新型土壤混凝土配合比與力學(xué)性能

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關(guān)鍵詞：土壤混凝土；黏土；生態(tài)混凝土；力學(xué)性能 

1引言

用含有一定比例各種生態(tài)成分的土壤混凝土替代傳統(tǒng)建筑材料有望得到快速發(fā)展。生產(chǎn)生態(tài)混凝土的目的是減少水泥消耗，從而減少二氧化碳的產(chǎn)生，也為稀缺的原材料提供更多選擇，并降低生產(chǎn)過程中的能源消耗。用綠色建材替代傳統(tǒng)的混凝土是目前建筑材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，例如含有高比例的各種生態(tài)成分的混凝土，被稱為“綠色混凝土”，同時(shí)保持著工程所需要的力學(xué)性能。因此，應(yīng)鼓勵(lì)更多的使用當(dāng)?shù)氐木G色材料，以最大限度地減少能源消耗［1-4］。為了更好地了解土壤混凝土的力學(xué)性能和耐久性，就需要了解土壤混凝土的組成成分以及其力學(xué)性能，接下來(lái)本文將從這兩方面分別介紹土壤混凝土。

2土壤混凝土的基本介紹

2.1組成成份分析

土壤混凝土是由少量的粘性土、沙土和水泥、石灰、大麻纖維組成的土壤混凝土混合料。土壤混凝土質(zhì)地較為稀疏，其力學(xué)性能較差，但是該混凝土具有呼吸的功能。粘性土：主要礦物為坡縷石、方解石、白云母、針鐵礦，主要化學(xué)成份為石英。粘性土取材方便，是土壤混凝土的主要組成部分，也是導(dǎo)致土壤混凝土抗壓強(qiáng)度低的主要因素，應(yīng)該控制其實(shí)用量。沙土：沙土的中等細(xì)度為2.33，約為正常砂土的72%，沙土可以改善混凝土的抗壓強(qiáng)度，但是改善能力有限。大麻纖維：大麻纖維莖由木質(zhì)核心組成，具有中空開放的海綿結(jié)構(gòu)，周圍環(huán)繞著韌皮纖維，屬于植物顆粒，可以作為增強(qiáng)材料，也可以改善土壤混凝土的抗裂性能和增加土壤混凝土的抗?jié)B性能。水泥：水泥的加入可以顯著地提高土壤混凝土的力學(xué)性能，但也會(huì)導(dǎo)致混凝土的收縮和開裂

2.2力學(xué)性能的影響因素

土壤混凝土的強(qiáng)度較低，通常只有5MPa，但是也基本能夠滿足一些小型工程的需要。最新的研究表明：當(dāng)石灰摻量為1~4%時(shí)，土體的抗壓強(qiáng)度和滲透性顯著提高，而當(dāng)石灰摻量為總質(zhì)量的3~7%時(shí)，土體的抗壓強(qiáng)度和滲透性僅略有提高。粘性良性能是通過壓實(shí)來(lái)產(chǎn)生建筑材料的。目前，缺乏關(guān)于在混凝土中使用粘性土的知識(shí)，這些土容易產(chǎn)生自應(yīng)力或收縮裂縫，從而降低其使用性能和耐久性。纖維的摻入可以降低混凝土的密度、收縮和裂縫，改善混凝土的濕熱和聲學(xué)性能，同時(shí)還可以提高混凝土的耐火性能。由此可見主要的影響因素是粘性土和纖維。

2.3力學(xué)性能指標(biāo)

對(duì)于常規(guī)的建筑工程，在建筑材料的力學(xué)性能方面，主要關(guān)注的是混凝土的抗壓強(qiáng)度、收縮性、和耐久性。第三小節(jié)將從這三個(gè)方面來(lái)敘述改善土壤混凝土的因素和方法。

2.4土壤混凝土的前景

建筑結(jié)構(gòu)的生態(tài)化設(shè)計(jì)和可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今建筑業(yè)的重要課題。因此，含有一定比例的各種生態(tài)成分的土壤混凝土等替代建筑材料有望得到越來(lái)越多的發(fā)展。生產(chǎn)生態(tài)混凝土的目的是減少水泥消耗，從而減少二氧化碳的產(chǎn)生，為原材料的稀缺提供一種選擇，并降低生產(chǎn)過程中的能源消耗。因而土壤混凝土?xí)r一種有著良好應(yīng)用前景的新型混凝土，可以因地制宜的取材，得到良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。但是土壤混凝土的力學(xué)性能較常規(guī)混凝土偏差，要想在實(shí)際工程中使用，需要對(duì)土壤混凝土的配合比進(jìn)行試驗(yàn)研究，找到最合適的配合比，這也是限值土壤混凝土大量使用的根本問題。

3土壤混凝土的力學(xué)性能

3.1土壤混凝土的抗壓強(qiáng)度

混凝土抗壓能力強(qiáng)，而抗拉能力極差，所以在設(shè)計(jì)中，通常只考慮混凝土的抗壓性能。對(duì)土壤混凝土而言，由于其缺乏常規(guī)混凝土的砂石粗骨料，因?yàn)槠淇箟簭?qiáng)度通常較低，而且養(yǎng)護(hù)后的抗壓強(qiáng)度也增長(zhǎng)緩慢?？箟簭?qiáng)度主要與粘性土和大麻纖維有關(guān)。據(jù)相關(guān)的研究表明：隨著大麻纖維和粘性土比例的增加，試驗(yàn)混凝土的抗壓強(qiáng)度降低，這可能與土壤混凝土孔隙率的增加有關(guān)。纖維對(duì)抗壓強(qiáng)度有輕微的負(fù)面影響，也可能是由于密度較低，通過引入孔隙和不連續(xù)而改變了土體混凝土的結(jié)構(gòu)和孔隙分布。

3.2土壤混凝土的收縮性

混凝土的收縮性能與混凝土的物理散熱性能相關(guān)，會(huì)影響混凝土后期的強(qiáng)度和混凝土裂縫的發(fā)展，會(huì)導(dǎo)致混凝土耐久性的下降。研究表明：土壤混凝土的收縮性隨粘性土比例的增加而增大，干縮率隨著粘性土比例的增加而增大。當(dāng)粘性土含量為40%時(shí)，干縮率是0的粘性土干縮率的5~6倍。纖維摻量1.2%對(duì)0、20%粘性土的收縮幅度影響不大。然而，對(duì)于粘性土含量為40%的混合料，由于孔隙率的變化改變了蒸發(fā)速率，從而導(dǎo)致收縮速率顯著增加，干縮幅度也隨之增大。

3.3土壤混凝土的耐久性

土壤混凝土的耐久性關(guān)系到建筑工程的使用壽命，因此有必要對(duì)土壤混凝土的耐久性進(jìn)行相關(guān)的介紹，并總結(jié)相應(yīng)的結(jié)論。和耐久性關(guān)系最緊密的是混凝土的孔隙率和吸水率。耐久性試驗(yàn)表明，孔隙率和吸水率隨著粘性土比例增加而增大。摻入大麻纖維可以降低混凝土的密度，改善混凝土的熱學(xué)和聲學(xué)性能，使粘性土含量為20%的混凝土的吸水率提高9%左右。通過振搗也可以提升混凝土的密實(shí)性。

4結(jié)論

通過對(duì)土壤混凝土的介紹及對(duì)土壤混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行的分析，得出如下結(jié)論：（1）土壤混凝土是一種綠色混凝土，但是其強(qiáng)度較低，需要提高振搗技術(shù)來(lái)增強(qiáng)土壤混凝土的抗壓強(qiáng)度。（2）土壤混凝土具有取材方便，耗能小的優(yōu)點(diǎn)，建議在實(shí)際工程中采納土壤混凝土，減少水泥的使用量。（3）通過改變黏土和大麻纖維的含量，可以改善土壤混凝土的力學(xué)性能，但是需要進(jìn)行專門的試驗(yàn)研究，得到最優(yōu)的配合比，可滿足工程需要。

參考文獻(xiàn)

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作者：張斌斌 秦原 謝剛 單位：江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院