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水利塑性混凝土配合比设计及配置技术

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：刘明勇

[导读] 摘要：塑性混凝土作为一种新型的柔性材料被广泛应用于水利堤防工程中。

        中铁大桥局第七工程有限公司湖北武汉 430050
        摘要：塑性混凝土作为一种新型的柔性材料被广泛应用于水利堤防工程中。塑性混凝土是一种混合的结构物，其具有低强度、低弹模和大应变等特点，对于不同形态的地形拥有更好的适应力，同时水泥的使用需求也更低，能够减少工程的成本，在抗渗性方面也表现得更好。在理念上来讲，塑性混凝土的配合比设计和普通的混凝土是完全不同的，因此塑性混凝土配合比设计及配置便显得尤为重要。
        关键词：塑性混凝土；配合比；设计；配置
        引言：
        塑性混凝土的配合比对最终生成结构物的稳定性和安全耐用性起着决定性的作用，同时还会影响施工的难易程度和工程的总体成本，因此探寻设计合适的配合比十分关键。合适的材料和配合比对于满足塑性混凝土相关的抗渗性能、和易性、抗压强度、弹性模量和凝结所需时间等指标有着重要的影响，因此本文对塑性混凝土的配合比产生了以下的探究。
        1 塑性混凝土的技术指标要求
        本文结合某水利工程，根据设计图纸要求，其所用塑性混凝土28天抗压强度为3MPa，弹强比宜为300，弹性模量宜为900MPa，渗透系数应为10-7cm/s。
        2 原材料选用对塑性混凝土性能的影响
        2.1水泥
        水泥的使用对塑性混凝土的性能影响主要体现在以下几点：首先就塑性混凝土的强度来说，水泥是影响其强度的最大的因素，同时使用水泥的用量和塑性混凝土的强度是成正比的，实验表明在塑性混凝土其他构成材料中，当其他材料用量保持不变时，只有水泥用量的变化直接大幅度影响塑性混凝土的强度；其次就是对塑性混凝土弹性模量的影响，经实验得出，弹性模量依旧也是和塑性混凝土中的水泥用量成正比例关系，而如果想要降低其弹性模量适应工程地形的变化，就要通过降低水泥的用量达到这点；水泥对于塑性混凝土的和易性和渗透性也有着相应的影响，水泥的用量和塑性混凝土的抗渗系数成反比关系，因为水泥的凝胶特性，所以和塑性混凝土的和易性成正比关系[1]。
        2.2膨润土、粘土
        膨润土、粘土在塑性混凝土中是必备的材料，而这两者主要是影响着塑性混凝土的弹性模量、强度和渗透能力这三点，而为了保证塑性混凝土的相关性能，膨润土和粘土必须维持有充足的粘粒和胶粒，要确保大于百分之五十的含胶量。而这两者对于塑性混凝土的具体影响体现在以下几点：首先是对于塑性混凝土的强度影响，因为膨润土和粘土的凝胶强度并不高，所以随着这二者用量的增加，会降低塑性混凝土的整体强度；其次，随着膨润土用量的增加，塑性混凝土的弹性模量随之降低；最后，膨润土和粘土的参与，大大促进了塑性混凝土和易性[2]。
        2.3砂石骨料
        和在普通混凝土中所起到的作用类似，砂石骨料在塑性混凝土中依旧是起着骨架支撑的作用，但经过具体的研究和实验，发现这二者中实则存在着相似和不同的方面。首先，因为塑性混凝土中必不可少膨润土和粘土的部分，所以对砂石的含泥量要求也能够相应的放宽；其次，塑性混凝土和普通混凝土相比有着柔性的特点，因此其拥有相应的变形能力，在强度要求并不是很高的情况下石子粒径的大小便显得尤为重要。
        3 配合比的设计
        3.1水胶比的选择
        水胶比对塑性混凝土的弹性模量和渗透系数以及其流动性都有关联，主要是与弹性模量成反比关系，和渗透系数和塑性混凝土的流动性成正比。由此可以得出水胶比增大引起的不利后果要大于有利影响，因此在施工要求满足的条件下，一定要合理控制水胶比，使其保持在较小的范围内。
        3.2水泥用量的确定
        水泥的用量直接影响塑性混凝土的很多性能，尤其是强度和弹性模量等，同时还直接影响到工程的造价和成本，因此水泥用量通过实验确定得出最佳的配比方案，大都维持着80至170kg /m3。
        3.3粘土和膨润土
        通过上文的分析，可以得知粘土和膨润土对于塑性混凝土是必不可少的成分，同时也必须确保有一定的粘粒和胶粒，在实际配比设计中，我们选择膨润土作为掺和胶材[3]。在掺土量方面，膨润土的用量占胶凝材料用量的20%-40%之间。
        3.4选择合适的砂率
        塑性混凝土对于弹性模量的要求往往都比一般的混凝土要更小，所以为了降低弹性模量往往会增加砂率，砂率宜不小于50%，有的塑性混凝土配合比设计，为了满足设计要求，甚至不在添加碎石来获得更优的力学性能。
        3.5选择外加剂
        塑性混凝土和普通混凝土相比还需具备有更高的流动性和防渗性等特点，因此涉及到了引气剂的使用，以此使得其渗透系数得以下降，同时还要防止塑性混凝土的胶化现象，减水剂的使用能够很好的避免这点。
        4 塑性混凝土配置
        选取合适的材料，根据图纸和技术文件所要求的和易性以及相应养护龄期的抗压强度、弹性模量和抗渗透指标，满足以上配合比的设计原则，通过对水泥用量、粉煤灰、膨润土的综合用量、砂率以及水胶比，采取正交设计和试验[4]。试验的配合比见表一，经养护到标准龄期的塑性混凝土试验数据统计见表二。
        表一塑性混凝土配比

        表二塑性混凝土试验数据统计

        根据工程设计文件要求，本项目塑性混凝土设计强度为3MPa，经公式计算出试配强度为4.8MPa，根据试验结果，PB03和PB04均能满足要求。
        进行试验结果分析时，要根据是否满足设计的需求进行结构物的稳定性、安全性和是否耐用等多个指标进行考量，同时还要考量其工程的成本造价、是否便于实际操作等因素，要从经济角度和施工难度的角度思考，以此得出最终的最合理的配合比方案。
        5 结束语
        因为塑性混凝土用于水利、堤防的工程类型属于隐蔽的工程类型，所以其是否具有良好的效果与质量直接关系到大坝和地基等工程的安全性，而有关塑性混凝土的配合比设计相对复杂，牵扯到许多材料的用量和使用情况，而不同材料的用量多少也会直接影响到塑性混凝土许多的物理性能，因此探究清楚这些材料和用量多少会导致的具体影响及配合比时应遵循的原则是十分必要的。具体得出配合比应注意到，不仅要从水泥用量的合理配比入手，同时还要关注水胶比的大小、外加剂的使用等情况，同时还应注意砂率的大小、掺土量的具体程度，同时经实验发现，粘土和膨润土同时使用也会比单单使用一种获得的效果更好的试验结论。而随着目前大众更加关注塑性混凝土的配合比现状，我国对于其相关研究也越来越多，我国对于塑性混凝土的相关成果和推进也会越来越多。
        参考文献：
        [1]吕振东.防渗墙塑性混凝土配合比设计试验研究[J].山西水利科技，2015（4）：100-102.
        [2]吴为健，田军帅.塑性混凝土配合比设计小结[J].中国水运（下半月），2015，15（6）：311-312.
        [3]黄绍芳.水泥用量对塑性混凝土抗渗性能影响研究[J].水利技术监督，2018，No.144（04）：155-157.
        [4]麻江峰，MAJiang-feng.掺和料对塑性混凝土的性能影响研究[J].山西水利科技，2017（2）：66-68.