粉煤灰掺量对混凝土抗裂性能的影响

2018-08-31钱国林

建材世界 2018年4期

张林，钱国林

(浙江天地环保科技有限公司，杭州 310000)

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要有温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料使用不当，养护不到位，基础不均匀沉降等[1-3]。混凝土硬化期间胶凝材料水化放出大量水化热，内部温度不断上升，混凝土由内及外产生温度梯度差，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝[4-6]。论文通过混凝土绝热温升和刀口抗裂试验研究不同粉煤灰掺量对于混凝土抗裂性能的影响。

1 试验

1.1 原材料

水泥：采用红狮P O42.5水泥，物理力学性能指标见表1。

粉煤灰：采用浙江天地环保科技有限公司嘉兴分公司Ⅱ级粉煤灰，化学成分见表2，物理力学性能指标见表3。

河砂细度模数2.5，级配良好； 5～25 mm连续级配碎石，吸水率0.9%，压碎值8.5%，针片状含量6.5%；聚羧酸减水剂，固含量20%，减水率23.2%，引气量3.5%。

表1 水泥的物理力学性能

参照《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)。

表2 粉煤灰化学成分 w/%

表3 粉煤灰物理力学性能指标

参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596—2016)。

1.2 试验配合比

试验采用C35和C45两个混凝土配合比，粉煤灰掺量分别为10%、20%、30%，见表4和表5。

表4 C35混凝土试验配合比

表5 C45混凝土试验配合比

1.3 试验方法

绝热温升试验采用舟山市博远科技开发有限公司的BY-BTC/B(B)型混凝土热物理参数测定仪，由绝热试验箱、绝热温升试样桶与比热容试验桶等组成，具有混凝土绝热温升、比热容测定功能，还具有高精度恒温试验箱和高精度模拟环境温度测试箱扩展功能，试验温度：5～80 ℃；绝热温度跟踪：小于±0.1 ℃，10～80 ℃。

混凝土早期开裂试验依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082—2009)进行。试件采用尺寸为800 mm×600 mm×100 mm的平面薄板型标准试件，2个试件为一组。

2 结果分析

2.1 混凝土的绝热温升

混凝土绝热温升试验有助于了解其放热历程，从而为混凝土不同时段的温控提供参考。影响混凝土绝热温升的因素包括：浇筑温度、水泥品种及用量、掺合料品种及用量。该次研究主要为了探讨不同粉煤灰掺量对混凝土绝热温升的影响，进一步分析粉煤灰掺量对混凝土抗裂性的影响。分别测试了粉煤灰掺量为10%、20%、30%C35混凝土及C45混凝土初期、1 d、3 d、7 d、14 d、28 d、60 d、90 d的绝热温升。C35混凝土不同试验龄期的绝热温升结果见表6，C45混凝土不同龄期的决温升试验结果见表7。

表6 C35混凝土绝热温升 /℃

粉煤灰的掺入可以减少水泥用量，从而降低发热量很大的C3A和C3S的数量，降低胶凝材料的水化热，因此掺加粉煤灰可以降低混凝土的绝热温升，有利于减小温度应力。由表6试验结果可知，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土绝热温升在各个龄期都有不同程度的下降，在7 d龄期，等胶凝材料用量条件下，未掺粉煤灰的FD1的绝热温升为65.2 ℃，掺30%粉煤灰的FD4的绝热温升为48.2 ℃，较FD1降低17 ℃(26.1%)，降低效果非常明显。

表7 C45混凝土绝热温升 /℃

由表7试验结果可知，高强度等级的混凝土绝热温升规律与低强度等级混凝土类似，均是随着粉煤灰掺量的增加，混凝土绝热温升逐渐降低，且降低幅度越来越大。在7 d龄期，等胶凝材料用量条件下，未掺粉煤灰的FG1的绝热温升为69.9 ℃，掺30%粉煤灰的FG4的绝热温升为55.6 ℃，较FG1降低14.3 ℃(20.4%)。

因此，粉煤灰的掺入可大幅降低混凝土结构的绝热温升，且降低幅度随着掺量的增加越加明显，减少温度应力对混凝土墩身带来的潜在开裂风险。

2.2 混凝土的早期开裂敏感性

在混凝土处于塑性状态时，混凝土的抗拉强度很低，当表面张力大于混凝土的抗拉强度时，则产生塑性收缩裂缝。混凝土塑性收缩裂缝是发生在混凝土凝结之前的收缩变形，在实际工程中，许多裂缝问题都属于混凝土早期开裂。刀口约束法早期抗裂试验，主要测定混凝土的早期24 h内塑性收缩和干燥收缩引起的开裂。C35混凝土和C45混凝土早期开裂试验结果见表8。

表8 混凝土早期开裂

由表8早期开裂试验结果可知：纯水泥组混凝土单位面积内开裂面积最大，掺加粉煤灰可以减小混凝土单位面积内开裂面积，且随着粉煤灰掺量的增加开裂面积逐渐减小，C35混凝土纯水泥组总开裂面积为621.5 mm2/m2，掺加30%粉煤灰组混凝土总开裂面积为370.2 mm2/m2，减小了40%；C45混凝土纯水泥组总开裂面积为650.2 mm2/m2，掺加30%粉煤灰组混凝土总开裂面积为396.5 mm2/m2，减小了39%，可见掺加粉煤灰对混凝土开裂的抑制作用对于不同强度等级混凝土是一致的。这主要是因为：混凝土表面及内部湿度的降低是导致混凝土早期塑性收缩产生的主要原因，粉煤灰的掺入延缓了胶凝材料体系的水化速率，延缓了因化学结合水的减少而导致的混凝土内部湿度降低的趋势，粉煤灰按照一定比例掺配，优化了混凝土的工作性，减少了混凝土的离析、泌水，增加了混凝土的保水性，使混凝土内部湿度能够更长时间保持。