蘇丹上阿特巴拉塑性混凝土配合比設計和質量控制

馬明 雷穎

摘要：塑性混凝土作為一種新型的防滲墻墻體材料，在防滲墻工程中得到了普遍的應用。為滿足工程要求的強度、彈性模量、滲透系數等指標，對塑性混凝土進行了配合比試驗，選出了符合工程要求的施工配合比，在施工中總結塑性混凝土的質量控制。

關鍵詞：蘇丹上阿特巴拉 塑性混凝土 質量控制

中圖分類號： TV331 文獻標識碼： A

1．工程概況

上阿特巴拉河大壩樞紐工程Burdana大壩主壩為粘土心墻壩，壩高51.3米，河床防滲墻起止樁號是CHB1+376～GHB1+532。工程量大約4000m2。根據勘探結果，河床地層劃分為4層，主要是細砂層和中礫石層，少量淤砂層和砂巖。

2．塑性混凝土的配合比設計

對比國內外塑性混凝土規范，在國際規范上很多性能指標要求更嚴格，此塑性混凝土性能指標對比見表1。

表1 塑性混凝土性能指標對比表

2.1塑性混凝土的設計要求

2.1.1強度要求：塑性混凝土特點是低強高彈，本工程要求的塑性混凝土單軸抗壓強度為1.0MPa，最大不超過1.5MPa，28天后典型的正割彈性模量E50 小于 300MPa。28 天后系列正割彈性模量E50小于200MPa。側限壓力200kN/m2。破壞應變≥3.5%，在三維的CD（固結排水） 測試中，側限壓力（σ3=200/400/600kN/m2）。在三軸壓力室滲透性低于10-8m/s。

2.1.2施工要求：考慮到導管和拔管的要求，混凝土坍落度要在200-240mm。

2.1.3其它要求（技術條款）

要求塑性混凝土坍落度損失6小時后不低于160mm；

2．2 塑性混凝土原材料選用

2.2.1水泥

本工程選用巴基斯坦ThattaOPC42.5N水泥，強度富裕系數在1.1左右。各項技術指標滿足DIN EN 197要求。

2.2.2膨潤土

膨潤土含量將主要影響現澆混凝土的穩定性和硬化塑性混凝土的可變形性。本工程選用印度Indian Muds&Chenicals生產的膨潤土。主要檢測指標是液塑限，細度等。經第三方Bureau Veritas檢測結果完全合格。

2.2.3骨料

骨料采用當地Jebal Aklait石料場，經人工骨料生產系統破碎篩分所得砂石骨料?；炷敛捎靡患壟?，骨料最大粒徑不超過16mm。砂子采用中砂，細度模數控制在2.8左右。

2.2.3外加劑

本工程選用江蘇博特生產的SR（1）型緩凝劑，主要目的是為了延長混凝土的初凝時間，保證混凝土澆筑質量。

2.2.5.水：采用滿足拌合用水要求的水。（滿足BS EN1008要求）

3．配合比設計試配情況

水灰比對塑性混凝土（包括現澆和硬化混凝土）的性能都有很大影響。和易性應高，但必須避免現澆混凝土的泌漿及離析。一方面為了防止侵蝕，硬化的塑性混凝土應達到最小單軸強度；另一方面也不能超過最大限度，因為必須達到合同中“割線彈性模量”要求的變形。因此，水灰比的范圍應在2.6到3.2之間。配合比試驗分兩步進行，先是進行塑性混凝土的強度試配，因為強度較低，對混凝土不能按常規的混凝土配合比試驗方法來進行，膨潤土提前24小時進行膨化處理，機械拌和，進行新拌混凝土的坍落度和坍損試驗，人工插搗成型，試模規格為Ф100×200，靜置48小時后拆模，養護室水中靜養到相應齡期，在土工室的UCS試驗機上進行試驗。待滿足強度試驗后，重新拌制，進行三軸，滲透等試驗。

塑性混凝土配合比表3-1

綜合各方面試驗結果比較，最終選擇PC-B -06-R-1.5配合比作為施工配合比。

4．混凝土現場澆筑和質量控制

混凝土配合比先在拌和樓進行試拌試驗，進行常規新拌混凝土檢測。首先是膨潤土的膨化準備，膨潤土和水的比例為1：9，經過測試比重在1.06，且能滿足泵送條件，因塑性混凝土用水量在420公斤，除去膨化需要的水量，實際用水量很小，所以必須控制好砂料的含水率，也避免實際的用水量超過配合比的用量?，F場澆筑注意混凝土的上升高度，上升速度最好為15～25厘米/分鐘。在混凝土澆筑前，應下降水下澆注管與底部接觸，然后提高最多50厘米。啟動（或第一次澆筑混凝土）應避免水下澆注管內的泥漿污染混凝土，在向導管中注混凝土時可先放入一個臨時的塞子通過導管。啟動后，混凝土導管的底座應一直保持在泥漿槽內新澆混凝土水平面以下3～4米。在混凝土澆筑期間，泥漿槽的膨潤土泥漿水平面應一直保持在導水墻頂端邊緣以下不低于0.5米處。塑性混凝土盡量保證連續澆筑，混凝土導管給料應分布應相等，保證槽內混凝土水平面一直保持水平，最高點與最低點差不于1米。同時隨著混凝土在槽段面內上升，應及時用泵從槽中抽取膨潤土泥漿。按規定對一序槽和二序槽進行取樣試驗，硬化混凝土試驗內容交錯進行。

5．現場試驗結果

工程防滲墻共38個槽段，一序槽P1-P19,二序槽S1-S19，通過現場取樣，進行了塑性混凝土坍落度、抗壓強度、滲透系數、彈性模量，耐沖刷（針孔試驗）等指標的試驗。

5．1 坍落度、擴散度

按現場工程師要求，每車現場都進行坍落度檢測，一般在20～22cm 之間，全部滿足設計要求。

5．2抗壓強度

為了保證試驗結果可信，表面和底面應平行。因此需加蓋一層薄硫層。柱狀樣品的表面和底面平整需使用精確的測量工具進行核查。無側限抗壓試驗應為應變率約0.2%/min的應力-應變控制試驗。隨后在現場實驗室進行的常規質控試驗也應使用與實驗室所用的相同比率。塑性混凝土抗壓強度測定結果見圖5.2

從試驗結果看，最大值為1.3MPa，最小值為0.6 MPa，平均值0.75 MPa，滿足設計要求。

5．3滲透試驗結果

滲透試驗應采用定水頭法在柔性壁滲透儀（三軸室）內對樣品（通常3組）進行，通過在排水線頂部底部使用約400千帕的反壓確保三軸室內每一樣品的飽和度。壓力計范圍應高于反壓20-40千帕。飽和后，應通過將壓力增加至500千帕，同時持續施加400千帕的反壓從而對樣品的壓力鞏固至持續有效的100千帕。鞏固后，對樣品進行試驗，水力梯度i=100。滲透因數為20度時的因數。所取十組試樣，滲透試驗結果均在小于10-8。因為試驗儀器有限，所做試驗較多，故到后期試驗試塊超齡較多，但試驗結果滿足要求。

5．4三軸試驗

三軸試驗使用SY30-2型三軸滲透試驗儀。按要求在各個圍壓條件下進行三軸試驗。實驗結果如下表

從結果看應變都大于設計的3.5%，E50彈?；径荚?00以下，總體情況基本滿足設計要求。

5．5沖刷試驗（針孔）

所謂針孔是在直徑150mm，高300mm的樣品中心插入長度應為240mm左右其直徑約為16mm的涂脂鋼管。為了確保與水管緊密連接，針孔（60mm）剩余部分被鋼管覆蓋，該鋼管預埋在露出圓柱樣品外的現澆塑性混凝土內。塑性混凝土內制備針孔的鋼管需在塑混凝土凝結后立即取出。淡水養護28天進行針孔試驗時在4-5bar壓力下進行沖蝕試驗，每半小時測定失重率直至結果兩小時恒定不變。在任何情況下，該試驗最遲5小時后測定。試驗結果顯示抗沖刷良好。

6．結語

一、塑性混凝土在國內雖已得到廣泛使用，但與國外相比，本工程所采用的塑性混凝土強度是國內塑性混凝土強度的1/2左右，強度低，彈模小，極限應變大，在低強低彈方面還可吸收國外工程的先進經驗，改良后推廣。

二、本工程所用的塑性混凝土滲透系數小，適用各種規模的防滲墻。

三、在推廣這種塑性混凝土的同時，根據國內工程的特點，可修訂現有的防滲墻施工規范，特別是塑性混凝土配合比方面的內容。