塑性混凝土介绍-《建筑材料（第7版）》

塑性混凝土是指水泥用量较低，并掺加较多的膨润土、黏土等材料的大流动性混凝土，具有低强度、低弹模和大应变等特性。由于其变形能力强、抗渗性能好、易于施工，因而极适宜应用于防渗墙工程。

按抗压强度和弹性模量，防渗墙混凝土可以分为刚性和塑性两类。刚性混凝土的抗压强度一般大于5～10MPa，弹性模量大于2000MPa；塑性混凝土的抗压强度一般小于5MPa，弹性模量小于2000MPa。工程实践表明，刚性混凝土防渗墙弹性模量高、极限应变小，其弹性模量比周围土层的弹性模量高出数百倍，致使在荷载作用下，防渗墙顶部和周围土层的沉陷差和变位差很大，从而使防渗墙墙顶受到较大压力，两个侧面受到很大的摩擦力，导致刚性混凝土防渗墙的应力较混凝土的设计强度高出很多，其应变也比混凝土极限应变高很多，因而墙体易出现裂缝，降低了防渗效果，严重的会使防渗设施遭到破坏，威胁到大坝的安全。

塑性混凝土是基于刚性混凝土在防渗墙应用中存在的诸多问题的基础上发展起来的。国外始于20世纪50年代，如阿根廷的西雷塔水电工程、智利的科巴姆土石坝、法国维尔尼坝等。国内始于20世纪80年代，从最初1989年的福建省水口水电站围堰防渗墙工程，到后来的小浪底上游围堰、长江堤防、长江三峡二期围堰、向家坝、溪洛渡及锦屏等工程围堰，已广泛应用于水利水电工程围堰、土石坝、河道堤防、病险坝除险加固、基础处理等工程。

3.10.1.1　塑性混凝土的原材料组成及配合比设计

塑性混凝土主要由水泥、膨润土 （或黏土）、水、砂、石子及外加剂等原材料组成。其中膨润土或黏土可单独掺用，也可一起复合掺用。

（1）水泥。

通常硅酸盐系列类水泥都可用于配制塑性混凝土。考虑到塑性混凝土中掺有大量膨润土和黏土类材料，可优先选用等级较高的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥用量对塑性混凝土抗压强度影响最大，水泥用量越多塑性混凝土的抗压强度和弹性模量越大。国内外塑性混凝土的水泥用量一般不超过200kg/m3，国外最低的为30kg/m3，国内最低的为80kg/m3。当使用等级较高的水泥时，塑性混凝土的强度增长率高于弹性模量增长率。因此，使用高强度等级水泥对于塑性混凝土强度的提高和对弹性模量的降低是有利的。

（2）膨润土或黏土。

膨润土或黏土是塑性混凝土中必不可少的材料，是决定塑性混凝土强度、弹性模量、变形、渗透性能以及和易性的重要因素，对降低塑性混凝土的弹性模量起着关键性的作用。为此，要求膨润土或黏土必须含有足够黏粒 （小于0.005mm）和胶粒含量 （小于0.002mm），一般来说，含黏量应大于45%。

（3）砂、石子。

天然骨料和人工骨料均适用于塑性混凝土，其中石子最大粒径不宜大于20mm，当采用二级配骨料时，中石与小石的用量比不宜大于1.0；为了不使过多粗骨料在塑性混凝土中形成骨架从而增大塑性混凝土的弹性模量，通常采用较大砂率，通常砂率不小于45%。

（4）外加剂。

减水剂和引气剂的掺量与普通混凝土基本相同，掺引气剂可提高塑性混凝土的抗渗性和降低弹性模量，并可改善其和易性。

除以上材料外，有时还掺一定量的粉煤灰等掺合料。

（5）配合比设计。

塑性混凝土的配合比设计与普通混凝土不同，除考虑强度、抗渗性等影响因素外，其弹性模量成为其关键因素之一。而弹性模量与强度又是两个互为牵制的对立体。因此，要设计符合要求的配合比，往往需要进行大量的试验；塑性混凝土是由水、水泥、膨润土或黏土、砂、石子、外加剂等拌和浇筑固化后形成的复合体。其中，任何一种材料比例的改变都会直接影响到混凝土的性能。塑性混凝土的配合比设计原则是：寻找各种材料组分最经济的组合，使塑性混凝土的各种性能满足设计要求。考虑实际用料特征，把水胶比、砂率、膨润土或黏土掺量、胶凝材料用量等作为基本参数，采取正交设计或均匀设计方法初步选定合适的参数值，再进行配合比复核试验，最终确定配合比。(www.xing528.com)

通常塑性混凝土的水胶比宜在0.75～1.30之间，膨润土用量不宜少于40kg/m3，砂率不小于45%，水泥用量不宜少于40kg/m3，胶凝材料总量不宜少于240kg/m3，减水剂掺量应通过试验确定，引气剂掺量应根据拌和物的含气量确定。

3.10.1.2　塑性混凝土的特性

1）强度不高。28d设计强度通常为1.0～5.0MPa。

2）弹性模量低。一般小于2000MPa，弹强比一般变化范围在几十至几百之间，而刚性混凝土的弹强比为1000～3000左右，因而具有良好的韧性，可通过调整配合比设计出弹性模量与防渗墙周围土层变形模量极为接近的塑性混凝土，以适应坝体和地基的变形。

3）具有较大的极限应变。塑性混凝土的极限应变值比刚性混凝土大得多。一般刚性混凝土的受压极限应变值为εmax=0.08%～0.30%左右，而塑性混凝土在无侧限条件下，受压极限应变可达1%～5%。尤其在侧限条件下极限应变可超过12%，比刚性混凝土大数倍至十几倍。极限应变大，说明材料适应变形的能力大。因此，塑性混凝土防渗墙能够承受比刚性混凝土大得多的变形。

4）无侧限和三轴试验结果的特点。无侧限和三轴试验表明，塑性混凝土明显存在一个类似比例极限的折点，其数值与无侧限条件下试样脆性破坏的峰值强度相当，在应力—应变关系线中，折点以下近似为直线关系，随着四周应力的加大，应力—应变关系逐渐变为曲线，表现出明显的非线性性质，并接近于土料的性质。随着侧向压力的增加，塑性混凝土的强度显著提高，其峰值应变明显加大。试验结果表明塑性混凝土的强度、弹性模量随龄期的延长而明显增加，但是其峰值应变基本不随龄期变化。

5）具有良好的抗渗性能。塑性混凝土掺有一定量的黏土或膨润土，因此具有良好的抗渗性，渗透系数一般为10-6～10-9cm/s，极限水力坡降可达200～300。

6）具有良好的抗震性能。

7）便于施工。掺入膨润土或黏土，使塑性混凝土具有良好的和易性和扩散度，自流密实性能好，便于施工。

3.10.1.3　影响塑性混凝土性能的主要因素

1）水胶比。塑性混凝土的抗压强度随着水胶比的增大而增大，符合混凝土强度理论。一般而言，在满足施工要求的前提下，应尽量选择较小的水胶比。

2）砂率。塑性混凝土一般砂率较大，有的工程达到80%以上。一般情况下，塑性混凝土弹性模量随砂率的增大而降低。在抗压强度接近的情况下，塑性混凝土弹性模量与砂率成近似线性关系，且随砂率增大而降低。

3）膨润土。塑性混凝土中掺入膨润土能够有效地降低其弹性模量，同时提高塑性混凝土的抗渗性，但是也降低了其抗压强度。膨润土用量与塑性混凝土弹性模量的关系呈非线性关系，弹性模量随膨润土用量的增加而减小。

4）引气剂。掺引气剂的塑性混凝土可改善和易性，提高抗渗性并降低弹性模量。

5）测试方法。弹性模量的测试方法对塑性混凝土弹性模量值有很大影响。采用土工三轴剪力仪法考虑了围压，测试的初始切线模量比其他方法要低。采用不同标距的无侧限试验方法测得的塑性混凝土弹性模量值相差也很大，采用标距150mm测得的弹性模量值大约是标距300mm测得的弹性模量值的4倍。