矿物掺合料对低水胶比水泥基材料塑性开裂的影响
2018-01-28周娜韩文辉
周娜 韩文辉
摘 要:为了解矿物掺合料对低水胶比水泥基材料塑性开裂的影响,本文采用了平板约束法和图像分析技术进行研究, 结果显示:掺入粉煤灰或矿渣能够有效增强低水胶比水泥基材料的抗塑性开裂能力,从而显著降低开裂风险,预防塑性 开裂;而硅灰的掺入则会明显促进低水胶比水泥基材料塑性开裂,使裂缝面积及宽度大大增加。
关键词:矿物掺合料 低水胶比水泥基材料 塑性开裂 影响
中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2018)07(a)-0040-02
随着高强混凝土在各类建筑工程中的广泛应用,其的一些缺点也逐渐显现出来,而最大的缺点莫过于高强混凝土结构物容易开裂,特别是在早期最容易开裂。对于混凝土来说,其往往在新拌状态下呈现出表面经常失水速率过快的情况,直到比内部水向表面迁移的速率还要更快的时候,其毛细管中就会形成一种负压,这种负压会促使浆体发生塑性收缩,引起塑性开裂。对于高强混凝土来说,其在制备中,采用的是低水胶比,同时还大量使用了高胶凝材料和超细活性掺合料,所以早期收缩变形非常特别。本文主要采用了两种方法:平板约束法和图像分析技术,深入研究了矿物掺合料对低水胶比水泥基材料塑性开裂的影响。
1 材料与方法
1.1 材料
在本次试验中,主要采用了以下几种材料:密度在3.17g/cm3左右、比表面积在388m2/kg左右的水泥材料;密度在2.33g/cm3左右、比表面积在415m2/kg左右的I级粉煤灰;密度在2.84g/cm3左右、比表面积在404m2/kg左右的S95级磨细矿渣;密度在2.09g/cm3左右、比表面积在22000m2/kg左右的硅灰;模数为2.6的洁净中砂、洁净胶凝材料。具体的胶凝材料的成分详见表1。
1.2 配合比
在本次试验中,砂胶比为1.2,固定砂浆水胶比为0.2。粉煤灰掺量分别为10%、30%、50%,矿粉掺量分别为10%、30%、50%,硅灰掺量分别为10%、20%、30%,考察在以上不同情况时对低水胶比水泥基材料塑性开裂的影响。具体配合比详见表2。
1.3 试验方法
1.3.1 塑性开裂试验
在具体的塑性开裂试验,采用的方法是平板约束法。先搅拌好浆体,然后将之在模具中浇筑成型,取一个碘钨灯,将浇筑成型后的样本置于灯下照射。将风扇打开,调节风速3m/s。在热和风的作用下,砂浆表面的水分会渐渐蒸发,直到比内部水向表面迁移的速率还要更快的时候,其毛细管中就会形成一种负压,这种负压会促使浆体发生塑性收缩,引起塑性开裂。认真观察并记录下发生塑性开裂的时间,并在开裂6h后测量裂缝面积及宽度。
1.3.2 裂缝宽度的定量表征
采集裂缝图像,运用图像分析技术进行分析,并通过WEIBULL分布函数对裂缝宽度情况进行分析。WEIBULL宽度表达式为:
以上均是塑性裂缝特征和分布的重要指标。其中,裂缝潜在系数影响着出现裂缝的几率;尺度参数影响着平均裂宽,其的降低会导致裂缝宽度减小;分布图形的形状参数影响着分布曲线的形状,其的降低会导致裂缝宽度分布扩大。前两者可作为评价裂缝宽度的主要指标,后者可作为辅助指标。
2 试验结果与分析
分别研究了10%、30%、50%粉煤灰掺量、10%、30%、50%矿渣掺量、10%、20%、30%硅灰掺量对低水胶比水泥基材料塑性开裂的影响,不同情况下塑性裂缝宽度分布及特征参数详见表3。
2.1 掺入粉煤灰对塑性开裂的影响
当粉煤灰掺量为10%时,裂缝面积从47.5mm2增加到了49.3mm2,裂缝宽度从0.30mm增加到了0.31mm。可见少量的粉煤灰掺量只略微增加了塑性开裂程度;而随着粉煤灰掺量的不断提高,其优异的抗塑性开裂效果逐渐显现出来,当粉煤灰掺量达到30%和50%时未出现塑性开裂。粉煤灰的掺入,明显地降低了裂缝潜在系数和尺寸参数,换言之增强了抗塑性开裂能力;同时还降低了分布图形的形状参数,换言之减小了裂缝宽度分布范围。原本当失水速率比内部水向表面迁移的速率还要更快的时候,其毛细管中就会形成一种负压,这种负压会促使浆体发生塑性收缩,引起塑性开裂;而粉煤灰的掺入减小了失水速率,因此可以抑制混凝土早期的塑性收缩,达到预防塑性开裂的目的。
2.2 掺入矿渣对塑性开裂的影响
当矿渣掺量为10%时,裂缝面积从47.5mm2减小到了21.5mm2,裂缝宽度从0.30mm减小到了0.17mm;当矿渣掺量为30%时,裂缝面积从47.5mm2减小到了19.2mm2,裂缝宽度从0.30mm减小到了0.12mm;当矿渣掺量为50%时,裂缝面积从47.5mm2减小到了10.2mm2,裂缝宽度从0.30mm减小到了0.12mm。可见裂缝潜在系数和尺寸参数随着矿渣掺量的增加而逐渐降低。这意味着,矿渣的掺入在很大程度上增强了抗塑性开裂能力;同时还降低了分布图形的形状参数,减小了裂缝宽度分布范围。同样,其原理也是由于矿渣的掺入减小了失水速率,因此可以抑制混凝土早期的塑性收缩,达到预防塑性开裂的目的。
2.3 掺入硅灰对塑性开裂的影响
当硅灰掺量为10%时,裂缝面积从47.5mm2增加到了77.6mm2,裂缝宽度从0.30mm增加到了0.49mm;当硅灰掺量为20%时,裂缝面积从47.5mm2增加到了119.8mm2,裂缝宽度从0.30mm增加到了0.74mm;当硅灰掺量为30%时,裂缝面积从47.5mm2增加到了89.1mm2,裂缝宽度从0.30mm增加到了0.62mm。可见硅灰的掺入会增加塑性开裂程度,增加裂缝面积及宽度。不过,当硅灰掺量为30%时的开裂程度低于掺量为20%时,这是因为当硅灰掺量较高时,砂浆不易密实成型,表面不易抹平,致使模具两端钢筋周围产生裂缝,但这些裂缝不在有效区,所以在实际处理时没有计入。硅灰的掺入增加了裂缝潜在系数和尺寸参数,因此掺入硅灰会增大塑性开裂风险。
3 结语
综上所述,掺入粉煤灰或矿渣能够有效增强低水胶比水泥基材料的抗塑性开裂能力,从而显著降低开裂风险,预防塑性开裂;而硅灰的掺入则会明显促进低水胶比水泥基材料塑性开裂,使裂缝面积及宽度大大增加。
参考文献
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