新型土壤混凝土的配合比和力學性能研究

江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001

1 引言

用含有一定比例各種生態成分的土壤混凝土替代傳統建筑材料有望得到快速發展。生產生態混凝土的目的是減少水泥消耗，從而減少二氧化碳的產生，也為稀缺的原材料提供更多選擇，并降低生產過程中的能源消耗。用綠色建材替代傳統的混凝土是目前建筑材料領域的研究熱點，例如含有高比例的各種生態成分的混凝土，被稱為“綠色混凝土”，同時保持著工程所需要的力學性能。因此，應鼓勵更多的使用當地的綠色材料，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性能，接下來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。土壤混凝土質地較為稀疏，其力學性能較差，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，也是導致土壤混凝土抗壓強度低的主要因素，應該控制其實用量。

沙土：沙土的中等細度為2.33，約為正常砂土的72%，沙土可以改善混凝土的抗壓強度，但是改善能力有限。

大麻纖維：大麻纖維莖由木質核心組成，具有中空開放的海綿結構，周圍環繞著韌皮纖維，屬于植物顆粒，可以作為增強材料，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滲性能。

水泥：水泥的加入可以顯著地提高土壤混凝土的力學性能，但也會導致混凝土的收縮和開裂

2.2 力學性能的影響因素

土壤混凝土的強度較低，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：當石灰摻量為1～4%時，土體的抗壓強度和滲透性顯著提高，而當石灰摻量為總質量的3～7%時，土體的抗壓強度和滲透性僅略有提高。粘性土改良性能是通過壓實來產生建筑材料的。目前，缺乏關于在混凝土中使用粘性土的知識，這些土容易產生自應力或收縮裂縫，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性能，同時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 力學性能指標

對于常規的建筑工程，在建筑材料的力學性能方面，主要關注的是混凝土的抗壓強度、收縮性、和耐久性。第三小節將從這三個方面來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

建筑結構的生態化設計和可持續發展是當今建筑業的重要課題。因此，含有一定比例的各種生態成分的土壤混凝土等替代建筑材料有望得到越來越多的發展。生產生態混凝土的目的是減少水泥消耗，從而減少二氧化碳的產生，為原材料的稀缺提供一種選擇，并降低生產過程中的能源消耗。因而土壤混凝土時一種有著良好應用前景的新型混凝土，可以因地制宜的取材，得到良好的經濟效益和環境效益。

但是土壤混凝土的力學性能較常規混凝土偏差，要想在實際工程中使用，需要對土壤混凝土的配合比進行試驗研究，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 土壤混凝土的力學性能

3.1 土壤混凝土的抗壓強度

混凝土抗壓能力強，而抗拉能力極差，所以在設計中，通常只考慮混凝土的抗壓性能。對土壤混凝土而言，由于其缺乏常規混凝土的砂石粗骨料，因為其抗壓強度通常較低，而且養護后的抗壓強度也增長緩慢。

抗壓強度主要與粘性土和大麻纖維有關。據相關的研究表明：隨著大麻纖維和粘性土比例的增加，試驗混凝土的抗壓強度降低，這可能與土壤混凝土孔隙率的增加有關。纖維對抗壓強度有輕微的負面影響，也可能是由于密度較低，通過引入孔隙和不連續而改變了土體混凝土的結構和孔隙分布。

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，會影響混凝土后期的強度和混凝土裂縫的發展，會導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。當粘性土含量為40%時，干縮率是0 的粘性土干縮率的5～6 倍。纖維摻量1.2%對0、20%粘性土的收縮幅度影響不大。然而，對于粘性土含量為40%的混合料，由于孔隙率的變化改變了蒸發速率，從而導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系到建筑工程的使用壽命，因此有必要對土壤混凝土的耐久性進行相關的介紹，并總結相應的結論。和耐久性關系最緊密的是混凝土的孔隙率和吸水率。

耐久性試驗表明，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，改善混凝土的熱學和聲學性能，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性。

4 結論

通過對土壤混凝土的介紹及對土壤混凝土的力學性能進行的分析，得出如下結論：

（1）土壤混凝土是一種綠色混凝土，但是其強度較低，需要提高振搗技術來增強土壤混凝土的抗壓強度。

（2）土壤混凝土具有取材方便，耗能小的優點，建議在實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性能，但是需要進行專門的試驗研究，得到最優的配合比，可滿足工程需要。