比起刚性混凝土来,塑性混凝土的配合比设计要复杂得多,这主要是因为:一方面,塑性混凝土随着其组成原材料的不同其特性差别很大;另一方面,因其组成塑性混凝土的原材料品种较多,要设计出符合要求的塑性混凝土,工作量大而又复杂。因此要设计出一个既经济、性能又好的配合比是一件很犯难的工作。为使配合比设计工作做得更好、取得更高的效率,建议遵循下述原则:
(1)与刚性混凝土防渗墙相比,塑性混凝土防渗墙有较高的安全度。为了获得更高的安全度,所选的配合比应使混凝土具有较小的模强比(即单轴压缩试验测得的28d弹性模量和28d抗压强度之比)。最好的情况下,所设计的配合比应使混凝土的模强比小于100;一般情况下,配合比使混凝土的模强比介于100~300之间;如果模强比超过500,就不太合宜了。
(2)设计塑性混凝土的配合比时,同时还应考虑与防渗墙相邻的土体性质的影响。一般认为,墙体的弹性模量为其相邻土体弹性模量的4~5倍为宜,最大不宜超过10倍。同时,还应使塑性混凝土的非线性指数λ(λ=Ei/E0.5%,即初始模量与应变量为0.5%的割线模量之比)与围土的非线性指数λ相接近,计算表明两者愈接近,防渗墙的应力便愈小。
(3)塑性混凝土防渗墙的最大的优越性是它的经济性,特别是节省水泥。一般情况下,每立方米混凝土中水泥用量以100~150kg为宜,最多不宜超过200kg,对承受水力比降不高的,尤其是临时性的防渗墙,其水泥用量可降至40~100kg。
(4)为减少配合比设计的工作量,可尽量减少组成塑性混凝土的原材料的种类,比如使其只含水泥、砂石骨料、水和膨润土。三峡二期围堰塑性混凝土仅由水泥、黏土、风化砂和水配合而成。
(5)为提高塑性混凝土的和易性,一般的,塑性混凝土的用水量要大,尤其是当膨润土和黏土采用湿掺法时,其水灰比多大于2,一般多为3~6有时可达到4~10。这可使其坍落度达到20~25cm,扩散度达到40~45cm。
(6)根据我们的研究,塑性混凝土的破坏是属塑性剪切破坏,应以摩尔—库伦强度准则来判断其安全性。根据于玉贞的研究[1],塑性混凝土的抗剪强度指标与其中的骨料(砂、石合计)含量有关,如图2-1和表2-8所示。由表2-8可以看出,为了得到较高的抗剪强度指标,以使其墙体的应力水平较低,就应使塑性混凝土中保有一定的骨料含量,如表2-8所示约为900~1500kg/m3。但根据文献[2]的建议,骨料的体积占混凝土总体积的50%左右,约为1300kg/m3为宜,该文献认为,如果骨料含量继续增大,将使混凝土中的骨料相互接触,从而加大其弹性模量。综上所述,塑性混凝土中骨料含量以900~1300kg为宜。
图2-1 内摩擦角与骨料含量的关系
表2-8 砂石含量与内摩擦角(www.daowen.com)
续表
(7)对于永久性工程,为了增加塑性混凝土防渗墙的后期强度和降低其渗透系数,可掺入适量粉煤灰。粉煤灰对混凝土强度和渗透系数的影响如表2-9和表2-10所示。
表2-9 粉煤灰掺量对混凝土抗压强度的影响
表2-10 粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响
从表2-9和表2-10可以看出,掺入粉煤灰提高了塑性混凝土的91d抗压强度,降低了其渗透系数,且龄期越长效果越好。
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