新型土壤混凝土配合比与力学性能

关键词：土壤混凝土；黏土；生态混凝土；力学性能 

1引言

用含有一定比例各种生态成分的土壤混凝土替代传统建筑材料有望得到快速发展。生产生态混凝土的目的是减少水泥消耗，从而减少二氧化碳的产生，也为稀缺的原材料提供更多选择，并降低生产过程中的能源消耗。用绿色建材替代传统的混凝土是目前建筑材料领域的研究热点，例如含有高比例的各种生态成分的混凝土，被称为“绿色混凝土”，同时保持着工程所需要的力学性能。因此，应鼓励更多的使用当地的绿色材料，以最大限度地减少能源消耗［1-4］。为了更好地了解土壤混凝土的力学性能和耐久性，就需要了解土壤混凝土的组成成分以及其力学性能，接下来本文将从这两方面分别介绍土壤混凝土。

2土壤混凝土的基本介绍

2.1组成成份分析

土壤混凝土是由少量的粘性土、沙土和水泥、石灰、大麻纤维组成的土壤混凝土混合料。土壤混凝土质地较为稀疏，其力学性能较差，但是该混凝土具有呼吸的功能。粘性土：主要矿物为坡缕石、方解石、白云母、针铁矿，主要化学成份为石英。粘性土取材方便，是土壤混凝土的主要组成部分，也是导致土壤混凝土抗压强度低的主要因素，应该控制其实用量。沙土：沙土的中等细度为2.33，约为正常砂土的72%，沙土可以改善混凝土的抗压强度，但是改善能力有限。大麻纤维：大麻纤维茎由木质核心组成，具有中空开放的海绵结构，周围环绕着韧皮纤维，属于植物颗粒，可以作为增强材料，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渗性能。水泥：水泥的加入可以显著地提高土壤混凝土的力学性能，但也会导致混凝土的收缩和开裂

2.2力学性能的影响因素

土壤混凝土的强度较低，通常只有5MPa，但是也基本能够满足一些小型工程的需要。最新的研究表明：当石灰掺量为1~4%时，土体的抗压强度和渗透性显著提高，而当石灰掺量为总质量的3~7%时，土体的抗压强度和渗透性仅略有提高。粘性良性能是通过压实来产生建筑材料的。目前，缺乏关于在混凝土中使用粘性土的知识，这些土容易产生自应力或收缩裂缝，从而降低其使用性能和耐久性。纤维的掺入可以降低混凝土的密度、收缩和裂缝，改善混凝土的湿热和声学性能，同时还可以提高混凝土的耐火性能。由此可见主要的影响因素是粘性土和纤维。

2.3力学性能指标

对于常规的建筑工程，在建筑材料的力学性能方面，主要关注的是混凝土的抗压强度、收缩性、和耐久性。第三小节将从这三个方面来叙述改善土壤混凝土的因素和方法。

2.4土壤混凝土的前景

建筑结构的生态化设计和可持续发展是当今建筑业的重要课题。因此，含有一定比例的各种生态成分的土壤混凝土等替代建筑材料有望得到越来越多的发展。生产生态混凝土的目的是减少水泥消耗，从而减少二氧化碳的产生，为原材料的稀缺提供一种选择，并降低生产过程中的能源消耗。因而土壤混凝土时一种有着良好应用前景的新型混凝土，可以因地制宜的取材，得到良好的经济效益和环境效益。但是土壤混凝土的力学性能较常规混凝土偏差，要想在实际工程中使用，需要对土壤混凝土的配合比进行试验研究，找到最合适的配合比，这也是限值土壤混凝土大量使用的根本问题。

3土壤混凝土的力学性能

3.1土壤混凝土的抗压强度

混凝土抗压能力强，而抗拉能力极差，所以在设计中，通常只考虑混凝土的抗压性能。对土壤混凝土而言，由于其缺乏常规混凝土的砂石粗骨料，因为其抗压强度通常较低，而且养护后的抗压强度也增长缓慢。抗压强度主要与粘性土和大麻纤维有关。据相关的研究表明：随着大麻纤维和粘性土比例的增加，试验混凝土的抗压强度降低，这可能与土壤混凝土孔隙率的增加有关。纤维对抗压强度有轻微的负面影响，也可能是由于密度较低，通过引入孔隙和不连续而改变了土体混凝土的结构和孔隙分布。

3.2土壤混凝土的收缩性

混凝土的收缩性能与混凝土的物理散热性能相关，会影响混凝土后期的强度和混凝土裂缝的发展，会导致混凝土耐久性的下降。研究表明：土壤混凝土的收缩性随粘性土比例的增加而增大，干缩率随着粘性土比例的增加而增大。当粘性土含量为40%时，干缩率是0的粘性土干缩率的5~6倍。纤维掺量1.2%对0、20%粘性土的收缩幅度影响不大。然而，对于粘性土含量为40%的混合料，由于孔隙率的变化改变了蒸发速率，从而导致收缩速率显著增加，干缩幅度也随之增大。

3.3土壤混凝土的耐久性

土壤混凝土的耐久性关系到建筑工程的使用寿命，因此有必要对土壤混凝土的耐久性进行相关的介绍，并总结相应的结论。和耐久性关系最紧密的是混凝土的孔隙率和吸水率。耐久性试验表明，孔隙率和吸水率随着粘性土比例增加而增大。掺入大麻纤维可以降低混凝土的密度，改善混凝土的热学和声学性能，使粘性土含量为20%的混凝土的吸水率提高9%左右。通过振捣也可以提升混凝土的密实性。

4结论

通过对土壤混凝土的介绍及对土壤混凝土的力学性能进行的分析，得出如下结论：（1）土壤混凝土是一种绿色混凝土，但是其强度较低，需要提高振捣技术来增强土壤混凝土的抗压强度。（2）土壤混凝土具有取材方便，耗能小的优点，建议在实际工程中采纳土壤混凝土，减少水泥的使用量。（3）通过改变黏土和大麻纤维的含量，可以改善土壤混凝土的力学性能，但是需要进行专门的试验研究，得到最优的配合比，可满足工程需要。

参考文献

［1］张永亮，李永池，赵凯，等.土壤和混凝土复合靶抗侵彻问题中的本构参数优选和数值模拟［J］.防护工程，2017（04）：49-53.

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［3］李小雷.土壤混凝土分层介质中爆炸的数值模拟［D］.北京：国防科学技术大学，2006.

［4］张攀.新型混凝土内养护剂的应用研究［J］.新型建筑材料，2020，47（3）：75-77+87.

作者：张斌斌 秦原 谢刚 单位：江西省建筑材料工业科学研究设计院