關(guān)鍵詞: 塑性混凝土; 抗拉強(qiáng)度; 測(cè)試方法; 影響因素
摘要: 為了探討塑性混凝土抗拉強(qiáng)度的影響因素, 采用劈拉試驗(yàn)方法測(cè)得塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度, 在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 對(duì)各組成材料對(duì)塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析, 得出各因素對(duì)塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明, 減小水膠比及粘土和膨潤土的用量, 增加水泥用量, 適當(dāng)摻加粉煤灰和外加劑, 可提高塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度。
塑性混凝土是一種由水泥、水、粘土、膨潤土、石子、砂等原材料經(jīng)攪拌、漿體澆筑、凝結(jié)而成的混合材料。為了改善塑性混凝土的特性并節(jié)約水泥, 有時(shí)還要摻加粉煤灰、外加劑。塑性混凝土原材料組成與普通混凝土的最大差異是膠凝材料組成不同, 塑性混凝土的膠凝材料除了水泥之外還有膨潤土、粘土等, 也可以同時(shí)摻入兩種材料。與普通混凝土相比,塑性混凝土具有彈性模量低、極限應(yīng)變大、能適應(yīng)較大變形、抗?jié)B性能好等特點(diǎn), 因此, 塑性混凝土被廣泛應(yīng)用在大壩防滲墻結(jié)構(gòu)、堤防防滲加固的連續(xù)墻中[1- 2]。
由于摻有較多的粘土和膨潤土, 塑性混凝土的強(qiáng)度一般較低, 其28 d 立方體抗壓強(qiáng)度一般不超過10 MPa, 抗拉強(qiáng)度更低, 一般為立方體抗壓強(qiáng)度的1/7~1/12。防滲墻屬于地下隱蔽工程, 處于三向受力狀態(tài), 在周圍土體的作用下防滲墻在不具有很高強(qiáng)度的情況下就能保持良好的工作性能。在三向受力條件下塑性混凝土的強(qiáng)度有很大提高, 而且?guī)缀跖c圍壓呈直線增大。這就意味著隨著圍壓的增加, 塑性混凝土的強(qiáng)度增加了, 防滲墻的安全度得以提高[3]。但是, 塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度又不能過低, 由于要有很大的抵抗變形能力和抗?jié)B能力, 一定要有足夠的抗拉強(qiáng)度, 否則對(duì)防滲墻的變形能力和抗?jié)B性均有不利影響。因此, 加強(qiáng)對(duì)塑性混凝土抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)研究, 將會(huì)對(duì)實(shí)際工程中塑性混凝土的配合比設(shè)計(jì)及施工有重要的指導(dǎo)意義。本文將在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 對(duì)塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法以及塑性混凝土抗拉強(qiáng)度的影響因素進(jìn)行探討。
1 塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試方法
1.1 試驗(yàn)所用原材料
水泥采用鄭州市龍崗水泥廠生產(chǎn)的袋裝普通硅酸鹽32.5 MPa 強(qiáng)度等級(jí)水泥; 粘土采用三門峽槐扒黃河提水工程西段村水庫壩基右岸邊坡Q2 粉質(zhì)粘土, 其顆粒分析數(shù)據(jù)及檢驗(yàn)結(jié)果見表1、2。由表2 分析檢驗(yàn)所得結(jié)果與文獻(xiàn)[4]可知,該土為粉質(zhì)粘土。粘土經(jīng)曬干、粉碎、磨細(xì)、過篩( 篩孔5 mm)后, 以泥漿的形式摻入; 砂子采用中粗砂, 含泥量3.4%, 細(xì)度模數(shù)3.2; 粗骨料為5~20 mm 的連續(xù)級(jí)配碎石; 粉煤灰采用Ⅰ級(jí)粉煤灰; 膨潤土為信陽華申膨潤土有限公司生產(chǎn)的鈣基膨潤土; 外加劑選用河南建苑混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的建4 引氣減水劑, 摻量為膠凝材料用量的0.7%。
1.2 塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試方法
劈裂抗拉試驗(yàn)方法就是對(duì)水平放置的試件施加壓縮荷載, 使之發(fā)生劈裂破壞, 由這時(shí)的破壞荷載間接求出抗拉強(qiáng)度。塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)按文獻(xiàn)[5]的方法進(jìn)行, 試件為100 mm×100 mm×100 mm 的立方體, 每組3 塊。由于塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度一般不會(huì)超過1 MPa, 因而試驗(yàn)采用最大量程為20 kN 的壓力試驗(yàn)機(jī)。試件養(yǎng)護(hù)到齡期后將表面擦拭干凈, 在試件成型時(shí)的頂面和底面中部劃出相互平行的直線, 準(zhǔn)確定出劈裂面的位置。將試件放在壓力試驗(yàn)機(jī)下壓板中心位置, 將2 根截面為5 mm×5 mm, 長約200 mm 的鋼制方墊條分別放置在試件上、下底面劃線處, 并在上墊條上面和下墊條下面分別墊以墊板。加荷速度應(yīng)控制在0.02~0.04 MPa/s。取3 個(gè)試件測(cè)值的平均值乘以換算系數(shù)( 邊長為100 mm 的立方體試件取0.85) 作為該組試件的劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。
2 塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響因素分析
影響塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的因素有多方面。塑性混凝土是由水泥、粘土、膨潤土、石子、砂和水組成, 這些原材料的種類和用量、試件養(yǎng)護(hù)條件、試件養(yǎng)護(hù)齡期、粉煤灰和外加劑的摻入、試驗(yàn)操作等, 均對(duì)塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度有不同程度的影響。本文主要針對(duì)塑性混凝土的各種組成材料, 分析了其對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度的影響。
2.1 水膠比對(duì)塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響
水膠比是影響塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的主要因素, 水膠比的影響實(shí)際上反映了用水量對(duì)塑性混凝土抗拉強(qiáng)度的影響。當(dāng)骨料性能一定時(shí), 塑性混凝土抗拉強(qiáng)度隨著膠凝體和骨料之間粘結(jié)強(qiáng)度的提高而提高, 膠凝體的孔隙率及孔隙結(jié)構(gòu)特征是影響膠凝體強(qiáng)度的主要因素, 且主要受塑性混凝土拌和物水膠比的影響。塑性混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨著水膠比的增大而減小( 見表3) 。
2.2 水泥對(duì)塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響
膠凝體抗拉強(qiáng)度的高低決定著塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度,提高水泥用量可適當(dāng)提高膠凝體的劈裂抗拉強(qiáng)度, 相應(yīng)地可提高塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度( 見表4) 。當(dāng)水泥和膨潤土摻量相同時(shí), 使用高標(biāo)號(hào)水泥將更有利于提高塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度。
2.3 粘土和膨潤土對(duì)塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響
粘土是塑性混凝土的主要組分之一, 是由粘土礦物組成的, 其中影響最大的是蒙脫石和高嶺石。這些吸水性強(qiáng)的粘土礦物遇水膨脹, 會(huì)導(dǎo)致塑性混凝土的強(qiáng)度降低, 即所謂“塑性化”作用。塑性混凝土的凝結(jié)硬化過程是“塑化”與“固化”的統(tǒng)一發(fā)展過程, 隨著齡期的增長, “固化”也隨之增強(qiáng)。隨著水泥漿水化相的形成和發(fā)展, “水泥—土—水”相的“固化”作用增強(qiáng), 使“土—水”體系的“塑化”作用相應(yīng)降低, 混凝土強(qiáng)度逐漸發(fā)展。粘土量不是影響塑性混凝土抗拉強(qiáng)度的主要因素, 塑性混凝土抗拉強(qiáng)度隨粘土摻量的變化而變化的規(guī)律不太明顯。但通過大量試驗(yàn)還是能看出, 隨著粘土摻量的增加,塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度略有減小的趨勢(shì)( 見表5) 。
塑性混凝土中摻加膨潤土主要是用于改善其彈性模量,但隨著膨潤土的摻入, 塑性混凝土的強(qiáng)度有很大損失。用膨潤土取代全部粘土的塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度對(duì)比見表6。由表6 可以看出, 當(dāng)粘土全部由膨潤土代替后, 塑性混凝土的28 d 劈裂抗拉強(qiáng)度有一定降低。
2.4 粉煤灰對(duì)塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響
粉煤灰自身不具水硬活性, 必須依靠與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2 產(chǎn)生二次水化反應(yīng), 生成類似于水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等凝膠物質(zhì), 才能發(fā)揮自身的活性[6]。粉煤灰摻量對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要取決于粉煤灰的品質(zhì)( 如細(xì)度、化學(xué)成分、燒失量等) 。顆粒粗大、含碳量高、SiO2+Al2O3 含量低的粉煤灰摻入混凝土, 不但無助于混凝土強(qiáng)度的提高, 反而會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度。保持其他原材料不變, 將30%的粘土用粉煤灰代替, 則塑性混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度較之基準(zhǔn)塑性混凝土要高( 見表7) 。
2.5 外加劑對(duì)塑性混凝土強(qiáng)度的影響
在塑性混凝土中摻加不同的外加劑對(duì)其性能有不同的影響, 本試驗(yàn)所用的外加劑為引氣型減水劑, 同時(shí)具有引氣劑和減水劑的作用。對(duì)于混凝土的強(qiáng)度來說, 減水劑好像一把雙刃劍, 使用得當(dāng), 可以提高混凝土強(qiáng)度, 改善混凝土性能; 如果使用不當(dāng), 則會(huì)使強(qiáng)度下降[7]。本試驗(yàn)所用的建4 引氣減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.7%, 對(duì)塑性混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度有一定的提高( 見表8) 。
2.6 骨料對(duì)塑性混凝土強(qiáng)度的影響
骨料是塑性混凝土的重要組成部分, 在塑性混凝土中起著骨架和填充的作用, 其用量一般都占塑性混凝土體積的一半左右。骨料的強(qiáng)度、粒徑、表面特征、顆粒形狀、級(jí)配、有害雜質(zhì)含量及含泥量對(duì)塑性混凝土強(qiáng)度都會(huì)造成影響[8]。由于塑性混凝土中摻有大量粘土, 其抗拉強(qiáng)度很低, 當(dāng)塑性混凝土發(fā)生受拉破壞時(shí), 骨料本身一般未破壞, 因而, 骨料本身的強(qiáng)度對(duì)塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度影響不大。但使用較小粒徑的骨料, 則在塑性混凝土中骨料下部形成的孔隙較小、較少, 同時(shí)在界面區(qū)由于水泥石的硬化收縮產(chǎn)生的裂縫較小、較少,這些都對(duì)提高塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度有利。
3 結(jié)語
塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度較低, 因而用壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試塑性混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)一定要選擇適當(dāng)?shù)牧砍? 并且要注意加荷速度不能太快。本文在做了大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 對(duì)影響塑性混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的各種因素進(jìn)行了詳細(xì)分析, 得出的結(jié)論是: 為了提高塑性混凝土的抗拉強(qiáng)度, 要盡量減少用水量, 即采用較小的水膠比, 在保證彈性模量要求的前提下, 適當(dāng)減少粘土和膨潤土用量、增加水泥用量, 并采用高標(biāo)號(hào)水泥, 同時(shí), 在條件允許的情況下, 可以考慮摻加粉煤灰和外加劑, 此外, 應(yīng)控制骨料的級(jí)配、最大粒徑、含泥量等。本文的研究成果對(duì)今后塑性混凝土的設(shè)計(jì)、施工等具有一定的參考價(jià)值, 但由于受試驗(yàn)條件的限制, 可能對(duì)影響塑性混凝土強(qiáng)度的某些方面未能考慮周全, 這將有待于在以后的研究中進(jìn)一步完善。
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