塑性混凝土抗壓強度試驗研究

張亞坤，萬曉丹，侯黎黎

（1．黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封 475004；2．小流域水利河南省高校工程技術(shù)研究中心，河南開封 475004）

塑性混凝土抗壓強度試驗研究

張亞坤1，2，萬曉丹1，2，侯黎黎1，2

（1．黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封 475004；2．小流域水利河南省高校工程技術(shù)研究中心，河南開封 475004）

為了揭示水膠比、水泥摻入率、膨潤土摻入率、沙率、粉煤灰摻入率等因素對塑性混凝土抗壓強度的影響機理，設(shè)計了5組共75個尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的塑性混凝土立方體試塊，開展了抗壓強度試驗。試驗結(jié)果表明：水膠比、水泥用量、膨潤土用量、沙率、粉煤灰用量等因素是影響塑性混凝土抗壓強度的主要因素。塑性混凝土的抗壓強度隨著水膠比的增大、膨潤土摻入率的增大和沙率的增大而降低，并隨著水泥摻入率的增大而增大、隨著粉煤灰摻入率的增大而降低。

塑性混凝土；抗壓強度；水膠比；影響因素；摻入量

0 引言

塑性混凝土是一種水泥用量較低，并摻加較多的膨潤土、黏土等材料的大流動性混凝土，其強度介于土和普通混凝土之間。與普通混凝土相比，塑性混凝土強度低、彈性模量小、滲透系數(shù)小、適應(yīng)性能強，因而被廣泛應(yīng)用在水利工程和地下工程中［1］。然而，由于塑性混凝土的配合比設(shè)計與普通混凝土不同，截至目前，國內(nèi)尚無塑性混凝土配合比設(shè)計的相關(guān)規(guī)程。因此，進行塑性混凝土抗壓強度試驗研究，揭示塑性混凝土各組分對其抗壓強度的影響規(guī)律，對實際工程中塑性混凝土的配合比設(shè)計具有重要意義。鑒于此，筆者設(shè)計了75塊立方體試塊，并將其分為5個序列，開展了試驗研究，探討了水膠比、水泥用量、膨潤土用量、沙率、粉煤灰用量等因素對塑性混凝土強度的影響規(guī)律。

1 塑性混凝土抗壓強度試驗

1．1 試驗原材料

試驗原材料包括水泥、粗骨料（石子）、細骨料（沙子）、水、粉煤灰、膨潤土、減水劑共7種。

水泥采用河南省鄭州市金龍水泥廠生產(chǎn)的強度等級為42．5的普通硅酸鹽水泥，粗骨料（石子）采用級配連續(xù)、粒徑為5～20 mm的碎石，細骨料（沙子）采用細度模數(shù)為2．8的天然河沙，水采用鄭州市飲用自來水，粉煤灰采用一級粉煤灰，膨潤土采用鈣基膨潤土，減水劑采用JKH-1型高效減水劑。

1．2 試塊制作及養(yǎng)護

按照配合比試驗結(jié)果，稱取各種原材料，用強制型攪拌機進行攪拌后，將塑性混凝土漿體裝入標(biāo)準(zhǔn)立方體鋼模，并放到振動臺上振動。振動后，用塑料膜覆蓋，以防止水分蒸發(fā)。然后，在室溫下靜止存放48 h，拆模，并立即將試塊放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室（控制溫度20℃，相對濕度95%）養(yǎng)護90 d。

1．3 試驗方法

將試塊放置于量程為50 kN的萬能試驗機上，調(diào)整球座（保證試塊在加載過程中均勻受壓）后，施加荷載。施加荷載時，加荷速度控制在0．05～0．15 MPa／s。

2 塑性混凝土抗壓強度影響因素分析

2．1 水膠比對塑性混凝土抗壓強度的影響

塑性混凝土的水膠比是指水與水泥、膨潤土和粉煤灰等膠凝材料的比值，它是影響塑性混凝土強度的關(guān)鍵因素。試驗中，在粗、細骨料的性能及沙率不變的情況下，采用定量的膠凝材料，通過改變用水量進行試驗，其結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，水膠比對塑性混凝土抗壓強度的影響類似于水灰比對普通混凝土抗壓強度的影響。其規(guī)律為，隨著水膠比的增大，塑性混凝土90 d抗壓強度值不斷減小。這是因為，隨著水膠比的增大，單位體積塑性混凝土在水化反應(yīng)中生成的凝膠體的比例降低，而凝膠體的減少直接導(dǎo)致塑性混凝土抗壓強度的降低。另外，塑性混凝土水膠比還影響著水泥水化產(chǎn)物形成的結(jié)構(gòu)，進而影響著塑性混凝土結(jié)構(gòu)的密實程度。水膠比越大，水化反應(yīng)后，大量自由水蒸發(fā)造成塑性混凝土內(nèi)部空隙越多，孔隙率越大，密實度越小，塑性混凝土的強度也就越低。

表1 水膠比對塑性混凝土強度的影響Tab．1 Influence of water binder ratio to plastic concrete strength

2．2 水泥用量對塑性混凝土抗壓強度的影響

在水膠比和沙率不變 （水膠比為0．9，沙率為0．5）的情況下，改變膠凝材料中水泥的摻入率，探討水泥用量對塑性混凝土抗壓強度的影響，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 水泥用量對塑性混凝土強度的影響Tab．2 Influence of cement content to plastic concrete strength

由表2可知，隨著水泥摻入率的增大，塑性混凝土的抗壓強度也不斷增大。這是因為，水泥為水硬性膠凝材料，用量越多，在水化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的凝膠體（如C-S-H等化學(xué)物質(zhì)）也就越多，從而形成了越多的硬化漿體，使塑性混凝土的抗壓強度提高。因此，在實際工程中，通過調(diào)節(jié)水泥用量的辦法來控制塑性混凝土強度的高低，效果將會十分的顯著。相關(guān)研究結(jié)果還表明［2～4］，塑性混凝土中水泥的摻量直接影響塑性混凝土的抗壓強度、彈性模量、極限應(yīng)變、滲透系數(shù)以及抗侵蝕性能等。

2．3 膨潤土摻量對塑性混凝土抗壓強度的影響

膨潤土是塑性混凝土中的膠凝材料中的一種。相關(guān)研究表明［4～5］，塑性混凝土中膨潤土的摻入能起到提高塑性混凝土的抗?jié)B能力、降低塑性混凝土強度和彈性模量的作用。試驗中，在水膠比為0．93、沙率為0．5的情況下，通過改變膠凝材料中膨潤土的用量探討膨潤土摻量對塑性混凝土抗壓強度的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 膨潤土摻入量對塑性混凝土強度的影響Tab．3 Influence of bentonite mixture content to plastic concrete strength

由表3可知，塑性混凝土的抗壓強度隨著膠凝材料中膨潤土摻入率的增大而減小。這是因為，膨潤土中含有吸水性較強的黏性礦物，它們吸水后發(fā)生膨脹，導(dǎo)致塑性混凝土的強度降低［6］。

2．4 沙率對塑性混凝土抗壓強度的影響

控制其他因素不變，改變塑性混凝土的沙率，其抗壓強度變化如表4所示。

由表4可知，隨著沙率的增大，塑性混凝土的強度呈現(xiàn)出降低的趨勢。這是因為，沙率反映的是塑性混凝土骨料中細骨料所占的比重，隨著沙率的不斷增大，粗骨料（碎石）不斷減小，這大大降低了粗骨料在塑性混凝土中的骨架效應(yīng)［7］，從而導(dǎo)致塑性混凝土強度的降低。

表4 沙率對塑性混凝土強度的影響Tab．4 Influence of sand ratio to plastic concrete strength

2．5 粉煤灰摻量對塑性混凝土抗壓強度的影響

粉煤灰的摻入對塑性混凝土抗壓強度也有貢獻。在其他條件不變的情況下，僅改變粉煤灰摻量，塑性混凝土抗壓強度的變化如表5所示。

由表5可知，塑性混凝土的抗壓強度會隨著粉煤灰摻量的增大而增大，但是增大的效果并不明顯。大量試驗證明，粉煤灰越細，二氧化硅和氧化鋁的含量就越高，粉煤灰的燒失量也就越小，相應(yīng)地，粉煤灰的摻入對塑性混凝土的后期強度貢獻也越大［8～9］。

表5 粉煤灰摻入量對塑性混凝土強度的影響Tab．5 Influence of flyash mixture content to plastic concrete strength

3 結(jié)語

（1）試驗結(jié)果表明：在控制其他因素不變的情況下，塑性混凝土的立方體抗壓強度隨著水膠比、膨潤土用量、沙率的增大而降低，隨著水泥用量、粉煤灰用量的增大而增大。

（2）對于塑性混凝土配合比，應(yīng)根據(jù)各種因素對塑性混凝土性能的影響規(guī)律，結(jié)合已有研究和實際應(yīng)用進行設(shè)計。

（3）塑性混凝土的抗壓強度較低，在試驗中，要選擇合適量程的壓力試驗機，并控制加載速率，才能得出較為準(zhǔn)確的試驗結(jié)果。

（4）受試驗條件的限制，本試驗對影響塑性混凝土抗壓強度因素的考慮可能還不周全，下一步還需進行對塑性混凝土彈性模量、滲透系數(shù)、抗拉強度等影響因素的試驗。

［1］ 王迎春，李家正．三峽工程二期圍堰防滲墻塑性混凝土特性［J］．長江科學(xué)院院報，2001，18（1）：31-34．

［2］ HU Liangming，，Gao Danying．Analysis Of The Influence ofLong Curing Age on The Compressive Strength of Plastic Concrete［J］．Advanced Research on Advanced Structure Materialsand Engineering，2012 （1）：200-203．

［3］ 李楊，宋帥奇．組分材料用量對塑性混凝土性能的影響［J］．河南城建學(xué)院學(xué)報，2012，5（2）：1-4．

［4］ 王四巍，李小超．膨潤土及水泥用量對塑性混凝土變形及破壞特征的影響［J］．硅酸鹽學(xué)報，2014（1）：33-37．

［5］ 秘金?。罎B墻混凝土力學(xué)性能及抗?jié)B性能研究［D］．楊陵：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2013．

［6］ 張雷順，湯俊杰．塑性混凝土抗?jié)B性能研究［J］．混凝土，2010，24（2）：1-3．

［7］ 何潤芝，何麗娟．防滲墻地彈塑性混凝土的試驗研究與應(yīng)用［J］．混凝土，2006（9）：7-10．

［8］ 朱偉兵，季建．塑性混凝土性能及工程應(yīng)用研究［J］．四川水力發(fā)電，2009，10（2）：112-115．

［9］ 丁國慶，蔣林華．膨潤土種類及摻量對塑性混凝土性能的影響［J］．水利水電科技進展，2011，4（2）：34-37．

[責(zé)任編輯 楊明慶]

Research on Plastic Concrete Crushing Strength Test

Zhang Yakun1，2，Wan Xiaodan1，2，Hou Lili1，2
(1.Yellow River Conservancy Technical institute，Kaifeng 475004，Henan，China；2．Small Watershed Water Conservancy Henan University Engineering and Technological Research Center，Kaifeng 475004，Henan，China）

In order to show the influence mechanism of water binder ratio，concrete mixture rate，bentonite mixture rate，sand rate，flyash rate and other factors to plastic concrete crushing strength，it designs 75 150 mm×150 mm×150 mm plastic concrete test cubes of 5 groups to test crushing strength．The test shows that the water binder ratio，concrete content，bentonite content，sand rate，coal ash content are the main factors to influence plastic concrete．The plastic concrete crushing strength will become weak，when the water binder ratio，concrete mixture rate，bentonite mixture rate，sand rate，coal ash rate increase．

Plastic concrete；crushing strength；water binder ratio；influence factor；mixing amount

TV41

A

10．13681／j．cnki．cn41-1282／tv．2017．02．007

2016-10-28

黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院青年基金項目：塑性混凝土抗壓強度試驗研究（2016QNKY001）。

張亞坤(1983-)，男，河南寶豐人，講師，碩士，主要從事高校水工新材料及其結(jié)構(gòu)性能方面的教學(xué)與研究工作。