液态粉煤灰干缩特性的试验研究

叶　强，李鸿运

(1. 天津高速公路集团有限公司，天津　300384；2. 河北工业大学，天津　300401)



液态粉煤灰干缩特性的试验研究

叶强1，李鸿运2

(1. 天津高速公路集团有限公司，天津300384；2. 河北工业大学，天津300401)

摘要：为了明确液态粉煤灰材料的干燥收缩特性，通过试验，系统分析了影响液态粉煤灰干缩特性的主要因素及其变化规律，试验结果表明，液态粉煤灰的干缩系数随含水量和水泥含量的增加而增大，干缩速率随着液态粉煤灰龄期的增加而减小。

关键词：路基工程；液态粉煤灰；干缩系数；含水量；试验

1试验方法

1.1原材料特性及试件尺寸

本次试验采用军粮城热电场出产的粉煤灰，其比表面积和有效成分均满足要求。水泥采用P.O.32.5普通硅酸盐水泥，外加剂为高效羧酸减水剂。参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)的相关方法，制作50 mm×50 mm×200 mm的液态粉煤灰试件，准备测定其干缩特性。

1.2试验方法

由于液态粉煤灰材料的强度较低，成型早期很难准确测定试件的长度变化，故将成型后的试件连同试模标准养护7 d后拆模，在温度(20±2)℃，相对湿度(60±5)%的养护室内静置5 h后测定其初始长度，然后在此条件下分别测定第7 d、14 d、21 d、28 d、56 d、90 d时的试件长度，以干缩值和干缩率来表征液态粉煤灰材料的干缩特性。

混合料干燥收缩值和收缩率可按式(1)和(2)计算：

Δt=L0-L

(1)

(2)

式中：Δt、γt为相应为t天(7、14、21、28、56、90 d)时的收缩值和收缩率；L0为试件成型后7 d的长度，即初始长度，mm；Lt为相应为天(7、14、21、28、56、90 d)时试件的实测长度，mm；L为有效长度，L=200 mm。

2试验结果与分析

2.1含水量对液态粉煤灰干缩特性的影响

显而易见，在液态粉煤灰混合料当中，水的掺入量越大，其流动性越强，施工越方便；但是，其工后由于水的蒸发而产生的收缩变形越大，因此，需要系统研究水的掺入量对液态粉煤灰混合料收缩特性的影响，以期合理控制混合料的含水量，控制和减小液态粉煤灰混合料的收缩率。现以水泥与粉煤灰比例为8∶92、减水剂1%的液态粉煤灰混合料为例，来说明水的掺入量对液态混合料干缩特性的影响，不同含水量时，液态粉煤灰混合料的干缩值与干缩率测试结果分别如表1和表2所示。

表1　液态粉煤灰的干燥收缩值

表2　液态粉煤灰的干燥收缩率

从干缩试验结果可以看出，液态粉煤灰的干燥收缩率约为轻质混凝土的2倍，小于泡沫轻质土(90 d龄期时收缩率约为1.8 mm/m)等流动自成型轻质材料，在其填筑路基时，随着水分的流失，需要预防收缩开裂现象，但是，伴随着收缩的发生，张拉徐变也变大，对因收缩引起的开裂有一定程度的缓解作用，确定是当水掺入量的液态粉煤灰可以控制其收缩开裂的程度，满足填筑高速公路扩建路基的要求。

液态粉煤灰材料的干缩率随含水量的变化情况如图1所示。

图1　液态粉煤灰干缩率随含水量的变化曲线

从图1可以看出，液态粉煤灰的干缩率随着含水量的提高而增大，即：含水量越大，混合料的收缩率越高，越容易产生干缩开裂现象。不同龄期的混合料随含水量的变化趋势相似，当含水量大于45%时，液态粉煤灰的收缩量随含水量的增长速度明显增大，因此，在满足液态粉煤灰施工流动性的情况下，混合料的含水量宜取低值，含水量不宜大于45%。

2.2龄期对液态粉煤灰干缩特性的影响

从表1和表2中也可以得知，在含水量和其它材料相同的情况下，液态粉煤灰材料的干燥收缩速率在成型试件后的不同时期具有不同的情况，混合料干燥收缩率随龄期(拆模后的时间)的变化曲线如图2所示。

图2　液态粉煤灰干缩率随龄期的变化曲线

从图2可以看出，液态粉煤灰混合料试件在14 d龄期之前，收缩速率较快，而28 d之后趋于稳定，收缩速率明显降低。相对而言，前28 d完成的收缩值占90 d龄期收缩值的92%～94%，而7天龄期时的收缩值占90 d龄期收缩值的75%以上，即：液态粉煤灰混合料的干燥收缩总量的3/4均在前7 d发生，这主要是因为液态粉煤灰混合料为液态混合料，其含水量较大，前期水分的蒸发流失速度很快，而随着龄期的增长，水泥、粉煤灰和水发生化学反应，形成凝胶状化合物，部分水分参加了化学反应，并使混合料形成一定的骨架。因此，需要在浇筑液态粉煤灰之后的前期做好养护工作，避免水分的过快流失而产生干燥收缩开裂。

2.3水泥含量对液态粉煤灰干缩特性的影响

在水的掺入量为40%，外加剂使用量为水泥质量的1%的情况下，通过测定不同水泥含量时液态粉煤灰试件的干燥收缩率来评估水泥含量对液态粉煤灰干燥收缩特性的影响规律，不同水泥掺量时液态粉煤灰试件的干燥收缩试验结果如表3所示。

表3　不同水泥含量时液态粉煤灰的干燥收缩率

从表3的试验结果可以看出，水泥含量越多，干燥收缩性越强，反之则越小；水泥含量从4%提高至10%时，液态粉煤灰的干缩率提高了约6.7%。同时，可以看出，水泥含量对液态粉煤灰干燥收缩性能的影响主要体现在7 d龄期之后，这主要是浇筑完液态粉煤灰之后，前期一般注意养护，同时，水泥与粉煤灰的化学反应在早期还不够深入，水泥含量的影响还未明显显现的缘故。因此，在满足混合料强度需求的情况下，为了减小干燥收缩的发生，水泥的用量尽量控制在低值。

3结论

(1)液态粉煤灰的干缩率随着含水量的提高而增大，即：含水量越大，混合料的收缩率越高，越容易产生干缩开裂现象。

(2)不同龄期的混合料随含水量的变化趋势相似，当含水量大于45%时，液态粉煤灰的收缩量随含水量的增长速度明显增大，因此，在满足液态粉煤灰施工流动性的情况下，含水量不宜大于45%。

(3)液态粉煤灰的干缩速率会随着龄期的增大而减小，液态粉煤灰混合料试件在14 d龄期之前，收缩速率较快，而28 d之后趋于稳定，收缩速率明显降低，液态粉煤灰混合料的干燥收缩总量的3/4均在前7 d发生。

(4)水泥含量越多，干燥收缩性越强，反之则越小；水泥含量从4%提高至10%时，液态粉煤灰的干缩率提高了约6.7%。在满足混合料强度需求的情况下，为了减小干燥收缩的发生，水泥的用量尽量控制在低值。

(5)水泥含量对液态粉煤灰干燥收缩性能的影响主要体现在7 d龄期之后。

参考文献：

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[4]公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009)[S]．北京：人民交通出版社，2009．

[5]刘强．高流态粉煤灰回填路基三背关键技术研究[D]．重庆：重庆交通大学，2009．

收稿日期：2016-03-22

作者简介：叶强(1979-)，男，天津人，工程师，主要从事道路与桥梁工程的建设管理与科研工作。

基金项目：天津市市政公路局科技计划项目(编号：2013-06)。

中图分类号：U414

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)06-0009-02

Experimental study on the dry shrinkage properties of fluid fly ash

YE Qiang1，LI Hong-yun2

(1. Tianjin Expressway Group Co. ,Ltd.，Tianjin 300384,China；2. Hebei University of Technology，Tianjin 300401,China)

Abstract:In order to find out the dry shrinkage properties of fluid fly ash, the main factors influencing the dry shrinkage properties of fluid fly ash and its change laws were studied systematically through experiments. The test results indicate that the dry shrinkage coefficient of fluid flay ash would increase with the water content and cement content increased. Dry shrinkage speed would decrease with the curing age increased.

Keywords:subgrade engineering；fluid fly ash；dry shrinkage factor；water content；experiment