粉煤灰对高强混凝土早龄期力学性能与自收缩的影响.pdf

浙江建筑 ， 第 3 3卷 ， 第 7期 ， 2 0 1 6年 7月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n ， V o 1 3 3 ， N o 7 ， J u 1 2 0 1 6 粉煤 灰对 高强混凝 土早龄期 力学性能 与 自收缩 的影 响 I n f l u e n c e o f t h e F ly a s h t o t h e Me c h a n ic a l Pr o p e r t y a t t h e E a r l y Ag e a n d Se lf - Co n s t r ic t io n f o r t h e Hi g h - S t r e n g t h Co n c r e t e c 刘 东京 ， 杨 杨 ， 倪彤 元 。 ， 魏 洪 刚 L I UDo n g j i n g ，Y ANG Y a n g 一，NI T o n g y u a n ，WE IHo n g g a n g ( 1 浙江工业大学建筑 工程学院 ， 浙江 杭 州 3 1 0 0 0 1 4； 2 浙江省工程结构 与防灾减灾 技术研 究重点实验室 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 4； 3 浙 江工业 大学化学工程与材料学 院， 浙 江 杭州 3 1 0 0 1 4； 4 浙 江华 威建材集团 。 浙江 杭州 3 1 0 0 1 8 ) 摘要 ： 以 0 3水胶 比的高强 混凝 土为对象 ， 通过对不 同粉 煤灰掺 量( O 、 1 0 ， 2 0 、 3 0 ) 混凝 土实 验 ， 考察 了粉煤 灰掺量 对高强混凝土早龄期力 学性 能和 自收缩特性 的影响 。结果表 明 ： 与普通混凝土相 比， 粉煤灰高强混凝 土的强度 会在更早 的龄期得 到弥补 ； 粉煤灰高强混凝 土抗压 强度、 劈裂抗拉 强度 、 拉 伸弹模 的发展 速率 随龄期 的变化 规律基 本相 同， 粉煤灰 掺量 的影 响不 明 显 ； 粉煤灰对混凝土 自收缩 ， 尤其是 早龄期 自收缩有 明显 的抑制作用 ， 并且 掺量越大 ， 抑制作用越明显 。 关键词 ： 高强混凝土 ； 粉煤 灰； 早龄期 ； 力学性能 ； 自收缩 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 8 3 7 0 7 ( 2 0 1 6) 0 7 0 0 4 80 4 随着 混凝 土 技 术 的发 展 和 建 筑 业 发 展 的需 求 ， 高强混凝土得到越来越广泛 的应用 。由于高强混凝 土的制备通常以降低水胶 比或掺人外加剂 、 矿物掺 合料等方式获取 ， 使得其 内部结构 与普通混凝 土 不 同。主要表现在 ， 高强混凝土 的早期水化较普通 混凝土更为剧烈 ， 早龄期 的力学性能 的发展及 自收 缩 特性 与 普通 混凝 土 差异 明显 。 另一方面 ， 粉煤灰作为矿物掺合料在混凝土 的 发展过程 中起着越来越重要的作用 ， 普通混凝土 中 掺加粉煤灰已成为常规技术。通常认为粉煤灰会 降 低普通混凝土的早期强度 和发展 速度 ， 但粉煤灰 及 其 掺量 对 高强混 凝 土早 龄 期力 学性 能 和 自收缩 的 影 响还 未 得 到深入 研 究 。 本 文 以 0 3水胶 比的 高强 混 凝 土 为 研究 对 象 ， 通过对不 同粉 煤灰掺量 ( 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 ) 的 高 强混 凝 土 的试验 研 究 ， 考 察 粉 煤 灰 掺 量 对 高 强 混 凝土早龄期力学性能( 抗压强度、 劈裂抗 拉强度 、 拉 伸 弹模 ) 和 自收缩 特性 的影 响 并分 析其 规 律 。 收稿 日期 ： 2 0 1 6 0 3一 O 1 作者简介 ： 刘东京 ( 1 9 8 9 一 ) ， 男 ， 河南商丘人 ， 硕士在读 。 1 实验材料及方 法 1 1 原材 料及 混 凝 土配合 比 研究中所用的实验材料均 由浙江华威建材集团 提供 ， 原材料的物理性质见表 1 ， 粗细骨料均 以饱 和 面干状态计算 。混凝土配合 比见 表 2 ， 表 中同时给 出了混凝土拌合 特性。混凝土水胶 比为 0 3， 粉煤 灰掺量分别为 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 ； 为 了达 到 良好 的工作性 ， 配制过 程 中加入 聚羧酸 高效减水 剂 ， 以控制其坍落扩展度在 ( 5 5 02 0 ) m m。 表 1原 材 料 基 本 物 理 性 质 原材料 性质 水 泥( c) 1 0 。 。 k 4 2 5 ， 级 普 通 硅 酸 盐 水 泥 表 观 密 度 细 骨 料 (s ) 辈 模 数 _ 表 观 密 饱 和 粗骨 ) 馒 一 高效减水剂( S P ) 聚羧 酸系高效减 水剂 ， 减水率 2 5 I I细 豁 性 荔 r F A、 F Ill 船 豁 茁 第 7期 刘东京等： 粉煤灰对高强混凝土早龄期力学性能与自收缩的影响 4 9 注 ： B=F A+C； A=S+G， 它们代表 的意思 见表 1 。 1 2 实 验 方 法 混凝 土 强度 试件 采 用 尺 寸 1 0 0 fi l m 1 0 0 m m 1 0 0 mm， 自收 缩 试 件 尺 寸 为 1 0 0 mm 1 0 0 m m x 4 0 0 l n m。混凝 土 入 模 后 ， 即 转 移 至 温 度 为 ( 2 0 1 ) o C、 相 对湿 度 ( R H) 为 ( 6 04 - 5) 的养 护 室 中 ， 并 同时覆 盖 塑 料 薄 膜 以及 潮 湿 无 纺 布 来 阻 止 水 分 逸 散。试件养护至混凝 土龄期 为 1 d左 右拆 模 ， 拆模 后立 即依次用塑料膜 、 铝箔胶带密封 ， 至预设测量龄 期。 自收缩通过高精度位移传感器 以及数据采集仪 龄期 d a ) 抗压强度经时变化 进行测量 ， 起测龄期为 1 2 h ， 测定时间间隔为 1 h 。 2实验 结果分 析 2 1 粉 煤灰 对 高强 混凝 土早龄 期基 本 力学性 能 的 影 响 2 1 1 粉煤灰对高强混凝土早龄期强度的影响 因本 研究 采用 1 0 0 m m1 0 0 mm1 0 0 m m 混凝 土试件为非标准试件 ， 故实验所测强度值需相应修 正 ， 修正后的强度试验结果见图 1 、 图 2 。 0 4 8 1 2 1 6 2 O 2 4 2 8 龄期 d b ) 抗压强度发展速率 图 1 各掺量 粉煤灰混凝土抗压强度经 时发展及速率 比较 龄期 d 龄期， d a ) 劈裂抗拉强度经时变化 b ) 劈裂抗拉强度发展速率 图 2 各掺量粉煤灰混凝 土劈 裂抗 拉强度经时发展及速率 比较 由图 1 a ) 及 图 2 a ) 可 见 ， 无 论是 抗压 强度 还 是劈 裂抗拉强度 ， 由于粉煤灰的掺入 ， 与不掺者相 比均表 现为 强度 的 降低 ， 并 且 随粉 煤 灰 掺 量 的 增 大 强度 降 低明显， 尤其是劈裂抗拉强度 。但是 ， 如 图 1 b ) 及 图 8 4 0 一 p ， B 皇 ) 姗幽 鹱 暑、 骥出 一 萼 、 毯隈鞭 硪欹 B d W， 骥 碟赫 5 0 浙江建筑 2 0 1 6年第 3 3卷 2 b ) 可见 ， 就强度 的发展速率而言 ， 在本研究的高强 混凝土粉煤灰掺量 3 0 的范围内， 粉煤灰掺量 的影 响并不 明 显 ， 强 度 发展 速率 与龄 期关 系基 本相 同 ， 几 乎 处 于同一 曲线 。 由 图 中可 知 ， 混 凝 土 强 度 发 展 都 是 在 3 d之前 完成 绝 大部 分 ， 随着 龄期 的发 展 ， 增 长 速率越来越小 ； 并且从 强度发展速率 图中也可 以看 出， 高掺量粉煤灰混凝土 1 4 d左右 的强度发展速率 呈 现 出高 于低掺 量 粉 煤 灰 混 凝 土 ， 甚 至 高 于 不 掺 粉 煤灰的混凝土。因此 ， 可以认为 ， 尽管粉煤灰会 限制 塞 螽 高强混凝土早龄期 的强度发展 ， 但 是强度 比普通 强 度的粉煤灰混凝土会 在更早 ( 龄期 1 4 d前后 ) 得 到 弥补。其原 因可能和粉 煤灰 引起 的二次水 化 以 及微 集料 作用 有关 。 2 1 2 粉 煤灰 对 高 强 混 凝 土早 龄 期 拉 伸 弹性 模 量 的影 响 混凝土的拉伸弹性模量采用 1 0 0 m m1 0 0 m m x 4 0 0 m m棱柱体试件 ， 在本研究 团队 自行设计 的拉伸 徐变装置上进行直接拉伸获得 ， 结果见图 3 。 J lJ d a d 胡萍性模量经时变化 b ) 弹性模量发展速率 图 3 各掺量 粉煤 灰混凝土拉伸弹性模 量经时发展及速率 比较 由图 3 a ) 可知 ， 粉煤 灰掺 量不 超 过 2 0 时 ， 粉煤 灰对拉伸弹性模量的影响相 比于抗压强度和劈裂抗 拉 强度 而 言都要 小 ， 并且在 龄期为 7 d时 已与不 掺粉 煤灰的混凝土基本相同。但掺量 3 0 时影 响较大。 如图 3 b ) 所示。 从拉伸弹性模量速率发展 曲线上也可 以看出与抗压强度及劈裂抗拉强度相似的规律。 2 2粉 煤 灰掺 量 对 HP C 自收缩特 性 影 响分析 混 凝 土 自收缩 是指 在恒 温 绝热 条件 下 由于胶 凝 材料 的继续水化引起 自干燥而造成的混凝 土宏观体 积 的减 少 。随 着混 凝 土 的发 展 ， 各 种 高 性 能 混 凝 土相继出现 ， 水灰 比降低 、 外加剂 的使用、 矿物掺合 料的普及都对混凝土 自收缩尤其是早期的 自收缩产 生了很大的影响 ， 使得混凝 土 自收缩成为影响其裂 缝发展 的很重要 的一个 因素 。粉煤灰掺量分别为 O 、 1 0 、 2 0 的高强混凝 土 自收缩 实验结果 见 图 4 。 耋 皿 0 - 5 0 -1 0 0 1 5 0 - 2 0 0 -2 5 0 3 0 O - 3 5 0 4 O O 自收缩 的测量 起 始点 为 0 5 d龄期 ， 持 续 至 2 8 d 。 由图 4可 明显 看 出 ， 粉 煤 灰 对 混 凝 土 的 自收 缩起到抑制作用 ， 并且随着粉煤灰的掺量增加 ， 对 自 收缩的抑制 也就更为 明显。这 种作用不仅 表现 在 2 8 d的总收缩值 ， 掺粉煤 灰 0 、 1 0 、 2 0 在 2 8 d 的收缩值分别为 4 2 6 、 3 4 5 、 3 2 5 8 ， 依次减小 ； 在 自收 缩变化最为迅 速的早龄期起 到的抑制作 用更为 明 显 ， 如 1 d时 ， 掺粉煤灰 0 、 1 0 、 2 0 的混凝 土 自 收缩值分别为 1 6 3 、 6 0 、 3 5 s ， 其 中掺人粉煤灰 1 0 的混凝 土 1 d收缩值 较基 准混凝 土减 少 了 6 3 ； 2 0 粉 煤 灰混凝 土 减少 了 7 8 ， 这 对 高 强 混 凝 土 早 期 开 裂控 制有 很大 的 帮助 。 3 结 语 在 本 研 究 粉 煤灰 掺 量 的范 围 内可 得 出如 下 结 论 ： 1 ) 粉煤 灰高强混凝土 的早期强度尽 管 由于 粉 煤灰 的掺人会受到影响 ， 但强度发展都是在 3 d之 前完 成绝 大部 分 ， 而且 与普 通 混凝 土相 比 ， 掺粉 煤 灰 的高 强混 凝 土的强 度会 在 更早 的龄 期得 到 弥补 。 2 ) 粉煤 灰高 强混凝 土抗 压 强度 、 劈 裂抗 拉 强 度 、 拉 伸 弹模 的发 展 速 率 随 龄期 的 变 化规 律 基 本 相 同 ， 粉煤灰掺量的影响不明显。 一 p ， 0 醑蕈 f 教晕 第 7期 刘东京等： 粉煤灰对高强混凝土早龄期力学性能与自收缩的影响 5 1 ( 上接 第 4 3页 ) 泥 、 同一批 黄砂 ， 不 同分 项工 程 所用 原材 料也 应尽 可 能消 除色差 ， 水 泥选 用 同一 厂家 、 同一 品种 ， 黄砂 、 石 子选用 同一产地。脱膜剂选用新鲜机油 ， 不采用废 机油 ， 以免污染混凝土表面。 钢筋绑扎时 ， 钢筋弯钩必须 向内， 所有绑扎铅丝 折 向里边 ， 防止外露污染表面。 3 ) 严格控制水灰 比， 拌 和站必须根据经监理 工 程 师批 准后 的配 比施 工 ， 由 于砂 的 含 水 量 变化 易 引 起水灰 比及坍落度变化 ， 所 以必须增加黄砂的含 水 量测定 ， 每工作班不少于 3次 ， 据此控制好水灰 比。 4 ) 采取挂串筒的混凝土入仓措施 ， 限制落料 高 度不 超过 2 m， 以 免 混凝 土 浆 飞 溅 至 模 板 表 面 时 间 过长硬化引起麻 面。在浇筑 闸墩部位时 ， 每班派专 人对 模板 表 面进行 检 查 ， 及 时 清除 飞溅 混凝 土 。 5 ) 模板接缝处填加橡皮条 ， 橡皮条需用胶先贴 于一 侧模 板 上 ， 不 能 突 出模 板 内侧 ， 避免 因接缝处 漏 浆使表面 出现麻面， 对拉螺栓外套无缝钢管 ， 防止螺 栓处 产生 麻 面 。 6 ) 合理布点 ， 确保下料均匀 ， 对于布料死角区 ， 采 用人 工 二次 倒运 ， 严 禁用振 动棒平 仓 ， 必须 按规 定 均匀插点振捣 ， 不得漏振 ， 不得过振。 7 ) 若浇筑中混凝土产生泌水 ， 则在下一层混凝 土浇筑前 ， 及时清除。每班派专人进行此项工作。 8 ) 对于预 留螺 栓洞孔 的表面修 补 ， 派 专人 进 行。每个洞孔修补前 ， 必须凿毛且尺寸形状一致 ， 深 约 2 0 1 1 r I 1 的修补面。修补时先撒水湿润 ， 然后用专 门配制的砂浆修补 ， 修补后做到与混凝土表面颜色 基 本一 致 ， 表 面光 滑 ， 不 收 缩 开 裂 ， 达 到 观 感 美 观 的 效 果 。 9 ) 防止混凝土表面错 台措施 。 加强模板的刚度及整体性 。中墩圆头钢模与钢 框竹胶大模采用螺栓连接 。闸墩工程均采用一次立 模 到顶 ， 一次 浇筑 混凝 土施 工措 施 ， 可避 免混 凝土 错 台产生 。 对部分确需分段浇筑的外模一次立模到顶 ， 按前 一 段浇筑标高在外模上钉一水平三角条， 混凝土浇筑 后拆除， 确保接缝水平。在后一段混凝土浇筑时将接 缝处外模板紧固， 使模板紧贴已浇混凝土表面。对于 排架柱 ， 专 门加工定型钢模 ， 不使用普通组合模板 ， 模 板加固不用对拉螺栓， 使用组合加 固方案。 5 结 语 小潮 河 闸 混 凝 土 主 体 工 程 于 2 0 1 5年 1 0月 至 2 0 1 6年元月浇筑完成 ， 浇筑完成闸墩及上下游翼墙 的外 观质量 良好 ， 参 照 水 利 工 程 质 量 施 工 质 量 检 验与评定规范 ( D B 3 2 T 2 3 3 4 -2 0 1 3 ) 外 观质量评 定 标 准 ， 本 工程 混凝 土 工 程 外 观 质 量 全部 评 为 优 良 等 级 。 参 考 文 献 1 宋力 ， 林方伟 浅谈水利混凝土工程 外观质量通病 及防治措施 J 江苏水利 ， 2 0 1 3 ( 9 ) ： 2 7 2 8 2 江苏省水利厅 DB 3 2 T 2 3 3 4 -2 0 1 3水利工程质 量施 工质量检 验与评定 规范 S 南京 ： 江苏人 民出版社 ， 2 0 1 3 3 兰旭珍 混凝 土外观质量控制的工艺措施 J 西部 探矿工程 ， 2 0 0 6 ( 5) ： 6 56 6