPa
　　對(duì)機(jī)口取樣的28天的抗?jié)B指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果為K28=0.86×10-7，可以看出達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滲透系數(shù)處在設(shè)計(jì)要求的邊沿，余量不大。所進(jìn)行的試驗(yàn)還表明，滲透系數(shù)K值隨著齡期的增加而減小，60天的滲透系數(shù)為K60=0.72×10-7，也就是說抗?jié)B性能隨齡期的增加而增強(qiáng)。
　　從機(jī)口取樣的28天的彈性模量結(jié)果和28天的抗壓強(qiáng)度結(jié)果可以得出：E28:R28=99:1,這一指標(biāo)比水口水電站防滲墻塑性混凝土的彈性比（250：1）有了進(jìn)一步的降低，超過了目前國內(nèi)的最好成果（彈性比比為150：1）。而國外防滲墻的塑性混凝土的最好成果也只有E:R=219：1.因此，小浪底上游圍堰防滲墻的塑性混凝土的性能不僅在國內(nèi)居于領(lǐng)先水平，而且在國外也處于領(lǐng)先水平。
　　小浪底上游圍堰防滲墻由于使用了塑性混凝土，與使用普通混凝土相比原材料節(jié)約了50﹪，造價(jià)降低了40萬，大大降低了成本。
　　塑性混凝土可以廣泛用于修建土石垻和基礎(chǔ)，防滲搶搶險(xiǎn)及圍堰防滲墻中，在土建方面也可以參考使用。