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摘要：近年来随着大型水利工程建设的规划与兴建，水利工程防渗问题逐渐成为研究方向，寻找新材料进行防渗处理更是热点中的热点。本文介绍了一种新材料—塑性混凝土，通过阐述其定义及结构形式，分析了其防渗优势所在，并结合某截水墙工程，浅谈了作者针对塑性混凝土施工的一些认识，并在最后提出了相关施工技术改进的建议。
关键词：塑性混凝土;膨润土;防渗加固
1 塑性混凝土的定义
塑性混凝土是一种以膨润土或其他黏土矿物取代普通混凝土中部分胶结材料而形成的柔性材料，与普通混凝土相比具有弹性模量低、极限变形大等优点，同时具有较好抗渗透性等特点，通常被应用于解决围堰、土石坝、堤防及人工湖等工程中的渗漏问题，其目的在于通过低渗透系数防止水的渗透，使水的流线延长，减少水压造成的上举力，另与刚性截水墙相比，因柔性截水墙中的塑性混凝土弹性模量需要求与周围岩土体相差较小，地盘变动时，塑性混凝土与岩土体变形较为一致，能有效避免在截水墙体中出现拉应力及较大变形而产生破裂并失去防渗功能。
根据有关截水墙材料的规定，主要需具有以下特性：
1）水密性─渗透系数k 值需为10-5～10-6cm/s。
2）可变形性─破坏时需有相当变形量，材料变形模量（弹性模量）为周围地层的4～5 倍。
3）强度─强度尽量小，以免降低其变形性。
4）耐久性、耐冲蚀性、可工作性。
2 塑性混凝土的组成
与普通混凝土相比，塑性混凝土的组成除了水、水泥、细粒料、粗粒料等，还添加了膨润土或其他黏土矿物。膨润土的矿物组成主要为蒙脱石，一般含量在80%左右，其化学成分主要为氧化硅，一般含量在60%左右。因蒙脱石表面微弱吸附许多可交换的阳离子，当水分进入膨润土后，为了中和其电荷，再加上蒙脱石晶层间结合力较弱，水分子可轻易地进入到晶层间，而晶体吸水后相互推挤而造成回胀现象，使膨润土具有吸水量大、膨胀量大的特性，且与水接触后有填补孔隙的效果。
学者R.PUSCH 针对较为常见的三种黏土矿物，分别为蒙脱石、高岭土、伊利石进行渗透系数的测定，得出在相同情况下蒙脱石拥有较低的渗透系数，即拥有较佳的阻水性能，且随着试体的单位重及孔隙比不同，渗透系数约在范围10-10～10-14 m/s 之间，可见膨润土的渗透系数比起一般砂土（10-4m/s）低许多，这也是为何富含蒙脱石矿物的膨润土会被选定使用在截水墙塑性混凝土中相当主要的原因，采用膨润土取代混凝土中部分水泥可明显提高混凝土的韧性与塑性变形外，同时可利用膨润土其低渗透系数达到抗渗的效果。
3 项目概况
以国内某水库大坝工程的连续墙截水墙为例，其截水墙厚度采用1.0m，深度介于30～55m，总长度为2298.43m，总面积为104931m2，联结四个副坝及一座主坝。为使截水墙具有较佳的变形性，于较大变形量下不发生破坏，而能维持其截水功能，并根据上述截水墙材料的基本要求与塑性混凝土配比试验及数值模拟分析结果，拟定了以下应用于湖山水库截水墙塑性混凝土的相关性质标准：
1）渗透系数小于5×10-7 cm/s。
2）弹性模量为18，000～36，000 kg/cm2。
3）抗压强度为14～25 kg/cm2。
4）坍落度为18～23 cm。。
4 塑性混凝土施工主要要点
由于塑性混凝土材料本身及生產拌和的特殊性，且考虑塑性混凝土在产制、现场施工过程中的实际状况，通过预拌厂生产塑性混凝土时，需先了解相关程序并依据相关硬设备做好妥善规划，才能使塑性混凝土的供料稳定及质量上符合施工规范要求，其中又以塑性混凝土产制及膨润土浆产制问题为首要关键，相关流程与建议如下说明：
拌和时，建议将配比中的拌和用水与膨润土预先以膨润土：水=1：7的比例制成膨润土浆，并采抽送方式下料参与拌和，剩余的拌和用水则于扣除粗、细粒料表面游离水分后以水磅秤计量下料参与拌和，其详细拌和顺序与建议为：
1）输送所需用量的粗、细粒料进入拌和机中。
2）输送水泥进入拌和机中与粗、细粒料干拌约30秒钟。
3）拌和机持续搅拌，并开启马达将预先产制的膨润土浆依需求用量抽送进入拌和机中。
4）膨润土浆抽送完毕后，加入配比中扣除粒料表面游离水后剩余的拌和水。
5）持续拌和至少2分钟后下料至预拌车中。
承上所述，膨润土浆的生产在塑性混凝土产制上是一相当重要的环节，因此膨润土浆产制的每一个环节与过程需特别注意，并针对膨润土浆产制完成后，以相关的质量试验加以检核膨润土浆的成品稳定性，来掌握每一次塑性混凝土拌和的质量管控，说明如下：
1）膨润土：除了须符合API的相关试验规范，为求工程质量的稳定，膨润土应为同一来源、同一厂牌，并做适当储存避免受潮。
2）拌和比例：膨润土与水的拌和比例，需考虑塑性混凝土的配比来做决定，建议以配比中总用水量的80～90%与膨润土预先拌和成膨润土浆。若因使用的膨润土依上述拌和比例所产制的膨润土浆的流动性过低，产生不易搅拌均匀或不易输送的问题，需相对提高机具效能，否则不建议使用该膨润土。
3）拌和机具：包含膨润土、水的秤量设备，其计量许可差须在1%以下;建议搅拌器的效能转速达800rpm 并且至少搅拌5分钟以上，使膨润土颗粒与水充分接触，尽量减少膨润土结球情况产生。
4）储存槽：膨润土浆经拌和后，建议使膨润土膨润12小时以上，使膨润土能充分吸水;为了符合塑性混凝土厂拌量的需求，储存槽需有足够容量;储存槽需配有搅动或循环装置，使储存槽内的膨润土浆浓度均匀。
5）检试验：为了确认膨润土浆浓度是否符合设计要求，以管流度试验来进行确认并辅以目视检视膨润土浆中是否有未水化的膨润土团，作为膨润土浆是否均匀的参考依据。膨润土浆管流度试验是参考ASTM-D6103-97 规范，使用直径7.5cm、高度15cm的中空圆管，通过量测膨润土浆扩散的直径，用以评估膨润土浆当时的状态。
5 施工使用建议
1）因塑性混凝土中细粒料用量较大，故在塑性混凝土质量稳定性控制中，建议对粒料含水率进行定时检验，且增加细粒料含水率试验的频率，有效掌握含水率的变动，并于塑性混凝土拌和前调整粗、细粒料与拌和用水量，拌和后再以坍落度试验确定混凝土的工作性是否过大或不足，或以单位重试验配合含气量试验可确认混凝土配比组成上是否有变动，借此有效改善塑性混凝土产制的质量稳定性。
2）在质量控管上，落实出厂前的检验，以坍落度试验确定混凝土的工作性是否过大或不足;以单位重试验配合含气量试验可确认，混凝土配比组成上是否有变动。
3）一般拌和机的操作手，会依拌和机运转时的电流值读数，来判定混凝土的工作性，作为调整用水量的依据。在厂拌的过程中，记录了拌和机电流表的变化，发现拌和机在空转与拌和时，电流表的变化并不大，分析塑性混凝土水灰比较高，比重较轻，并未如一般混凝土拌和时，会有明显的电流变化，故塑性混凝土厂拌时不能依电流值做为有力的判断。
参考文献
[1] 张晓明. 基于新材料的水利工程建筑施工加固防渗技术[J]. 珠江水运， 2020， No.512（16）：106-107.
[2] 曹刚. 浅析水利工程堤坝防渗加固技术[J]. 新材料新装饰， 2014， 000（008）：428-428.
[3] 王斌. 水利工程施工中堤坝防渗加固技术的探讨[J]. 居舍， 2020（26）：76-77.
关键词：塑性混凝土;膨润土;防渗加固
1 塑性混凝土的定义
塑性混凝土是一种以膨润土或其他黏土矿物取代普通混凝土中部分胶结材料而形成的柔性材料，与普通混凝土相比具有弹性模量低、极限变形大等优点，同时具有较好抗渗透性等特点，通常被应用于解决围堰、土石坝、堤防及人工湖等工程中的渗漏问题，其目的在于通过低渗透系数防止水的渗透，使水的流线延长，减少水压造成的上举力，另与刚性截水墙相比，因柔性截水墙中的塑性混凝土弹性模量需要求与周围岩土体相差较小，地盘变动时，塑性混凝土与岩土体变形较为一致，能有效避免在截水墙体中出现拉应力及较大变形而产生破裂并失去防渗功能。
根据有关截水墙材料的规定，主要需具有以下特性：
1）水密性─渗透系数k 值需为10-5～10-6cm/s。
2）可变形性─破坏时需有相当变形量，材料变形模量（弹性模量）为周围地层的4～5 倍。
3）强度─强度尽量小，以免降低其变形性。
4）耐久性、耐冲蚀性、可工作性。
2 塑性混凝土的组成
与普通混凝土相比，塑性混凝土的组成除了水、水泥、细粒料、粗粒料等，还添加了膨润土或其他黏土矿物。膨润土的矿物组成主要为蒙脱石，一般含量在80%左右，其化学成分主要为氧化硅，一般含量在60%左右。因蒙脱石表面微弱吸附许多可交换的阳离子，当水分进入膨润土后，为了中和其电荷，再加上蒙脱石晶层间结合力较弱，水分子可轻易地进入到晶层间，而晶体吸水后相互推挤而造成回胀现象，使膨润土具有吸水量大、膨胀量大的特性，且与水接触后有填补孔隙的效果。
学者R.PUSCH 针对较为常见的三种黏土矿物，分别为蒙脱石、高岭土、伊利石进行渗透系数的测定，得出在相同情况下蒙脱石拥有较低的渗透系数，即拥有较佳的阻水性能，且随着试体的单位重及孔隙比不同，渗透系数约在范围10-10～10-14 m/s 之间，可见膨润土的渗透系数比起一般砂土（10-4m/s）低许多，这也是为何富含蒙脱石矿物的膨润土会被选定使用在截水墙塑性混凝土中相当主要的原因，采用膨润土取代混凝土中部分水泥可明显提高混凝土的韧性与塑性变形外，同时可利用膨润土其低渗透系数达到抗渗的效果。
3 项目概况
以国内某水库大坝工程的连续墙截水墙为例，其截水墙厚度采用1.0m，深度介于30～55m，总长度为2298.43m，总面积为104931m2，联结四个副坝及一座主坝。为使截水墙具有较佳的变形性，于较大变形量下不发生破坏，而能维持其截水功能，并根据上述截水墙材料的基本要求与塑性混凝土配比试验及数值模拟分析结果，拟定了以下应用于湖山水库截水墙塑性混凝土的相关性质标准：
1）渗透系数小于5×10-7 cm/s。
2）弹性模量为18，000～36，000 kg/cm2。
3）抗压强度为14～25 kg/cm2。
4）坍落度为18～23 cm。。
4 塑性混凝土施工主要要点
由于塑性混凝土材料本身及生產拌和的特殊性，且考虑塑性混凝土在产制、现场施工过程中的实际状况，通过预拌厂生产塑性混凝土时，需先了解相关程序并依据相关硬设备做好妥善规划，才能使塑性混凝土的供料稳定及质量上符合施工规范要求，其中又以塑性混凝土产制及膨润土浆产制问题为首要关键，相关流程与建议如下说明：
拌和时，建议将配比中的拌和用水与膨润土预先以膨润土：水=1：7的比例制成膨润土浆，并采抽送方式下料参与拌和，剩余的拌和用水则于扣除粗、细粒料表面游离水分后以水磅秤计量下料参与拌和，其详细拌和顺序与建议为：
1）输送所需用量的粗、细粒料进入拌和机中。
2）输送水泥进入拌和机中与粗、细粒料干拌约30秒钟。
3）拌和机持续搅拌，并开启马达将预先产制的膨润土浆依需求用量抽送进入拌和机中。
4）膨润土浆抽送完毕后，加入配比中扣除粒料表面游离水后剩余的拌和水。
5）持续拌和至少2分钟后下料至预拌车中。
承上所述，膨润土浆的生产在塑性混凝土产制上是一相当重要的环节，因此膨润土浆产制的每一个环节与过程需特别注意，并针对膨润土浆产制完成后，以相关的质量试验加以检核膨润土浆的成品稳定性，来掌握每一次塑性混凝土拌和的质量管控，说明如下：
1）膨润土：除了须符合API的相关试验规范，为求工程质量的稳定，膨润土应为同一来源、同一厂牌，并做适当储存避免受潮。
2）拌和比例：膨润土与水的拌和比例，需考虑塑性混凝土的配比来做决定，建议以配比中总用水量的80～90%与膨润土预先拌和成膨润土浆。若因使用的膨润土依上述拌和比例所产制的膨润土浆的流动性过低，产生不易搅拌均匀或不易输送的问题，需相对提高机具效能，否则不建议使用该膨润土。
3）拌和机具：包含膨润土、水的秤量设备，其计量许可差须在1%以下;建议搅拌器的效能转速达800rpm 并且至少搅拌5分钟以上，使膨润土颗粒与水充分接触，尽量减少膨润土结球情况产生。
4）储存槽：膨润土浆经拌和后，建议使膨润土膨润12小时以上，使膨润土能充分吸水;为了符合塑性混凝土厂拌量的需求，储存槽需有足够容量;储存槽需配有搅动或循环装置，使储存槽内的膨润土浆浓度均匀。
5）检试验：为了确认膨润土浆浓度是否符合设计要求，以管流度试验来进行确认并辅以目视检视膨润土浆中是否有未水化的膨润土团，作为膨润土浆是否均匀的参考依据。膨润土浆管流度试验是参考ASTM-D6103-97 规范，使用直径7.5cm、高度15cm的中空圆管，通过量测膨润土浆扩散的直径，用以评估膨润土浆当时的状态。
5 施工使用建议
1）因塑性混凝土中细粒料用量较大，故在塑性混凝土质量稳定性控制中，建议对粒料含水率进行定时检验，且增加细粒料含水率试验的频率，有效掌握含水率的变动，并于塑性混凝土拌和前调整粗、细粒料与拌和用水量，拌和后再以坍落度试验确定混凝土的工作性是否过大或不足，或以单位重试验配合含气量试验可确认混凝土配比组成上是否有变动，借此有效改善塑性混凝土产制的质量稳定性。
2）在质量控管上，落实出厂前的检验，以坍落度试验确定混凝土的工作性是否过大或不足;以单位重试验配合含气量试验可确认，混凝土配比组成上是否有变动。
3）一般拌和机的操作手，会依拌和机运转时的电流值读数，来判定混凝土的工作性，作为调整用水量的依据。在厂拌的过程中，记录了拌和机电流表的变化，发现拌和机在空转与拌和时，电流表的变化并不大，分析塑性混凝土水灰比较高，比重较轻，并未如一般混凝土拌和时，会有明显的电流变化，故塑性混凝土厂拌时不能依电流值做为有力的判断。
参考文献
[1] 张晓明. 基于新材料的水利工程建筑施工加固防渗技术[J]. 珠江水运， 2020， No.512（16）：106-107.
[2] 曹刚. 浅析水利工程堤坝防渗加固技术[J]. 新材料新装饰， 2014， 000（008）：428-428.
[3] 王斌. 水利工程施工中堤坝防渗加固技术的探讨[J]. 居舍， 2020（26）：76-77.