塑性混凝土抗压强度试验研究

张亚坤，万晓丹，侯黎黎

（1．黄河水利职业技术学院，河南开封 475004；2．小流域水利河南省高校工程技术研究中心，河南开封 475004）

塑性混凝土抗压强度试验研究

张亚坤1，2，万晓丹1，2，侯黎黎1，2

（1．黄河水利职业技术学院，河南开封 475004；2．小流域水利河南省高校工程技术研究中心，河南开封 475004）

为了揭示水胶比、水泥掺入率、膨润土掺入率、沙率、粉煤灰掺入率等因素对塑性混凝土抗压强度的影响机理，设计了5组共75个尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的塑性混凝土立方体试块，开展了抗压强度试验。试验结果表明：水胶比、水泥用量、膨润土用量、沙率、粉煤灰用量等因素是影响塑性混凝土抗压强度的主要因素。塑性混凝土的抗压强度随着水胶比的增大、膨润土掺入率的增大和沙率的增大而降低，并随着水泥掺入率的增大而增大、随着粉煤灰掺入率的增大而降低。

塑性混凝土；抗压强度；水胶比；影响因素；掺入量

0 引言

塑性混凝土是一种水泥用量较低，并掺加较多的膨润土、黏土等材料的大流动性混凝土，其强度介于土和普通混凝土之间。与普通混凝土相比，塑性混凝土强度低、弹性模量小、渗透系数小、适应性能强，因而被广泛应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设计与普通混凝土不同，截至目前，国内尚无塑性混凝土配合比设计的相关规程。因此，进行塑性混凝土抗压强度试验研究，揭示塑性混凝土各组分对其抗压强度的影响规律，对实际工程中塑性混凝土的配合比设计具有重要意义。鉴于此，笔者设计了75块立方体试块，并将其分为5个序列，开展了试验研究，探讨了水胶比、水泥用量、膨润土用量、沙率、粉煤灰用量等因素对塑性混凝土强度的影响规律。

1 塑性混凝土抗压强度试验

1．1 试验原材料

试验原材料包括水泥、粗骨料（石子）、细骨料（沙子）、水、粉煤灰、膨润土、减水剂共7种。

水泥采用河南省郑州市金龙水泥厂生产的强度等级为42．5的普通硅酸盐水泥，粗骨料（石子）采用级配连续、粒径为5～20 mm的碎石，细骨料（沙子）采用细度模数为2．8的天然河沙，水采用郑州市饮用自来水，粉煤灰采用一级粉煤灰，膨润土采用钙基膨润土，减水剂采用JKH-1型高效减水剂。

1．2 试块制作及养护

按照配合比试验结果，称取各种原材料，用强制型搅拌机进行搅拌后，将塑性混凝土浆体装入标准立方体钢模，并放到振动台上振动。振动后，用塑料膜覆盖，以防止水分蒸发。然后，在室温下静止存放48 h，拆模，并立即将试块放入标准养护室（控制温度20℃，相对湿度95%）养护90 d。

1．3 试验方法

将试块放置于量程为50 kN的万能试验机上，调整球座（保证试块在加载过程中均匀受压）后，施加荷载。施加荷载时，加荷速度控制在0．05～0．15 MPa／s。

2 塑性混凝土抗压强度影响因素分析

2．1 水胶比对塑性混凝土抗压强度的影响

塑性混凝土的水胶比是指水与水泥、膨润土和粉煤灰等胶凝材料的比值，它是影响塑性混凝土强度的关键因素。试验中，在粗、细骨料的性能及沙率不变的情况下，采用定量的胶凝材料，通过改变用水量进行试验，其结果如表1所示。

由表1可以看出，水胶比对塑性混凝土抗压强度的影响类似于水灰比对普通混凝土抗压强度的影响。其规律为，随着水胶比的增大，塑性混凝土90 d抗压强度值不断减小。这是因为，随着水胶比的增大，单位体积塑性混凝土在水化反应中生成的凝胶体的比例降低，而凝胶体的减少直接导致塑性混凝土抗压强度的降低。另外，塑性混凝土水胶比还影响着水泥水化产物形成的结构，进而影响着塑性混凝土结构的密实程度。水胶比越大，水化反应后，大量自由水蒸发造成塑性混凝土内部空隙越多，孔隙率越大，密实度越小，塑性混凝土的强度也就越低。

表1 水胶比对塑性混凝土强度的影响Tab．1 Influence of water binder ratio to plastic concrete strength

2．2 水泥用量对塑性混凝土抗压强度的影响

在水胶比和沙率不变 （水胶比为0．9，沙率为0．5）的情况下，改变胶凝材料中水泥的掺入率，探讨水泥用量对塑性混凝土抗压强度的影响，试验结果如表2所示。

表2 水泥用量对塑性混凝土强度的影响Tab．2 Influence of cement content to plastic concrete strength

由表2可知，随着水泥掺入率的增大，塑性混凝土的抗压强度也不断增大。这是因为，水泥为水硬性胶凝材料，用量越多，在水化反应过程中产生的凝胶体（如C-S-H等化学物质）也就越多，从而形成了越多的硬化浆体，使塑性混凝土的抗压强度提高。因此，在实际工程中，通过调节水泥用量的办法来控制塑性混凝土强度的高低，效果将会十分的显著。相关研究结果还表明［2～4］，塑性混凝土中水泥的掺量直接影响塑性混凝土的抗压强度、弹性模量、极限应变、渗透系数以及抗侵蚀性能等。

2．3 膨润土掺量对塑性混凝土抗压强度的影响

膨润土是塑性混凝土中的胶凝材料中的一种。相关研究表明［4～5］，塑性混凝土中膨润土的掺入能起到提高塑性混凝土的抗渗能力、降低塑性混凝土强度和弹性模量的作用。试验中，在水胶比为0．93、沙率为0．5的情况下，通过改变胶凝材料中膨润土的用量探讨膨润土掺量对塑性混凝土抗压强度的影响，结果如表3所示。

表3 膨润土掺入量对塑性混凝土强度的影响Tab．3 Influence of bentonite mixture content to plastic concrete strength

由表3可知，塑性混凝土的抗压强度随着胶凝材料中膨润土掺入率的增大而减小。这是因为，膨润土中含有吸水性较强的黏性矿物，它们吸水后发生膨胀，导致塑性混凝土的强度降低［6］。

2．4 沙率对塑性混凝土抗压强度的影响

控制其他因素不变，改变塑性混凝土的沙率，其抗压强度变化如表4所示。

由表4可知，随着沙率的增大，塑性混凝土的强度呈现出降低的趋势。这是因为，沙率反映的是塑性混凝土骨料中细骨料所占的比重，随着沙率的不断增大，粗骨料（碎石）不断减小，这大大降低了粗骨料在塑性混凝土中的骨架效应［7］，从而导致塑性混凝土强度的降低。

表4 沙率对塑性混凝土强度的影响Tab．4 Influence of sand ratio to plastic concrete strength

2．5 粉煤灰掺量对塑性混凝土抗压强度的影响

粉煤灰的掺入对塑性混凝土抗压强度也有贡献。在其他条件不变的情况下，仅改变粉煤灰掺量，塑性混凝土抗压强度的变化如表5所示。

由表5可知，塑性混凝土的抗压强度会随着粉煤灰掺量的增大而增大，但是增大的效果并不明显。大量试验证明，粉煤灰越细，二氧化硅和氧化铝的含量就越高，粉煤灰的烧失量也就越小，相应地，粉煤灰的掺入对塑性混凝土的后期强度贡献也越大［8～9］。

表5 粉煤灰掺入量对塑性混凝土强度的影响Tab．5 Influence of flyash mixture content to plastic concrete strength

3 结语

（1）试验结果表明：在控制其他因素不变的情况下，塑性混凝土的立方体抗压强度随着水胶比、膨润土用量、沙率的增大而降低，随着水泥用量、粉煤灰用量的增大而增大。

（2）对于塑性混凝土配合比，应根据各种因素对塑性混凝土性能的影响规律，结合已有研究和实际应用进行设计。

（3）塑性混凝土的抗压强度较低，在试验中，要选择合适量程的压力试验机，并控制加载速率，才能得出较为准确的试验结果。

（4）受试验条件的限制，本试验对影响塑性混凝土抗压强度因素的考虑可能还不周全，下一步还需进行对塑性混凝土弹性模量、渗透系数、抗拉强度等影响因素的试验。

［1］ 王迎春，李家正．三峡工程二期围堰防渗墙塑性混凝土特性［J］．长江科学院院报，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］ 李杨，宋帅奇．组分材料用量对塑性混凝土性能的影响［J］．河南城建学院学报，2012，5（2）：1-4．

［4］ 王四巍，李小超．膨润土及水泥用量对塑性混凝土变形及破坏特征的影响［J］．硅酸盐学报，2014（1）：33-37．

［5］ 秘金印．防渗墙混凝土力学性能及抗渗性能研究［D］．杨陵：西北农林科技大学，2013．

［6］ 张雷顺，汤俊杰．塑性混凝土抗渗性能研究［J］．混凝土，2010，24（2）：1-3．

［7］ 何润芝，何丽娟．防渗墙地弹塑性混凝土的试验研究与应用［J］．混凝土，2006（9）：7-10．

［8］ 朱伟兵，季建．塑性混凝土性能及工程应用研究［J］．四川水力发电，2009，10（2）：112-115．

［9］ 丁国庆，蒋林华．膨润土种类及掺量对塑性混凝土性能的影响［J］．水利水电科技进展，2011，4（2）：34-37．

[责任编辑 杨明庆]

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

黄河水利职业技术学院青年基金项目：塑性混凝土抗压强度试验研究（2016QNKY001）。

张亚坤(1983-)，男，河南宝丰人，讲师，硕士，主要从事高校水工新材料及其结构性能方面的教学与研究工作。