地下防渗墙塑性砼耐久性分析

【摘 要】地下防渗墙的耐久性问题归根到底就是其墙体材料抵抗渗透水化学溶蚀能力的问题。影响到长期防渗效果的主要因素是墙体本身的整体性和墙体材料的密实性。

【关键词】塑性砼；防渗墙；耐久性

1 成因分析

渗透水穿过防渗墙墙体内原生成或次生微裂隙，淋溶混凝土中游离氧化钙（CaO）等并将其带出到墙体外，使墙体酥松而失去原有的抗渗能力，导致墙体破坏。如果混凝土中水泥用量较多，在固化过程中会产生收缩，从而造成墙体内的原生微裂隙，墙体在外荷载作用下产生变形，这是墙体内次生微裂隙的主要根源。

塑性混凝土中水泥用量少，墙体柔性大，墙体内原生和次生微裂隙产生的可能性和数量比粘土混凝土要小得多，并且其裂隙自愈能力也比粘土混凝土强得多。因此，可以认为塑性混凝土的耐久性至少不会低于粘土混凝土。日本的研究资料显示，龄期为2、5年的塑性混凝土，在电子显微镜下没有发现可溶性Ca（OH）2和蒙脱石的存在，X射线衍射试验结果也证明了这一点，也没有发现未水化的C2S和C3S。这说明，在塑性混凝土中没有发现有损于其耐久性的因素存在。

塑性混凝土一旦浇入槽孔之后，就长期地处于地下并且大多情况下总是处于水下环境中，通常混凝土所遇到的冻融、干湿、收缩膨胀等不利影响也就很少了。因此，需要从两个方面来研究塑性混凝土的耐久性问题：

（1）在水压力作用下的渗透稳定问题。

（2）渗透水流对混凝土的化学溶蚀问题。

塑性混凝土对失水收缩特敏感，在水下收缩约1μm（常规混凝土在水下膨胀约100μm）。为此应注意其表面部位不要因失水而产生收缩裂缝。

2 塑性砼耐久性评估

对防渗墙而言，其耐久性的评价指标应该是长期防渗效果，而影响到长期防渗效果的主要因素是墙体本身的整体性和墙体材料的密实性。裂缝是破坏防渗墙整体性的主要因素，而裂缝的产生又决定于墙体的受力状态和施工质量的优劣（钻孔浇注质量、接头处理等），这一问题较为复杂，既涉及防渗墙体本身的结构问题、材料问题，又涉及到基础的性状问题下，裂缝问题可暂时不予考虑。这样一来墙体材料的耐久性问题就主要决定于墙体混凝土本身的长期密实性。如果墙体混凝土能在较长的运行年限里保持良好的密实性，那么就可保证防渗墙的长期抗渗能力，从而具有较好的耐久性。我国原水电部昆明勘测设计院的研究成果认为，防渗墙混凝土的密实性，主要决定于是否产生渗漏及溶蚀，当混凝土中Ca（OH）2溶出量达25%的时，混凝土的强度将降低50%。由此来估算防渗墙的安全运行寿命。其计算公式为：

T=0.25VCa/[Q（M-M0）]

式中：T为防渗墙的安全使用年限，年；V为防渗墙迎水面每平米对应的墙体混凝土体积，m3/m2；C为每立米防渗墙混凝土中的水泥用量，kg/m3；Q为每平米防渗墙一年内的渗漏量，m3/m2；M为防渗墙渗漏水中的CaO浓度，kg/m3；M0为地下环境水中CaO浓度kg/m3；a为水泥中CaO含量的百分率。

另外，现阶段水库正常运行年限为50年，可以从初步选定的墙厚是否满足计算墙厚角度反推算防渗墙的耐久性，这也是现在设计系统通行的作法。

3 塑性砼安全使用年限的评估

根据以上的评估准则和计算公式，在特定的工程中就可计算出该防渗墙的安全运行寿命。本次研究仅仅对塑性墙体混凝土的耐久性进行初步探讨，也即与普通混凝土墙体材料进行相应的比较。

根据某省级试验室多座水库混凝土配合比试验成果和溶蚀试验结果对塑性混凝土与普通混凝土防渗墙安全运行寿命进行了比较分析结果得出，如果采用塑性混凝土防渗墙，由于抗裂性增加，在降低50%渗漏量的情况下，可使墙体安全运行寿命比普通混凝土防渗墙增加40%～60%。如果采用塑性混凝土防渗墙后，渗漏量与普通混凝土防渗墙相同的话，其安全运行寿命只是普通混凝土防渗墙的70%～90%，这是因为塑性混凝土虽然单位溶蚀量比普通混凝土明显降低，但由于其水泥用量很低，CaO的储备太少，在相同渗漏量的情况下，就可能出现安全运行寿命缩短的情况。

4 总结

（1）塑性混凝土在产生渗漏溶蚀的情况下，混凝土中CaO的溶蚀量较普通混凝土将有明显的降低。

（2）塑性混凝土产生溶蚀后，其微观成分和结构的变化与普通混凝土相似，均产生了Ca（OH）2的流失和水化产物的分解，从而出现水化产物结构疏松、密实度下降的情况。

（3）塑性混凝土防渗墙由于其性能适应地基变形，有较好的抗裂效果，因此在降低渗漏量的情况下，可以延长该墙的安全使用寿命。

【参考文献】

[1]碾压土石坝设计规范[S].中华人民共和国水利部，2002-03-01.

[2]水工混凝土结构设计规范[S].中华人民共和国水利部，2009-02-10.

[3]水工设计手册，第3卷[S].北京：水利水电出版社，1984.

[责任编辑：汤静]

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