塑性混凝土耐久性的研究.pdf

2 0 1 1年 第 9 期 (总 第 2 6 3 期 ) N u mb e r 9 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TE CHNOLOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 9 0 4 1 塑性混凝土耐久性的研究 李莉，李广森 ( 中交一航局第三工程有限公 司 ，辽宁 大连 1 1 6 0 0 1 ) 摘要： 塑性混凝土作为柔性防渗墙材料被广泛的应用于防渗止水地下工程。 对于低强度、 弹性模量小的塑性混凝土能否经受冻融破坏? 通过固定膨润土掺量 ， 改变水泥用量； 固定水泥用量， 改变膨润土掺量； 掺入黏土和外加剂的研究 ， 在塑性混凝土里掺入引气减水剂 ， 可以 大幅度的提高混凝土的抗冻性。 关键 词 ： 塑性混凝土 ；耐久性 ；研究 中图分类号 ： T U5 2 8 3 2 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 1 3 1 - 0 4 I nv es t i ga t i on o n dur ab i l i t y o f p l as t i c c onc r e t e u n L Gu a n g - s e n ( No 3 E n g Co ， L t d o f C C C CF i r s t Ha r b o r E n g i n e e r i n gC o ， L t d ， Da l i a n1 1 6 0 0 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Pl a s t i c c o n c r e t e i s a d o p t e d a s a wa l l a n t i - p e n e t r a t i n g fle x i b l e ma t e r i a l e x t e n s i v e l y f o r u nd e r g r o u n d e ng i n e e r i n g t o s t o p wa t e r f r o m p e n e t r a t i n g i n t o t h e i n t e r i o r Bu t i n c o ns i d e r a t i o n o f i t s l o w s t r e n g t h a n d e l a s t i c mo d u l u s a t s ma l l v a l u e， i s i t a b l e t o r e s i s t fre e z e t h a w d a ma g e s ? I t S p r o v e d t h at t h e fro s t r e s i s t a nc e o f the c o n c r e t e mi g h t b e e n h a n c e d d r a ma t i c a l l y by b l e n d i n g wi t h a i r e n t r a i n i n g a nd wa t e r r e d uc i n g a g e n t s t h r o u g h s t u d i e s o n f i x i ng t h e a mo u n t of mi x e d b e n t o nit e o r c e me n t d o s a g e t o c h a ng e t h e c e me n t d os a g e o r t h e a mo u n t of mi x e d be n t o n i t e an d o n mi x i n g o f c l a y s o i l a n d a d d i t i v e s Ke y wor ds ： pl a s t i c c o n c r e t e ； d u r a b i l i t y； i n v e s t i g a t i o n 0 引言 混凝土的 冻融破坏是残酷的。 柔性防渗墙是由水泥、 膨润土 、 细骨料 、 粗骨料、 水等材料 组成的塑性混凝土。 由于它强度低、 弹性模量小、 受力变形不易 开裂、 防渗止水效果好 ， 因此 ， 被广泛的应用于地下工程中。 目 前塑性混凝土大部分应用于陆域地下工程作为防渗止水结构， 不经受冻融破坏。 即使在寒冷的北方， 塑性混凝土受冻后， 直到 春天春暖花开， 气温上升后， 混凝土解冻 ， 一年只经受一次冻融 循环， 对塑性混凝土的冻融破坏微乎其微。 由于建筑业的拓宽， 塑性混凝土应用的领域越来越广 ， 对于 塑性混凝土的适应环境和要求越来越高。 在北方水运工程中， 作为临时围堰， 在孔隙率大于 4 2 以上的大块石中浇筑塑性混 凝土。 该结构物处于潮汐环境下， 尤其是北方冬季， 塑性混凝土 能够抵抗多少次冻融循环而被破坏， 失去防渗止水作用 ， 是关 系到工程临时围堰的使用年限问题。 1 冻 融破坏机理 混凝土冻融破坏机理是硬化后的混凝土在某一冻结温度 下， 混凝土内部存在的过冷水发生迁移而引起产生较大的渗透 压， 而内部存在的结冰水则结冰产生体积膨胀 ， 水结冰时体积 膨胀达 9 。 随着温度升高过冷水的迁移减小， 冰融化 ， 温度降 低再次冰冻， 进一步产生迁移和结冰。 这种冻融循环破坏具有积 累作用， 最终导致混凝土的结构破坏。 在北方冬季的水运工程中 这种情况是经常发生的， 尤其是半 日 潮 ， 一天潮汐涨落两次， 对 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 3 - 0 9 2冻 融 试 验 塑性混凝土的冻融试验采用 J T J 2 7 o _ 一 1 9 9 8 水运工程混凝 土试验规程 中的 7 1 混凝土抗冻性试验。 混凝土冻融试件尺寸为 1 0 0 mmx l O 0 mmx 4 0 0 m l n的棱柱体； 试件的拌和、 成型及养护 均采用上述试验规程规定的方法 ， 水中养护 2 8 d ； 冻融介质为 海水； 塑性混凝土试件在冻融箱中冻至试件中心冻结温度一 1 5， 融解至试件中心温度为 8， 为一个冻融循环次数。 由于塑性混凝土强度低、 弹性模量小 、 具有柔性。 因此混凝 土的冻融破坏主要表现在棱角及棱线变圆和表层砂浆剥落、 碎 石剥落。 在冻融试验中， 每 5次循环检测一次塑性混凝土试件的 质量损失率 ， 试件直到断裂和崩溃为止。 3塑 性 混 凝 土 试 验 3 1 掺高效减水剂的塑性混凝土 塑性混凝土施工应具有良好的和易性， 设计要求人孔坍落 度在 1 8 0 - 2 2 0 m i l l ， 坍落扩展度在 3 4 0 - 4 0 0 i ra， 1 h以后坍落度 保持在 1 5 0 mi l l 以上。 为达到上述要求， 在塑性混凝土中掺人高 效减水剂。 其抗压强度和弹性模量如表 1 ， 图 1 、 2 。 从表 l ， 图 1 、 2可以看出， 掺入高效减水剂 ， 在满足施工要 求的情况下 ， 固定膨润土的掺量 ， 改变水泥用量以后， 塑性混凝 土 7 、 2 8 d 抗压强度和弹性模量随着水泥用量的增加而增加。 掺人高效减水剂塑性混凝土的抗冻性试验如表 2和图 3 。 1 3 1 表 1 掺 高效减水剂塑性混凝土的性能 水泥用量 ( k g t m ) 图 1 固定膨润土改变水泥用量抗压 强度的变化 1 0 剿 = I 篓 sso 赣5 0 0 I- 4 5 0 L 一 水泥用量 l ( k g m ) 图 2 固定膨润土改变水泥用量弹性模量 的变化 表 2 掺高效减水剂塑性混凝土的冻融试验 1 0 0 芝8 0 娄 6 0 器 4 0 2 0 O 5 1 O 1 5 2 0 2 5 冻融循环次数 腴 图3 掺高效减水剂的冻融试验 从表 2 、 图3的试验结果可以看出， 掺高效减水剂的塑性混 凝土冻融至 1 O次和 1 5 次循环后， 相对动弹性模量即停止。 对于 质量损失率 1 号配合比冻融至 l 5次循环， 质量损失率在 6 1 4 ， 冻融至 2 0次循环时， 试件已经断裂。 塑性混凝土在膨润土掺量 不变， 随着水泥用量的提高， 其混凝土的抗冻性也在提高。 3 号 配合比冻融至 2 5 次循环时， 质量损失率为 8 3 8 ， 冻融至 3 0次 循环时试件已经断裂。 因此， 提高水泥用量可以提高塑性混凝土 的抗冻性 ， 但是同样也提高了塑性混凝土的弹性模量 ， 这又是 设计加以限制的指标。 3 2 掺 引气减水剂的塑性混凝土 3 2 1 固定膨润土掺量 塑性混凝土的强度比较低， 设计对弹性模量的技术指标加 以限制( 3 0 0 S O 0 I l P a ) 。 因此为提高塑性混凝土的抗冻性 ， 在膨 润土掺量不变的情况下 ， 改变水泥用量的同时， 由掺入高效减 水剂改为引气减水剂， 探讨塑性混凝土的抗冻性。 试验结果如 表 3 ， 图4 、 5 。 表 3 固定膨润土掺量的塑性混凝土性能 对 、 睡 水 泥用量 ( k g m ) 图4 固定膨润土改变水泥用量抗压强度的变化 从表 3 ， 图 4 、 5 分析， 掺入引气减水剂的塑性混凝土， 在固 定膨润土的掺量 ， 改变水泥用量， 塑性混凝土的强度随着水泥 用量的增加 ， 7 、 2 8 d的抗压强度也在增加。 塑性混凝土的弹性 模量亦增加。 与表 I 掺入高效减水剂的塑性混凝土比较， 由于掺 1 3 2 对 、 血4 戳 承泥 用量 ( k g m3) 图 5 固定膨润土改变水泥用量弹性模量的变化 入引气减水剂 ， 塑性混凝土的含气量增加， 其 7 、 2 8 d的抗压强 度和弹性模量略有降低。 上述规律与普通混凝土相一致。 掺入引气减水剂、 固定膨润土掺量 ， 改变水泥用量的塑性 混凝土， 其抗冻性试验如表 4 、 图6 。 表 4 掺引气减 水剂改变水泥用量的冻融试验 F5 F1 0 F1 5 F 2 0 F 2 5 F 3 0 编号质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性 失率 模量 失率 模量 失率 模量 失率 模量 失率 模量 失率 模量 l O0 芝 8 0 繁 6 0 40 峰 2 0 0 水泥用量1 1 0 k g m 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 冻融循环次数， 次 图 6 固定膨 润土 改变水泥用量冻 融试验 从表 4 、 图6分析 ： 塑性混凝土掺人引气减水剂以后， 在满足 施工和易性的情况下， 固定膨润土掺量， 改变水泥用量， 塑性混 凝土的抗冻性随着水泥用量的增加， 其抗冻性能在提高。 如 4 号配 合 比， 塑性混凝土的冻融循环次数到 1 5次时 ， 质量损失率为 7 8 8 ， 冻融至 2 0次时， 试件已经断裂。 当水泥用量增加 9 0 k g m3 后， 6号的试件冻融循环次数到3 O 次时， 质量损失率为 6 2 1 。 从图 3掺人高效减水剂与图 6掺人引气减水剂的塑性混 凝土冻融试验结果比较。 在膨润土和水泥用量相同的情况下 ， 塑性混凝土由于掺入引气减水剂， 改变了混凝土内部的孔结构， 大幅度提高了塑性混凝土的抗冻性。 此试验结果与普通混凝土 中掺人引气减水剂提高混凝土的抗冻性一致。 3 2 2 固定水泥用量 在掺人引气减水剂的塑陛混凝土满足施工和易性的隋况下， 固 定水泥用量， 改变膨润土的渗量， 塑I 生 ； 的陛能如表5 ， 图7 8 。 从表 5 ， 图7 、 8的试验结果能够看出， 掺人引气减水剂的塑 性混凝土， 在固定水泥用量以后， 随着膨润土掺量的增加， 7 、 2 8 d 的抗压强度及弹性模量逐渐降低。 掺人引气减水剂、 固定水泥用量， 增加膨润土掺量的塑性 昆 凝土抗冻性试验如表 6 、 图 9 。 表 5 固定水泥用量 的塑性混凝 土性能 1 o o 1 4 o 1 6 O 膨润 土用量 ( k g m ) 图 7 固定水泥改变膨润土用量抗压强度的变化 = 、 删 觳 膨润土用量 ( k g m ) 图 8 固定水泥 改变膨润土用量弹性模量的变化 表 6 掺 引气减水剂改变膨润土掺量的冻融试验 F 5 F1 0 F1 5 F 2 0 F 2 5 F 3 0 编号质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性 失率 模量 失率 模量 失率 模量 失率 模量 失率 模量 失率 模量 90 80 圣 7 0 褂 6 0 壬 _5 0 40 l蜘3 0 瞧 2 0 1 O 0 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 0 冻融循环次数 肷 图 9 固定水泥改变膨润土用量冻融试 验 分析表 6 、 图 9塑性混凝土抗冻性试验。 在塑性混凝土中掺 人引气减水剂后 ， 固定每立方米混凝土的水泥用量 ， 当膨润土 掺量较低时， 如 7号塑性混凝土的冻融循环次数在 3 0次的时候 ， 混凝土质量损失率为 8 4 5 。 随着每立方米混凝土中的膨润土 掺量的增加， 塑性混凝土的抗冻性逐渐降低。 9 号塑性混凝土冻 融循环次数达到 2 0 次时， 质量损失率为 8 2 4 ， 当冻融循环次 数到 2 5 次时， 试件已经断裂。 从 表 2 、 4 、 6 ， 图 3 、 6 、 9可 以看出， 在塑性混凝土中增加 水泥用量 ， 可以提高混凝土的抗冻性 ； 掺人引气减水剂同样 能够提高混凝土的抗冻性。 固定水泥用量 ， 增加膨润土的掺量 ， 降低塑性混凝土的抗压强度和弹性模量 ， 同时降低混凝土的 抗冻性。 1 3 3 3 3 掺 黏 土 的塑性 混凝 土 在塑性混凝土中除了掺入膨润土材料， 同时掺入黏土， 进行 掺入引气减水剂与不掺引气减水剂的塑性混凝土对抗冻性的 影响。 如表 7 、 8 ， 图 1 0 。 从表 7分析： 在配合比相同的情况下， 掺入引气减水剂以 后， 提高了塑性混凝土的含气量， 但是降低塑性混凝土 7 、 2 8 d 的抗压强度 ， 同时混凝土的弹性模量也降低。 在塑性混凝土中固定水泥用量 ， 掺入膨润土、 黏土的抗冻 性试验如表 8 、 图 1 0 。 通过表 8 、 图 1 O试验结果分析， 塑性混凝土中固定水泥用 量， 掺人膨润土、 黏土以后， 在配合比相同的情况下， 掺引气减水 剂的塑l生 混凝土抗涞 明显高于不掺引气减水剂的混凝土。 l 1 号 不掺引气减水剂的塑性混凝土在冻融循环 2 5次时， 质量损失率 为 7 7 5 8 ， 当冻融循环到 3 0 次时， 混凝土试件已经断裂。 而改为 掺入引气减水剂后 ， 冻融循环到 3 0次时， 混凝土质量损失率为 4 5 8 1 。 另一组配合比中， 调整了膨润土和黏土的比例掺量 ， 不 掺引气减水剂的塑性混凝土冻融循环到 2 5次， 质量损失率为 8 3 8 5 ， 冻融循环至3 0 次时， 试件已经断裂。 掺入引气减水剂后 ， 冻融循环至 3 0次时， 质量损失率仅为 2 3 6 3 。 由此可见， 在塑性 混凝土中掺入引气减水剂， 可以大大提高混凝土的抗冻性。 表 7 掺黏土的塑性 混凝土性能 F5 F1 0 Fl 5 F 20 F2 5 F3 0 编号质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性质量损相对动弹性 失率 模量 失率 模量 失率 模量 失率 模量 失率 模量 失率 模量 9 0 80 连 7 O 瓣 6 O 5 0 4 0 删 3 0 2 0 l 0 4结论 1 O l 5 2 O 2 5 3 O 冻融循 环次数 肷 图 1 O 掺黏土的塑性混凝土冻融试验 ( 1 ) 在塑性混凝土中固定膨润土掺量， 改变水泥用量， 混凝 土 7 、 2 8 d的抗压强度和弹性模量随着水泥用量的增加而增加。 ( 2 ) 固定水泥用量， 改变膨润土掺量 ， 塑性混凝土 7 、 2 8 d的 抗压强度和弹性模量随着膨润土掺量的增加， 其数值而降低。 ( 3 ) 在塑l生 混凝土中， 无论固定膨润土掺量， 改变水泥用量还 是固定水泥用量， 改变膨润土掺量， 掺人引气减水剂的塑性混凝土 比掺人高效减水剂的塑性混凝土可以提高混凝土的抗冻性。 ( 4 ) 在塑性混凝土中掺入黏土以后 ， 掺人引气减水剂同样 可以提高混凝土的抗冻性。 而且在调整膨润土和黏土的比例以 后， 可以大幅度的提高塑性混凝土的抗冻性。 参考文献 ： 1 李厂森， 李莉， 等塑性混凝土的研究叨中国港湾建设， 2 o l o ( 5 ) ： 3 9 _ 4 3 2 S L 3 5 2 -2 0 0 6 ， 水工混凝土试验规程【 s 北京 ： 中国水利水电出版 社 ， 2 0 0 6 3 】G B T 5 0 0 5 -2 0 0 1 ， 钻井液材料规范 s 】 京： 中国标准出版社， 2 0 0 2 【4 】 D I Z I 5 1 9 9 -2 0 0 4 ， 水电水利工程混凝土防渗墙施工规范 s 】 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 0 5 5 J T J 2 7 0 - - 1 9 9 8 ， 水运工程混凝土试验规程 s 】 - E 京 ： 人民交通出版 社 。 1 9 9 9 作者 简介 联系地址 联系电话 李莉( 1 9 7 2 一 ) ， 女， 高级工程师， 主要从事混凝土质量控制 与研究工作。 大连市中山区天津街 8 0 号( 1 1 6 0 0 1 ) 1 3 5 91 3 0 2 5 2 6 t 、 、 t s 0 t 0 t ： 、 p ， t t ： 、 三一重工、 中联重科等 3 1 家湖南省企业签署工程机械行业公约 在 8 月 3 0日召开的“ 携手共进， 实现湖南工程机械产业新跨越座谈会” 上， 三一重工、 中联重科、 山河智能等 6家发起企业和 2 5 家响应单位在会上签署了 湖南省工程机械行业公约 。 公约 分“ 总则” 、 “ 自律条款” 、 “ 公约实施” 、 “ 附则” 4 章共 1 6 条。 湖南省委副 书记、 省长徐守盛要求各签约企业 自 觉遵守 公约 ， 实现公平竞争、 协同合作 、 错位发展， 锻造良好企业文化， 维护行业合法权益， 营 造公平公正、 合作共赢的发展环境 ， 为社会提供优质的产品和服务。 1 3 4