陳 鐳

(天津大學仁愛學院，天津 301630)

隨著近年來水利投資的增加，各類水利工程建設規(guī)模增長迅速，在這些工程中，如土石壩、水閘、圍堰等工程都需要采取一定的防滲措施。水利工程中廣泛采用混凝土防滲墻來防滲，早期的混凝土防滲墻主要采用普通混凝土澆筑，其力學和變形性能與周圍土體存在較大差別，防滲墻頂部會產生較大的豎向變形和位移，兩側墻面受土體的側限，使防滲墻體內部產生較大應力，當應力超過其抗拉強度時，墻體會產生裂縫，降低其防滲效果，嚴重時會使防滲徹底失效，威脅水利工程的安全。為了解決這些問題，將粘土、膨潤土等代替混凝土中的部分水泥，與水泥、石子、砂、水等原材料經攪拌、澆筑、凝結成塑性混凝土，它是一種介于土和普通混凝土之間的柔性材料。塑性混凝土與普通混凝土相比，具有彈性模量低、模強比小等特點，并可根據實際情況進行調整，初始模量變化不大，極限應變值大，強度會隨圍壓增大而增加，應力-應變關系和破壞形式與土料相似，抗?jié)B性能好，變形性能和抗震性能好，造價低且耐久性好[1- 6]。目前，國內對塑性混凝土的研究主要是在實際工程中的應用研究，而對塑性混凝土材料自身的性能方面的研究還較少，國內尚未頒布有關塑性混凝土的試驗規(guī)范，與其相關的試驗仍參考普通混凝土的試驗，與實際情況不甚相同，不能充分體現出其實際性能[7- 10]。為了充分了解塑性混凝土的拉壓性能，本文對塑性混凝土的配合比進行了設計，并對拉壓強度試驗的方法、試驗結果的處理，以及不同的水膠比、水泥用量、養(yǎng)護齡期、膨潤土摻量等對塑性混凝土性能的影響程度進行了分析，為今后水利工程中推廣應用提供了科學的依據。

1 塑性混凝土的拉壓強度試驗

1.1 塑性混凝土的配合比設計

為使塑性混凝土能與地基土協(xié)調變形且滿足抗?jié)B要求，同時需要其有低強度、低彈性模量、大塌落度和大擴散度等特性，需要對塑性混凝土進行配合比設計。由于塑性混凝土中摻入了吸水性較強、分散性較差的膨潤土或粘土和需要較大的砂率，需要較大的用水量，且塑性混凝土的水泥用量較少，因此塑性混凝土有著較大的水膠比。查閱有關資料，結合本次試驗的要求，對塑性混凝土的配合比設計技術參數做了一些規(guī)定，具體參數見表1。

表1 配合比設計技術參數

根據表1的技術參數，初步確定了3個水膠比，進行了配合比設計，并根據配合比進行了試拌和參數測定，分別制作了標準養(yǎng)護7d和28d的標準時間，在達到齡期后分別進行了試驗，經過對試驗結果的回歸分析，確定了適宜的水膠比和塑性混凝土配合比，結果見表2。

表2 塑性混凝土配合比試驗結果

1.2 拉壓強度試驗及結果處理

塑性混凝土的抗壓和抗拉性能試驗方法按照SL352- 2006《水工混凝土試驗規(guī)程》中有關內容進行試驗，并記錄試塊破壞時的荷載。試驗試件根據要求為標準養(yǎng)護達到相應齡期的試件，尺寸為標準的150mm×150mm×150mm的塑性混凝土立方體標準試塊。

塑性混凝土立方體抗壓強度按下式計算：

(1)

式中，fcu—立方體抗壓強度，MPa；P—立方體試件破壞時的荷載，kN；A—立方體試件的承壓面積，mm2。

塑性混凝土立方體劈裂抗拉強度按照下式計算：

(2)

式中，fts—立方體劈裂抗拉強度，MPa；P—立方體試件受拉破壞時的荷載，kN；A—立方體試件受拉時的承壓面積，mm2。

塑性混凝土抗壓和抗拉強度的試驗結果取值為同一組試件中的3個試驗結果的平均值，需剔除掉與平均值誤差大于±15%的單個測值，如果剔除結果大于1，則需重新進行試驗，反之取該組試驗的平均值作為試驗結果。經整理后的試驗結果見表3。

表3 塑性混凝土拉壓強度試驗結果

2 影響塑性混凝土拉壓強度試驗的因素

2.1 水膠比對拉壓強度的影響

由表3可知：塑性混凝土抗壓強度隨水膠比的增大基本呈線性減小的趨勢，其原因是水膠比越大，水化反應后塑性混凝土中自由水越多，在硬化過程中，隨著自由水的不斷蒸發(fā)，塑性混凝土中空隙增多，進而影響了塑性混凝土的抗壓強度。塑性混凝土抗拉強度隨水膠比的增大也呈線性減小的趨勢，28d齡期的抗拉強度較7d強度高，增幅大；原因是水膠比越大，塑性混凝土中空隙越多，造成塑性混凝土中膠凝體與骨料之間粘結較差，進而影響了塑性混凝土的抗拉強度。

2.2 水泥用量對拉壓強度的影響

根據試驗結果中水泥用量與塑性混凝土抗壓和抗拉強度的關系，繪制了曲線如圖1所示。

圖1 水泥用量與塑性混凝土抗壓和抗拉強度的關系

由圖1可知：水泥用量越大，塑性混凝土的抗壓和抗拉強度均增大，有著較好的線性相關關系，其中的原因是：水泥是一種水硬性膠凝材料，隨著水泥摻量的增加，發(fā)生水化反應后會產生更多的C-S-H，形成更多的硬化漿體，使混凝土中膠體強度提高，也使膠凝材料的劈裂抗拉強度提高，進而提高了塑性混凝土的抗壓強度和抗拉強度，但水泥用量需控制在一定范圍內。

2.3 其他因素對拉壓強度的影響

由表3可知：隨著塑性混凝土養(yǎng)護齡期的增加，其抗壓強度和抗拉強度均有明顯的提高。原因是塑性混凝土硬化過程的前期，混凝土中的蒙脫石和高嶺土等粘土礦物吸水膨脹，使混凝土強度降低，隨著養(yǎng)護齡期的增加，混凝土中水分逐漸蒸發(fā)，水化反應也逐步完成，產生了更多的C- S- H化學物質，形成更多的硬化漿體，混凝土的固化作用逐漸增強，其抗壓強度和抗拉強度均有明顯的提高。隨著塑性混凝土中膨潤土的摻量增加，其抗壓強度和抗拉強度均不斷減小，塑性混凝土中摻入膨潤土主要是要降低其彈性模量和提高其防滲能力，其作用機理是：膨潤土中的伊利石、蒙脫石和高嶺土等粘土礦物吸水膨脹，使混凝土的強度降低，特別是蒙脫石的含量越高對塑性混凝土強度的影響越大，所以選擇膨潤土時要綜合考慮其中各礦物成分的含量，此外要控制塑性混凝土的強度，膨潤土的摻量要控制在一定范圍內。

3 結語

通過對塑性混凝土的配合比進行設計，并對拉壓強度試驗和試驗結果的處理進行研究，進一步分析了不同的水膠比、水泥用量、養(yǎng)護齡期、膨潤土摻量等對塑性混凝土性能的影響程度結果表明：塑性混凝土抗壓強度和抗拉強度隨水膠比的增大基本呈線性減小的趨勢；水泥用量越大，塑性混凝土的抗壓和抗拉強度均增大，有著較好的線性相關關系；隨著塑性混凝土中膨潤土的摻量增加，其抗壓強度和抗拉強度均不斷減?。浑S著塑性混凝土養(yǎng)護齡期的增加，其抗壓強度和抗拉強度均有明顯的提高。

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