摻和料對塑性混凝土的性能影響研究

麻江峰

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

摻和料對塑性混凝土的性能影響研究

麻江峰

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

塑性混凝土在水利工程的防滲墻中被廣泛應(yīng)用，在其拌制過程中，使用的摻和料不同，其強(qiáng)度和彈性模量等性能也不同。為了更好地滿足工程質(zhì)量和環(huán)保要求，選取三種常見的摻和料進(jìn)行配合比試驗(yàn)。以塑性混凝土的配合比為基準(zhǔn)，分別加入粉煤灰、膠粉和硅灰三種摻和料，形成四種不同的試驗(yàn)配合比，試驗(yàn)分析這五種塑性混凝土配合比拌合物的和易性情況、力學(xué)性能和抗?jié)B性能，從而得出三者中膠粉對拌和物和易性影響最大，粉煤灰次之，硅灰最?。环勖夯液湍z粉能降低塑性混凝土強(qiáng)度和彈性模量，硅灰則能提高強(qiáng)度和混凝土彈性模量；粉煤灰和硅灰能提高塑性混凝土的抗?jié)B性能，膠粉則能降低。三者混摻則和易性及抗?jié)B性有所增加，強(qiáng)度和彈性模量減小。

摻和料；強(qiáng)度；彈性模量；相對滲透系數(shù)

塑性混凝土在我國防滲墻技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛，和普通防滲墻相比，有很多的優(yōu)點(diǎn)，它是以膨潤土、黏土等材料部分取代膠凝材料中的水泥而形成的一種復(fù)合柔性材料，具有較低的彈性模量和良好的抗?jié)B性能，而且施工簡單，利于環(huán)保。在防滲墻技術(shù)發(fā)展和低碳環(huán)保的要求下，僅以膨潤土、黏土等材料取代水泥已不再滿足塑性混凝土發(fā)展研究的要求，因此在塑性混凝土中摻入適量的新型摻和料來研究其性能，從而滿足防滲墻的各項(xiàng)設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求。

1 原材料檢測

1.1 骨料

細(xì)骨料選用天然砂，粗骨料選用5～20 mm的碎石，各項(xiàng)品質(zhì)檢測見表1。

1.2 水泥

水泥選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥品質(zhì)檢測結(jié)果如表2所示。

表1 骨料品質(zhì)檢測結(jié)果

表2 水泥品質(zhì)檢測結(jié)果

1.3 黏土、膨潤土和摻和料

黏土使用汾河灌區(qū)堤防加固的工程用土，膨潤土選用鈉基膨潤土，粉煤灰使用Ⅱ級粉煤灰，其試驗(yàn)檢測的物理性能結(jié)果見表3，膠粉的抗拉強(qiáng)度大于15 MPa，扯斷伸長率大于500%，硅粉的SiO2含量大于90%，含水量小于1%。

表3 粉煤灰物理性能（%）

2 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

塑性混凝土配合比的設(shè)計(jì)要求明顯要高于普通混凝土配合比的設(shè)計(jì)要求，在添加摻和料進(jìn)行拌和時，要綜合考慮強(qiáng)度、彈性模量以及抗?jié)B性能等因素，選擇任何一種摻和料都要求進(jìn)行多次試拌，然后確定一些試驗(yàn)固定值。此次試驗(yàn)首先需要設(shè)計(jì)出不含粉煤灰、膠粉和硅灰三種摻和料基準(zhǔn)配合比SY，結(jié)合本文研究目的確定其摻土率、水膠比、砂率的取值且保持三者固定不變，對塑性混凝土拌合物坍落度和擴(kuò)展度的測試，最終確定單位用水量為300 kg/m3；分析各種試拌配合比的結(jié)果，可得出基準(zhǔn)配合比膠凝材料的組成為：45%水泥和55%土，其中土由膨潤土和黏土組成。摻和料配合比設(shè)計(jì)時綜合考慮粉煤灰、膠粉和硅灰摻量對塑性混凝土性能的影響，給出以下五種配合比方案如表4所示。

3 塑性混凝土拌合物性能測試

塑性混凝土拌合物的和易性和流動度分別采用坍落度和坍落擴(kuò)散度來評定，同時觀察拌合物的粘聚性、保水性。其測試和觀察的具體試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4 摻和料配合比

表5 拌合物測試情況

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，單獨(dú)增加粉煤灰會使塑性混凝土拌合物的坍落度和擴(kuò)展度增加，即拌合物的流動性增大，主要是因?yàn)榉勖夯以诎韬衔镏衅饾櫥饔?，釋放更多漿體，使水泥顆粒分散，增大其流動性。在增加粉煤灰的基礎(chǔ)上增加等量的膠粉，此時拌合物的流動性變小，這是由于膠粉粗糙無規(guī)則的顆粒表面，增加其對水的吸附能力，從而增大拌合物的摩擦力導(dǎo)致的。在增加粉煤灰保持不變的基礎(chǔ)上增加硅灰的含量，此時拌合物的坍落度和擴(kuò)展度有所增加，流動性增大，增加的幅度沒有膠粉降低的幅度大，這是因?yàn)楣杌伊綐O小，摻入塑性混凝土中，使其具有比水泥更大的比表面積，從而提高表面吸水能力，改善了拌合物的粘聚性和保水性。在三者等量混摻的情況下，拌合物的坍落度和擴(kuò)展度有所增加，流動性也隨之增大。

4 塑性混凝土性能試驗(yàn)

4.1 力學(xué)性能的試驗(yàn)

塑性混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法是依據(jù)SL352-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，主要利用立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和軸心抗壓強(qiáng)度及彈性模量試驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。立方體抗壓每組配合比試件制作六塊150 mm×150 mm×150 mm的立方體，其中三塊測7 d抗壓強(qiáng)度，三塊測28 d抗壓強(qiáng)度，計(jì)算按公式（1），結(jié)果精確至0.1 MPa。

式中，fcc為抗壓強(qiáng)度，MPa；P 為破壞荷載，N；A 為試件承壓面積，mm2。

軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn)試件尺寸均為Φ150 mm×300 mm的圓柱體，每組配合比拌制六塊試件，其中三塊測定軸心抗壓強(qiáng)度，三塊測定彈性模量，計(jì)算按公式（2），結(jié)果精確至1 MPa。

式中：Ec為靜力抗壓彈性模量，MPa；P2為40%的極限破壞荷載，N；P1為應(yīng)力為0.5 MPa的極限破壞荷載，N；L為測量變形的標(biāo)距，即300 mm；ΔL為應(yīng)力從0.5 MPa增加至40%破壞應(yīng)力時試件的變形值，mm；A為試件承壓面積，mm2。

4.2 抗?jié)B性能的試驗(yàn)

塑性混凝土的抗?jié)B性能采用相對滲透系數(shù)來評定，試件制作成上口直徑175 mm，下口直徑185 mm，高150 mm的截頭圓錐體。相對滲透系數(shù)計(jì)算按公式（3）。

式中：Kr為相對滲透系數(shù)，cm/s；Dm為平均滲水高度，cm；H為水壓力，以水柱高度表示，cm；T為恒壓時間，s；a為混凝土的吸水率。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述混凝土的試驗(yàn)方法進(jìn)行各項(xiàng)性能檢測，其檢測并計(jì)算的結(jié)果見表6。由表6可知：

1）SY2中加入了粉煤灰，其塑性混凝土強(qiáng)度降低，因?yàn)橐徊糠炙啾环勖夯胰〈?，粉煤灰顆粒結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，表面密實(shí)，水化程度不高，當(dāng)摻入拌合物中會充分稀釋水泥顆粒，從而影響混凝土早期強(qiáng)度，粉煤灰摻量增多時，對強(qiáng)度的影響越大。SY3中又加入等量的膠粉，此時塑性混凝土強(qiáng)度降低，這是因?yàn)槟z粉的顆粒大小比水泥大很多，從而降低了新結(jié)構(gòu)體密實(shí)度，當(dāng)受外力作用后結(jié)構(gòu)整體承載力就會下降，膠粉強(qiáng)度隨之降低。SY4中加入了粉煤灰的同時加入硅灰，塑性混凝土強(qiáng)度提高，這是由于硅灰顆粒大小很細(xì)小，比表面積大，可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，其具有的很好的填充效果，可以填充孔隙，從而提高塑性混凝土強(qiáng)度。SY5是三者混摻的情況，塑性混凝土的強(qiáng)度降低，主要因?yàn)樗啾淮罅康膿胶土咸娲傮w上影響其顆粒結(jié)構(gòu)，從而造成強(qiáng)度降低。

表6 塑性混凝土所檢性能統(tǒng)計(jì)表

2）從SY2-SY5可知，在塑性混凝土中加入摻和料均可以降低塑性混凝土的彈性模量，SY2中的粉煤灰和SY3中的膠粉可以降低塑性混凝土彈性模量，粉煤灰是由于其顆粒填充效應(yīng)、火山灰效應(yīng)，降低混凝土密實(shí)度，從而使混凝土的彈性模量降低，膠粉是由于其憎水性和本身的彈性，使得混凝土彈性模量降低。SY4中硅灰可以增加塑性混凝土彈性模量，其顆粒大小有助于增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，從而使混凝土的彈性模量提高。SY5中當(dāng)硅灰摻量不變時，增加粉煤灰和膠粉總含量，塑性混凝土彈性模量會有所降低，這是因?yàn)榇藭r對應(yīng)的水泥用量在減少。

3）摻入粉煤灰的SY2，相對滲透系數(shù)比SY1低；摻入膠粉的SY3，相對滲透系數(shù)比SY2高；摻入硅灰的SY4，相對滲透系數(shù)比SY3低；SY5中粉煤灰、膠粉、和硅灰三者的混摻，相對滲透系數(shù)降低。粉煤灰和硅灰能提高塑性混凝土的抗?jié)B性能，主要是由于兩者的顆粒極小，能夠更好的改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，使其緊密。而膠粉粒徑較大，當(dāng)摻入拌合物時，相當(dāng)于引入大量氣泡，使混凝土的結(jié)構(gòu)體發(fā)生改變，從而降低其抗?jié)B性能。粉煤灰、膠粉和硅灰的混摻一定程度上可以提高塑性混凝土的抗?jié)B性能，其主要因素也取決于三種摻和料對塑性混凝土孔結(jié)構(gòu)的改善。

5 結(jié)論

通過五種塑性混凝土配合比的方案比對可知，三種摻合料主要是通過其顆粒結(jié)構(gòu)大小和拌和時的反應(yīng)效應(yīng)來影響塑性混凝土的整體性能。粉煤灰和膠粉降低塑性混凝土強(qiáng)度的同時也降低其彈性模量，硅灰則相反，粉煤灰和硅灰提高了塑性混凝土的抗?jié)B性能，膠粉則降低，三者混摻的情況研究不完善，有待系統(tǒng)深入研究。

Study on the Impact of Admixture on the Performance of Plastic Concrete

MA Jiang-feng

Plastic concrete is used widely in diaphragm wall of water conservancy project.In the process of mixing，strength and elastic modulus were different with the different of admixture.With the request of water conservancy projects on the quality and environmental protection，three kinds of common admixture were selected to carry out mix proportion tests.Used ordinary mix proportion of plastic concrete as a benchmark，three kinds of admixture were mixed，which form of four different of mix proportion test，ultimately selecting fly ash，rubber powder and silica fume mixed with ordinary plastic concrete，at the same time，researching the workability，mechanical properties and impermeability of mixed plastic concrete，the main research contents are reached:for three admixtures ranked according to the impact degree on the workability from big to small，the order is as follows:rubber powder，fly ash and silica fume；fly ash and rubber powder can decrease strength and elastic modulus，silica fume can increase them；fly ash and silica fume can increase impermeability；rubber powder can decrease impermeability；mixing three kinds of admixture，workability and impermeability can be increased，strength and elastic modulus can be decreased.

admixture；strength；elastic modulus；relative permeability coefficient

TV431

B

1006-8139（2017）02-066-03

2017-03-17

2017-03-20

麻江峰（1985-），男，2009年于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程專業(yè)本科畢業(yè)，2015年于太原理工大學(xué)水利工程專業(yè)碩士研究生畢業(yè)，助理工程師。