塑性混凝土协调变形应用及配合比试验方法探讨研究|土工试验和原位测试 - 领先的岩土技术社区，岩土领域的媒体、社区与应用平台！

离线kehongwang

实习生

发帖: 2

土币: 186

威望: 30

原创币: 0

只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2010-04-22

塑性混凝土协调变形应用及配合比试验方法探讨研究

王克宏¹ ，陈永贵²
（1.湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司湖南长沙 410007; 2.长沙理工大学土木与建筑学院湖南长沙 410076）

【摘要】塑性混凝土是一种强度低、弹性摸量低、具有良好变形协调性的柔性墙体材料，广泛的应用于地下防渗墙已及其他工程领域。本文结合工程实例就塑性混凝土在变形协调方面的应用以及为获得满足要求的配合比和性能指标而进行的试验方法加以分析探讨，为类似工程配比试验提供参考。

关键词塑性混凝土变形协调配合比石窟

1概述

塑性混凝土是上世纪90年代中期开发出来的一种柔性墙体材料。它是采用黏土或者膨润土等掺合料取代普通混凝土中的一部分水泥而形成的，在降低材料强度的同时较大的增加了材料的变形性能，与普通混凝土相比，塑性混凝土有很多优点，如通过改变掺合料掺入量以及水胶比，可使其弹性摸量与土体接近，达到与土体变形协调性一致的目的，克服普通混凝土不适应土体变形的缺点，同时塑性混凝土还具有良好的防渗性能，因而塑性混凝土目前广泛的应用在土石坝、提防的防渗墙体中。

浙江龙游石窟4^#洞2^#石柱加固工程中采用塑性混凝土作为石柱与普通混凝土抗滑挡墙间的变形缓冲协调垫层，就是充分利用塑性混凝土的在一定弹摸条件下的良好变形协调性能。虽然塑性混凝土的变形性能即弹性摸量可以通过配比进行调节控制，但目前应用成熟的仍然是使用在地下防渗墙中的低强度（≤5 MPa）、低弹摸（1～3G Pa）塑性混凝土，对于本工程中要求采用较高强度（20 MPa以上）、较低弹摸（5～6GPa）的塑性混凝土尚未有成熟工程经验与成熟的配合比。本文则重在探讨对该种塑性混凝土的配合比试验方法研究。

2工程简况

浙江龙游石窟是一处罕见的重要文物、位于浙江省龙游县的凤凰山南麓。在方圆0.35km²范围内分布有24个石窟地下洞室群。其工程规模之大、雕凿技艺之精等堪称人类世界之壮举。石窟围岩及预留支撑石柱均为红砂岩，风化不断，随着时间的推移，这一文物在不断的衰减破坏。其中位于4#洞窟中部的2#石柱，柱高约为10.4m，柱周长6.0m。柱下部沿着层面发育一条剪切破坏状裂缝，其产状为N680-70°W，NE∠190-24°（见图1），内摩擦角约为23.19°,内聚力为0.075MPa。2007年12月，监测发现该裂缝有所扩大并贯穿整个柱截面。由于裂缝结构面内摩擦角仅为23.19°，而该裂缝面的倾角为19°～24°，因此，安全储备很低，处于危险的临界状态。柱子存在随时沿裂缝倾斜方向滑移倒塌的危险。

龙游石窟属于历史文物遗产，以保护文物原貌为原则，在不破坏石窟石柱原有现状的条件下，对2#石柱进行加固支撑。2008年2月28日经中科院、同济大学等的多位岩石力学、工程地质学、锚固与注浆方面的专家对多个加固方案分析论证后，建议采用综合加固方案，即在石柱可能滑动面设置反力结构抗滑挡墙，柱周洞顶设置钢支撑对石柱卸荷，柱子采用裂缝注浆修复处理，同时在石柱与普通混凝土抗滑挡墙间设置一层30㎝厚的塑性混凝土作为变形缓冲协调垫层（见图1），为避免在石窟在环境（温度、湿度）变化以及石柱应力改变等情况下，普通混凝土（弹摸约10 Gpa）与石柱（弹摸约5.78 Gpa）变形不一致，造成普通混凝土挡墙对石柱子提供过大反力而使得石柱产生次生破坏。

3塑性混凝土设计要求

设计要求塑性混凝土与石柱的物理力学性能指标相似，一方面要求塑性混凝土有足够的强度承受石柱的下滑力，另一方面要求塑性混凝土胀缩变形与石柱一致。具体指标要求为：

塑性混凝土28d抗压强度：23.0-25.0Mpa 塑性混凝土28d弹性摸量：5.78±0.1 Gpa。

4配合比实验

4.1材料的选择

水泥：32.5R普通硅酸盐水泥，浙江龙游杜山水泥厂生产，28d抗折强度7.2 Mpa，抗压强度35.7Mpa。

砂：衢江砂场，中粗砂，细度模数F_M=2.35，含泥量为0.5%，松散容重1540kg/m^3.
碎石：粒径小于20mm的石灰岩碎石，极配良好，松散容重1750kg/m³，吸水率0.62%.

膨润土：钠钙基膨润土。

外加剂：HR1-2型高效减水剂，减水率22.4%。

4.2配合比设计方法

根据设计要求，塑性混凝土需有一定高的强度，同时又要有较低的弹性摸量，而这两者是矛盾的。在满足强度时，可能弹摸达不到；在满足弹摸时，可能强度达不到，试验难度较大。本次试验是采用逐步缩小试验范围的筛选配比方法，即是通过已有的防渗墙塑性混凝土配合比中的水胶比、膨润土掺量、砂率等与其强度、弹摸的相关性规律推算本工程塑性混凝土的初步水胶比、膨润土掺量、砂率、外加剂掺量的范围，在该范围内分别选定几组不同数值的水胶比、膨润土掺量、砂率、外加剂掺量来进行初步正交试验，试验成果见表1，根再据初步试验成果进行分析找出配比规律，同时选定接近要求的配比进行调整试验，最终选定满足要求的配合比。

表1 塑性混凝土初步正交试验成果表
编号	水胶比	砂率 /%	膨润土 /%	外加剂 /%	塑性混凝土材料用量(kg/m³)						抗压强度 28d/Mpa	弹性模量 28d/Gpa
编号	水胶比	砂率 /%	膨润土 /%	外加剂 /%	水	水泥	膨润土	砂	碎石	外加剂	抗压强度 28d/Mpa	弹性模量 28d/Gpa
LY1	0.4	60	40	2.2	347	520	346.7	586.5	391	19.1	21.9	5.643
LY2	0.6	30	10	2	217	325	36.1	486.4	1135	7.2	19.8	6.117
LY3	0.8	60	10	1.6	244	274	30.4	993.0	662	4.9	12.5	3.608
LY4	1	30	40	1.8	212	127	84.7	534.9	1248	3.8	3.1	0.725
LY5	0.4	40	25	2	301	565	188.3	459.3	689	15.1	27.9	8.563
LY6	0.6	50	55	2.2	308	231	282.3	709.0	709	11.3	5.13	1.720
LY7	0.8	40	55	1.8	249	140	171.1	658.0	987	5.6	3.5	0.721
LY8	1	50	25	1.6	248	186	62	856	856	4.0	4.5	0.996
LY9	0.4	50	10	1.8	266	598	66.4	633	633	12.0	32.4	11.075
LY10	0.6	40	40	1.6	234	234	156	630.7	946	6.2	8.1	2.126
LY11	0.8	50	40	2	225	169	112.7	847	847	5.6	4.2	0.996
LY12	1	40	10	1.6	211	190	21.1	710.7	1066	3.4	6.5	2.276
LY13	0.4	30	55	1.6	319	359	438.8	321	749	12.8	17.6	4.114
LY14	0.6	60	25	1.8	238	297	99	943.5	629	7.128	12.7	4.312
LY15	0.8	30	25	2.2	207	194	64.7	514.3	1200	5.7	6.6	2.430
LY16	1	60	55	2	262	118	144.2	1008	672	5.2	2	0.542

4.3成果分析及调整试验

4.3.1初步试验成果分析

绘制不同水胶比时塑性混凝土强度-膨润土掺量关系曲线图（见图2）以及弹性模量-膨润土掺量关系曲线图（见图3），从成果表以及关系图中可以得出如下规律：（1）影响塑性混凝土强度以及弹性模量的主要因素为水胶比、膨润土掺量。（2）塑性混凝土强度以及弹性模量随水胶比的增大而减小，且在水胶比从0.4～0.6这一区间，强度、弹性模量递减幅度大。（3）随着膨润土掺量的增加，塑性混凝土强度以及弹性模量非线性下降。

4.3.2调整试验

试验成果中的LY1组性能指标十分接近设计要求，同样从图2、图3中推断出膨润土掺量（虚线所示）在36%-38%左右，按该组配比适当调整膨润土掺量，进行小范围的调整试验，能试验出完全满足要求的配比。由于LY1组的强度、弹性模量均略小于设计要求指标，以2%为一档降低膨润土掺量,进行6组试验（见表2）

4.3.4施工配合比的选定

通过补充调整试验，LY1-6的性能指标满足要求，配比为水胶比0.4，砂率64%，膨润土36%(312.2kg/m³),水泥555kg/m³。

表2 塑性混凝土调整正交试验成果表
编号	水胶比	砂率 /%	膨润土 /%	外加剂 /%	塑性混凝土材料用量(kg/m³)						抗压强度 28d/Mpa	弹性模量 28d/Gpa
编号	水胶比	砂率 /%	膨润土 /%	外加剂 /%	水	水泥	膨润土	砂	碎石	外加剂	抗压强度 28d/Mpa	弹性模量 28d/Gpa
LY1-1	0.4	60	38	2.2	346	537	329.1	586.5	391	19.1	22.6	5.714
LY1-2	0.4	62	38	2.2	346	537	329.1	605.3	371	19.1	22.0	5.574
LY1-3	0.4	64	38	2.2	346	537	329.1	625.8	352	19.1	21.3	5.428
LY1-4	0.4	60	36	2.2	347	555	312.2	586.5	391	19.1	24.2	6.102
LY1-5	0.4	62	36	2.2	347	555	312.2	605.3	371	19.1	23.8	5.975
LY1-6	0.4	64	36	2.2	347	555	312.2	625.8	352	19.1	23.3	5.844

5性能指标测试

5.1抗压强度

抗压试件采用150mm×150mm×150mm的立方体，采用常规万能试验机试验，试验加荷速率控制0.05～0.15Mpa/s。

5.2弹性模量

   采用150mm×300mm的圆柱体试件，应变的测量标距采用整个试件的长度为300mm，对有变形传感器的试验机，变形的测量直接从试验机上读得，对于没有变形传感器的试验机，将百分表用磁性表座固定在试验台上，由百分表读得。试验加荷速率控制0.05～0.15Mpa/s，同时控制变形速度约在1×10^-6cm/s。计算时取应力-应变曲线上直线斜率作为塑性混凝土的弹性模量。

6结语

   对于有特殊要求的塑性混凝土工程，采用科学合理的试验方法是其在工程中成功应用的保证，本工程试验采用以往工程经验分析推断最佳试验范围，通过较少有代表性的初步试验，进行数理分析找出对试验指标有影响的因素以及其影响的相关规律，再按规律推断更加准确的配比范围，调整配比进行试验，较快的求得符合要求的施工配比，避免了大量繁琐的试配试验工作，为类似工程提供了一种可参考的便捷试验方法。

   龙游石窟石柱加固中采用塑性混凝土，对强度、变形协调的严格要求，是以成功的配比试验为基础的。这说明各种工程中对塑性混凝土特性的更高要求推动着试验研究的不断发展，同时随着塑性混凝土配比试验研究的日臻完善，塑性混凝土必将得到广泛的应用。



   参考文献：

[1]    金婉香等.掺膨润土的塑性混凝土用于防渗墙的试验研究.浙江水利科技, 2003（1）:67-68。

[2]    夏细禾.长江提防防渗工程施工研究及其应用.中国水利水电出版社，2004。

[3]    夏思远等.浅谈塑性混凝土配合比设计.江西水利科技，2005（9）：31。

共1条评分

sunjun

土币 +80

谢谢！我设计的一个项目也用的塑性混凝土防渗墙

2010-04-22