塑性混凝土材料性能試驗研究與應用1

1、wd格式整理版學習參考第一章第一章緒論1.11.1研究的目的與意義研究的目的與意義我國是一個農(nóng)業(yè)大國，水利是農(nóng)業(yè)的命脈，因此水利工程建設一直被擺在我國經(jīng)濟工作的重要日程。混凝土防滲墻國際上稱地下連續(xù)墻，隨著我國水電事業(yè)的發(fā)展而廣泛應用在不同的水工建筑物中，如壩體、壩基防滲、險壩加固、壩后擋土、隧洞出口、溢洪道下游防沖加固以及圍堰、堤壩的防滲工程等。近年來也應用在海港、碼頭、地鐵及城市高層建筑的基礎工程中。在各項水利工程、航道樞紐工程中建

2、造的混凝土防滲墻不計其數(shù)，其中深度超過40m的防滲墻有近50道，總面積近60萬m2，許多工程的難度在世界上都是罕見的[1]。過去防滲墻的墻體材料普遍采用常規(guī)混凝土，（一般稱剛性混凝土，彈性模量一般在10000MPa以上），由于剛性混凝土彈性模量高，在荷載作用下，極限變形能力小，墻與周圍壩基的變形差異大，導致防滲墻與圍巖的應力不同，防滲墻內(nèi)產(chǎn)生應力集中，因而致使墻內(nèi)產(chǎn)生有害裂縫，甚至有墻體被壓碎的危險，使防滲墻遭到破壞。如加拿大馬尼克3號

3、壩采用了兩道剛性混凝土防滲墻，在108米高土壩荷重和水壓力作用下，墻內(nèi)應力超過26106Pa，結(jié)果防滲墻被壓碎[2]。若在防滲墻內(nèi)設鋼筋，不僅使原材料耗費大，增加了工程造價，而且使施工程序復雜，特別是在拆除階段需采用爆破技術(shù)，對主體建筑有影響[3]。此外，剛性混凝土墻體與周圍土體沉陷差別較大，與基礎部位相連接相當困難。在這樣的背景下國內(nèi)外便開始探索采用一種新型的防滲墻墻體材料，即塑性混凝土，來解決傳統(tǒng)的剛性混凝土防滲墻出現(xiàn)的問題，相應地

4、，加強對塑性混凝土各種材料性能的試驗研究就顯得相當重要。塑性混凝土是近幾年才發(fā)展起來的一種介于土與普通混凝土之間的柔性工程材料，它是一種由水泥、水、粘土、膨潤土、石子、砂子等原材料經(jīng)攪拌、漿體澆筑、凝結(jié)而成的混合材料。為了改善塑性混凝土的特性同時節(jié)約水泥，有時還要摻加粉煤灰、外加劑。塑性混凝土原材料組成與普通混凝土原材料組成的最大差異是膠凝材料組成不同，塑性混凝土的膠凝材料除了水泥之外，還有膨潤土、粘土等，也可以同時摻入兩種材料。按膠凝

5、材料組成的不同，塑性wd格式整理版學習參考際大壩會議上介紹的阿根廷西雷塔水電工程（總長47.7km，總面積達90萬m2，堪稱世界上最長的防滲墻）、智利的科爾本土石壩（墻深68m，作用水頭110m，覆蓋層厚68m，塑性混凝土防滲墻防滲效率達到99.8％）、日本只見壩工程（在21m覆蓋層中使用的塑性混凝土防滲墻，墻體與周圍土體相對沉陷僅差幾毫米）、西班牙阿爾翁壩工程中的塑性混凝土防滲墻均取得了令人滿意的效果[4]。第九屆國際土力學和基礎工程

6、會議提出了對灌漿混合物和塑性混凝土的比較[5]，該研究計劃對灌漿料和塑性混凝土的三軸“應力－應變”強度特性進行了對比。Colbun壩的試驗研究評價了6種塑性混凝土的配合比設計，研究得出：滲透系數(shù)與滲透坡降無關(guān)，抗剪強度和初始的切線模量隨水灰比的下降而增加，且隨有效固結(jié)力的增加而增加，破壞時應變隨固結(jié)應力的增加而增加[6][7]。國際大壩會議的研究計劃中進行了無側(cè)限壓力試驗和無側(cè)限不排水壓力試驗，并把塑性混凝土截水墻施工時應該采用的設計準

7、則加以總結(jié)[8]。Bucknell大學的試驗研究項目以塑性混凝土作截水墻的材料，進行了滲透試驗和剪切試驗[9]。我國對塑性混凝土的研究始于20世紀80年代初，為了尋求彈性模量低的墻體材料，采用在混凝土中摻加粘土成份（約占膠凝材料量的20％）、粉煤灰和減水劑的方法，但成效不明顯，水泥用量仍在300kgm3以上，彈性模量高于14000MPa。80年代中期，長江水利委員會科學研究院曾對長江三峽水電站深水圍堰柔性心墻的應力應變進行理論計算和分析

8、研究，計算結(jié)果表明：防滲墻若采用柔性材料，將會使整個墻體內(nèi)應力值降低80％左右，同時，墻內(nèi)無拉應力存在[10]。1988年9月新疆烏拉泊水庫除險加固工程中，在壩頂修建一道塑性混凝土防滲墻，最大墻深50m，墻厚0.8m，這是塑性混凝土防滲墻在我國的最初試驗應用，華北水利水電學院曾對該壩采用塑性混凝土防滲墻作了有限元計算。1989年3月，福建水口水電站主圍堰首次將塑性混凝土用于圍堰防滲墻，并取得了良好的效果，隨后在許多大中型水電工程中推廣應