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第 3 2卷第 3 期 2 0 1 0年 3月 人民 YELL0W 黄河 R I VER Vo 1 ． 3 2． No ． 3 Ma r ．． 2 01 0 【 水利水 电工程 】 不同掺和料对混凝土性能的影响 李 杰， 杜应吉， 韩苏建， 李 萍 ( 西北农林科技大学 水利与建筑学院， 陕西 杨凌 7 1 2 1 0 0 ) 摘要： 通过在混凝土中单掺和混掺黏土、 膨润土、 粉煤灰、 橡胶粉等量替换基准混凝土中的水泥， 然后进行密度、 抗压强 度、 抗拉强度及弹性模量的对比试验， 探讨 了混凝土性能随掺和料变化的规律。试验结果表明： 混凝土的密度、 抗压强 度、 抗拉强度及弹性模量都随掺和料掺量的增加而有所降低， 且不同掺和料对其影响程度也有所不同， 其中橡胶粉部分 取代黏土掺入混凝土中对降低混凝土弹性模量较为显著。 关键词 ：粉煤灰 ；橡胶粉 ；黏 土 ；膨润 土；弹性模量 ；混凝 土性 能 中图分类号：T V 4 2 文献标识码： A d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0—1 3 7 9 ． 2 0 1 0 ． 0 3 ． 0 6 1 ‘ 1 试验方案 水泥选用 3 2 ． 5 R普通硅酸盐水泥； 细骨料采用中砂 ， 粗骨 料采用规格为 5— 3 1 ． 5 iT l m的卵石； 掺和料包括粉煤灰、 橡胶 粉、 黏土、 膨润土 ； 外加剂采用 K D N O F一1高效减水剂； 水为实 验室自来水。水胶 比为 0 ． 5 0 ， 砂率为 4 0 ％， 扩散度为 3 0～3 5 c m。基准混凝土配合比： 水泥、 水、 砂料、 石料 、 减水剂分别为 3 0 0、 1 5 0、 7 7 2、 1 1 5 9、 3 k g 。 4种掺和料按黏土、 膨润土、 粉煤灰、 橡胶粉 +黏土试验， 分 别按 t 0 ％、 2 0 ％、 3 0 ％等量替换基准混凝土中的水泥， 除外加剂 外其余各组分保持不变， 外加剂用量则根据和易性要求通过试 拌确定 。 2 试验结果分析 2 ． 1 对密度的影响 相对于基准混凝土， 试验中4种掺和料方案都会使混凝土 拌和物的密度减小， 且不同掺和料引起的密度变化幅度并不相 同。掺加橡胶粉后拌和物密度减小相比于其他 和料更大， 当 掺和料掺量为 3 0 ％时， 掺黏土、 膨润土、 粉煤灰、 橡胶粉 +黏土 的混凝土密度相对 于基准混凝土密度分别减小了 1 1 ． 5 ％、 1 1 ． O ％、 8 ． 1 ％、 2 1 ． 4 ％， 即采用橡胶粉部分取代黏土可有效降 低混凝土密度。其原因有两个 ： 一是橡胶粉密度小于其他 3种 掺和料密度； 二是橡胶粉颗粒表面的粗糙性和非极性使橡胶粉 具有一定的引气作用， 掺入后会使混凝土含气量增加。 2 ． 2 对抗压强度的影响 混凝土抗压强度随掺和料掺量的增加而减小， 且掺和料种 类不同减小的幅度也不同。当掺和料掺量为 3 0 ％时， 掺黏土、 膨润土、 粉煤灰、 橡胶粉 +黏土的混凝土抗压强度相对于基准 混凝土抗压强度分别减小了 4 3 ． 3 ％ 、 6 0 ． 6 ％、 3 0 ． 1 ％、 6 2 ． 1 ％， 即减小幅度由小到大依次是粉煤灰混凝土、 黏土? 昆凝土、 膨润 】 3 2 土混凝土、 橡胶粉混凝土。掺和料采用橡胶粉取代5 0 ％黏土会 导致单一掺黏土的混凝土抗压强度降低 4 3 ． 4 ％。可见， 橡胶粉 的掺入使混凝土的抗压强度显著降低。 2 ． 3 对抗拉强度的影响 混凝土抗拉强度随4 种掺和料掺量的增加而下降， 其中掺 加橡胶粉的混凝土抗拉强度下降最为明显 ， 而掺加粉煤灰的混 凝土抗拉强度下降则相对较小。当掺和料掺量为 3 0 ％时， 掺黏 土、 膨润土、 粉煤灰 、 橡胶粉 +黏土的混凝土抗拉强度相对于基 准混 凝土 抗拉 强 度分别 减 小 了 4 1 ． 5 ％、 5 6 ． 9 ％、 3 3 ． 2 ％、 6 3 ． 1 ％， 即减小程度由小到大依次是粉煤灰混凝土、 黏土} 昆凝 土、 膨润土混凝土、 橡胶粉混凝土， 这与王萱子⋯和张涛等 得 出的加入黏土、 膨润土、 粉煤灰可降低水泥胶结物黏结力而降 低混凝土强度这一结论相一致。由以上数据可知单掺试验的 3 种掺和料中， 膨润土的掺人造成的混凝强度降幅最大。掺和 料采用橡胶粉取代 5 0 ％黏土会导致单一掺黏土的混凝土抗拉 强度降低 5 2 ． O ％， 因此橡胶粉导致混凝土抗拉强度的降低幅度 不仅大于掺黏土的} 昆凝土， 而且也大于掺膨润土、 粉煤灰的混 凝土 。 2 ． 4 对弹性模量的影响 混凝土弹性模量随掺和料掺量的增加而减小 ， 且掺和料种 类不同减小的程度也不同。当掺和料掺量为 3 0 ％时， 掺黏土、 膨润土、 粉煤灰 、 橡胶粉 + 黏土的混凝土弹性模量相对于基准 混凝土弹性模量分别减小了 2 4 ． 8 ％、 2 9 ． 8 ％、 2 2 ． 8 ％、 3 5 ． 7 ％， 即减小程度由小到大依次是粉煤灰混凝土、 黏土混凝土、 膨润 土混凝土、 橡胶粉混凝土。这与何丽娟 、 甘继胜 、 张荣辉 等 得出的相关结论一致。经计算得， 掺和料采用橡胶粉取代 5 0 ％黏土会导致单一掺黏土的混凝土弹性模量降低 4 4 ． 0 ％。 收稿 日期 ： 2 0 0 9 — 0 6 - 0 2 作者简介： 李杰( 1 9 8 4 一) ， 女， 河北唐山人， 硕士研究生， 研究方向为混凝土耐 久性 。 E— ma i l ： l i j i e h o n e y @y a h o o ． t o m． c n 人 民 黄 河2 0 1 0年第 3期 可见， 掺人橡胶粉后混凝土弹性模量降低最为明显， 亦即在混 凝土中加入适量的橡胶粉对提高混凝土塑性有很大帮助。 2 ． 5 水胶 比和粉煤灰对混凝土性能的影响 采用不同水胶比及在混凝土中掺入 2 0 ％的粉煤灰进行试 验， 可得 ： 混凝土密度随水胶比的增大而减小， 且基本呈线性关 系； 混凝土抗压强度与抗拉强度均随水胶 比增大而减小， 且两 者变化规律基本一致； 混凝土弹性模量随水胶 比增大有降低趋 势。经计算得， 水胶比由0 ． 5变化到 0 ． 6时， 掺量为 2 0 ％的粉 煤灰混凝土抗压强度降低 1 1 ． 7 ％， 抗拉强度降低 9 ． 0 ％， 弹性 模量降低 1 7 ． 1 ％。由此可得， 适当增大水胶比可降低混凝土强 度， 但会使混凝土弹性模量降低的幅度更大。 混凝土中掺入粉煤灰不仅可以节约水泥， 而且还能改善混 凝土性能 ] 。比较掺和料掺量为 1 0 ％和 2 0 ％的混凝土性能可 得： 粉煤灰混凝土抗压强度相对于 同掺量 的黏土混凝土高 1 0 ． 4 ％ 、 5 ． 9 ％， 抗拉强度高 8 ． 8 ％、 1 ． 7 ％， 弹性模量低 6 ． 7 ％、 4 ． 1 ％； 抗压强度相对于 同掺量 的膨润土混凝土高 1 0 ． 7 ％、 3 8 ． 7 ％ ， 抗拉强度高 1 3 ． 2 ％、 3 0 ． 0 ％， 弹性模量低 6 ． 5 ％、 5 ． 8 ％。 可见， 塑性混凝土掺和料采用粉煤灰替代黏土、 膨润土具有可 行性 。 3 结论 ( 1 ) 混凝土中掺入黏土、 膨润土、 粉煤灰、 橡胶粉后会使其． 强度有所降低 ， 且掺和料种类不同降幅也不同。粉煤灰混凝土 减幅少 ， 掺膨润土比掺黏土导致混凝土强度降低更多些， 掺和 料采用橡胶粉部分取代黏土的混凝土强度降低最多。 ( 2 ) 4种掺和料 中， 橡胶粉部分取代黏土掺入混凝土中对 降低混凝土弹性模量最为显著， 这为今后高强低弹塑性混凝土 的进一步研究提供了一条新途径。同时 ， 用粉煤灰来替代黏 土 、 膨润土也具有可行性 。 ( 3 ) 水胶 比增大导致混凝土强度降低， 但弹性模量下降幅 度更大。因此， 在混凝土配比选择时， 为降低弹性模量可选择 较大的水胶比， 但同时应考虑水胶比增大对强度的影响。 参考文献 ： [ 1 ] 王萱子． 塑性混凝土防渗墙的试验研究[ D] ． 南昌： 南昌大学， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 张涛， 潘家锋， 万岳， 等． 膨润土改善塑性混凝土性能的作用机理[ J ] ． 人民 黄河， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 1 1 ) ： 7 8 ． [ 3 ] 何丽娟， 何润之． 英山占河水库防渗墙黏土混凝土的试验研究及应用[ J ] ． 施工技术 ， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 9 2— 9 3 ． [ 4 ] 甘继胜． 燕山水库防渗墙低弹黏土混凝土配合比研究[ J ] ． 河南水利与南水 北调 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 3 2 ． 、 [ 5 ] 张荣辉， 王艳， 雷正辉． 水泥橡胶粉稳定基层性能研究[ J ] ． 路基工程， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 5 7—5 9 ． [ 6 ] 陈爱玖， 亢景付， 霍洪嫒， 等． 大掺量粉煤灰混凝土性能的试验研究[ J ] ． 人 民黄河， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 8 ) ： 4 2 ． 【 责任编辑张华岩】 ( 上接第 1 3 1页) 高压固结灌浆孔， 深入围岩8 m，排距 3 m， 梅花形布置，每断面1 2 孔 图 2系统固结灌浆示意 对 于 A K 4+ 6 9 5 一A K 4+8 0 0、 A K 5+0 3 8 一A I < 5+2 4 0 、 A K 6 +1 5 O — AK6+4 4 6、 AK 6 +7 6 0 一 AK6+8 4 0、 AK6+9 5 0 一 AK 7 + 0 7 0、 BK 4 + 7 4 2 — — B K 4 + 8 5 0、 BK 5 + 0 7 1 — — BK 5 + 3 4 6 、BK 6 + 1 5 O —B K 6+ 7 1 5段， 以渗滴水、 线状渗水、 岩溶纵穿裂隙涌水为 主 ， 局部最大单点涌水量达 2 0 0 L ／ s ( 后采用模袋灌浆技术封堵 成功) 。洞室开挖至 K 5 ， +2 0 0时， 西线双洞内总涌水量达 2 ． 5 m ／ s ， 为不影响施工， 堵水工作紧急开展。虽然随着洞室开挖 掘进， 洞室不断涌水 ， 但通过“ 由浅入深、 先顶拱后边墙再底板 、 先易后难” 的灌浆处理 ， 洞室总涌水量逐步减少， 至 2 0 0 8年 8 月 8日双洞全线贯通， 西线双洞总涌水量约 1 ． 2 m ／ s ， 封堵总 涌水量超过 3 m 。 ／ s ， 涌水封堵成效显著。 3 结语 特长隧道水文地质条件复杂， 目前超前预报手段准确性不 够， 高压大流量堵水技术经验不足， 使得工程进度在地下突涌 水的影响下一度受到制约。为摆脱困境 ， 经综合评估和统筹权 衡， 决定将“ 预报在先， 以堵为主， 以排为辅” 突涌水处理原则调 整为“ 预报在先 ， 快速掘进 ， 择机封堵” ， 既保证了工程的快速掘 进， 又在施工过程中做到了地下涌水 的合理引排和封堵， 未对 周边环境造成明显影响， 工程效益和经济效益显著， 为类似工 程的施工积累了一定的经验。 参考文献： [ 1 ] 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院． 雅砻江锦屏二级水电站可行性研 究报告[ R] ． 杭州： 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院． 锦屏辅助洞( 引水隧洞) 水文地质 影响研究 [ R ] ． 杭州： 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院． 雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞 和辅助洞施工期导水和地下水处理规划报告[ R ] ． 杭州： 中国水电顾问集团 华东勘测设计研究 院， 2 0 0 8 ． 【 责任编辑张华岩】 1 3 3