掺和料对塑性混凝土的性能影响研究

麻江峰

（山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002）

掺和料对塑性混凝土的性能影响研究

麻江峰

（山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002）

塑性混凝土在水利工程的防渗墙中被广泛应用，在其拌制过程中，使用的掺和料不同，其强度和弹性模量等性能也不同。为了更好地满足工程质量和环保要求，选取三种常见的掺和料进行配合比试验。以塑性混凝土的配合比为基准，分别加入粉煤灰、胶粉和硅灰三种掺和料，形成四种不同的试验配合比，试验分析这五种塑性混凝土配合比拌合物的和易性情况、力学性能和抗渗性能，从而得出三者中胶粉对拌和物和易性影响最大，粉煤灰次之，硅灰最小；粉煤灰和胶粉能降低塑性混凝土强度和弹性模量，硅灰则能提高强度和混凝土弹性模量；粉煤灰和硅灰能提高塑性混凝土的抗渗性能，胶粉则能降低。三者混掺则和易性及抗渗性有所增加，强度和弹性模量减小。

掺和料；强度；弹性模量；相对渗透系数

塑性混凝土在我国防渗墙技术中应用非常广泛，和普通防渗墙相比，有很多的优点，它是以膨润土、黏土等材料部分取代胶凝材料中的水泥而形成的一种复合柔性材料，具有较低的弹性模量和良好的抗渗性能，而且施工简单，利于环保。在防渗墙技术发展和低碳环保的要求下，仅以膨润土、黏土等材料取代水泥已不再满足塑性混凝土发展研究的要求，因此在塑性混凝土中掺入适量的新型掺和料来研究其性能，从而满足防渗墙的各项设计和质量要求。

1 原材料检测

1.1 骨料

细骨料选用天然砂，粗骨料选用5～20 mm的碎石，各项品质检测见表1。

1.2 水泥

水泥选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥品质检测结果如表2所示。

表1 骨料品质检测结果

表2 水泥品质检测结果

1.3 黏土、膨润土和掺和料

黏土使用汾河灌区堤防加固的工程用土，膨润土选用钠基膨润土，粉煤灰使用Ⅱ级粉煤灰，其试验检测的物理性能结果见表3，胶粉的抗拉强度大于15 MPa，扯断伸长率大于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 试验配合比设计

塑性混凝土配合比的设计要求明显要高于普通混凝土配合比的设计要求，在添加掺和料进行拌和时，要综合考虑强度、弹性模量以及抗渗性能等因素，选择任何一种掺和料都要求进行多次试拌，然后确定一些试验固定值。此次试验首先需要设计出不含粉煤灰、胶粉和硅灰三种掺和料基准配合比SY，结合本文研究目的确定其掺土率、水胶比、砂率的取值且保持三者固定不变，对塑性混凝土拌合物坍落度和扩展度的测试，最终确定单位用水量为300 kg/m3；分析各种试拌配合比的结果，可得出基准配合比胶凝材料的组成为：45%水泥和55%土，其中土由膨润土和黏土组成。掺和料配合比设计时综合考虑粉煤灰、胶粉和硅灰掺量对塑性混凝土性能的影响，给出以下五种配合比方案如表4所示。

3 塑性混凝土拌合物性能测试

塑性混凝土拌合物的和易性和流动度分别采用坍落度和坍落扩散度来评定，同时观察拌合物的粘聚性、保水性。其测试和观察的具体试验结果见表5。

表4 掺和料配合比

表5 拌合物测试情况

由实验结果可知：在基准配合比的基础上，单独增加粉煤灰会使塑性混凝土拌合物的坍落度和扩展度增加，即拌合物的流动性增大，主要是因为粉煤灰在拌合物中起润滑作用，释放更多浆体，使水泥颗粒分散，增大其流动性。在增加粉煤灰的基础上增加等量的胶粉，此时拌合物的流动性变小，这是由于胶粉粗糙无规则的颗粒表面，增加其对水的吸附能力，从而增大拌合物的摩擦力导致的。在增加粉煤灰保持不变的基础上增加硅灰的含量，此时拌合物的坍落度和扩展度有所增加，流动性增大，增加的幅度没有胶粉降低的幅度大，这是因为硅灰粒径极小，掺入塑性混凝土中，使其具有比水泥更大的比表面积，从而提高表面吸水能力，改善了拌合物的粘聚性和保水性。在三者等量混掺的情况下，拌合物的坍落度和扩展度有所增加，流动性也随之增大。

4 塑性混凝土性能试验

4.1 力学性能的试验

塑性混凝土力学性能试验方法是依据SL352-2006《水工混凝土试验规程》，主要利用立方体抗压强度试验和轴心抗压强度及弹性模量试验来实现。立方体抗压每组配合比试件制作六块150 mm×150 mm×150 mm的立方体，其中三块测7 d抗压强度，三块测28 d抗压强度，计算按公式（1），结果精确至0.1 MPa。

式中，fcc为抗压强度，MPa；P 为破坏荷载，N；A 为试件承压面积，mm2。

轴心抗压强度和弹性模量试验试件尺寸均为Φ150 mm×300 mm的圆柱体，每组配合比拌制六块试件，其中三块测定轴心抗压强度，三块测定弹性模量，计算按公式（2），结果精确至1 MPa。

式中：Ec为静力抗压弹性模量，MPa；P2为40%的极限破坏荷载，N；P1为应力为0.5 MPa的极限破坏荷载，N；L为测量变形的标距，即300 mm；ΔL为应力从0.5 MPa增加至40%破坏应力时试件的变形值，mm；A为试件承压面积，mm2。

4.2 抗渗性能的试验

塑性混凝土的抗渗性能采用相对渗透系数来评定，试件制作成上口直径175 mm，下口直径185 mm，高150 mm的截头圆锥体。相对渗透系数计算按公式（3）。

式中：Kr为相对渗透系数，cm/s；Dm为平均渗水高度，cm；H为水压力，以水柱高度表示，cm；T为恒压时间，s；a为混凝土的吸水率。

4.3 试验结果分析

根据上述混凝土的试验方法进行各项性能检测，其检测并计算的结果见表6。由表6可知：

1）SY2中加入了粉煤灰，其塑性混凝土强度降低，因为一部分水泥被粉煤灰取代，粉煤灰颗粒结构比较稳定，表面密实，水化程度不高，当掺入拌合物中会充分稀释水泥颗粒，从而影响混凝土早期强度，粉煤灰掺量增多时，对强度的影响越大。SY3中又加入等量的胶粉，此时塑性混凝土强度降低，这是因为胶粉的颗粒大小比水泥大很多，从而降低了新结构体密实度，当受外力作用后结构整体承载力就会下降，胶粉强度随之降低。SY4中加入了粉煤灰的同时加入硅灰，塑性混凝土强度提高，这是由于硅灰颗粒大小很细小，比表面积大，可以提高混凝土结构的密实度，其具有的很好的填充效果，可以填充孔隙，从而提高塑性混凝土强度。SY5是三者混掺的情况，塑性混凝土的强度降低，主要因为水泥被大量的掺和料替代，总体上影响其颗粒结构，从而造成强度降低。

表6 塑性混凝土所检性能统计表

2）从SY2-SY5可知，在塑性混凝土中加入掺和料均可以降低塑性混凝土的弹性模量，SY2中的粉煤灰和SY3中的胶粉可以降低塑性混凝土弹性模量，粉煤灰是由于其颗粒填充效应、火山灰效应，降低混凝土密实度，从而使混凝土的弹性模量降低，胶粉是由于其憎水性和本身的弹性，使得混凝土弹性模量降低。SY4中硅灰可以增加塑性混凝土弹性模量，其颗粒大小有助于增强混凝土的密实度，从而使混凝土的弹性模量提高。SY5中当硅灰掺量不变时，增加粉煤灰和胶粉总含量，塑性混凝土弹性模量会有所降低，这是因为此时对应的水泥用量在减少。

3）掺入粉煤灰的SY2，相对渗透系数比SY1低；掺入胶粉的SY3，相对渗透系数比SY2高；掺入硅灰的SY4，相对渗透系数比SY3低；SY5中粉煤灰、胶粉、和硅灰三者的混掺，相对渗透系数降低。粉煤灰和硅灰能提高塑性混凝土的抗渗性能，主要是由于两者的颗粒极小，能够更好的改善混凝土的孔隙结构，使其紧密。而胶粉粒径较大，当掺入拌合物时，相当于引入大量气泡，使混凝土的结构体发生改变，从而降低其抗渗性能。粉煤灰、胶粉和硅灰的混掺一定程度上可以提高塑性混凝土的抗渗性能，其主要因素也取决于三种掺和料对塑性混凝土孔结构的改善。

5 结论

通过五种塑性混凝土配合比的方案比对可知，三种掺合料主要是通过其颗粒结构大小和拌和时的反应效应来影响塑性混凝土的整体性能。粉煤灰和胶粉降低塑性混凝土强度的同时也降低其弹性模量，硅灰则相反，粉煤灰和硅灰提高了塑性混凝土的抗渗性能，胶粉则降低，三者混掺的情况研究不完善，有待系统深入研究。

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年于河北农业大学水利水电工程专业本科毕业，2015年于太原理工大学水利工程专业硕士研究生毕业，助理工程师。