粉煤灰对混凝土塑性收缩开裂性能的影响.pdf

1 2 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 5 期( 总第 1 4 3 期) 粉煤灰对混凝土塑性收缩开裂性能的影响 史延 田 ( 黑龙江省建筑材料工业规划设计 研究院 ， 哈尔 滨1 5 0 0 0 0 ) 【 摘要】 采用平板试验法研究水胶比和粉煤灰对混凝土塑性收缩开裂性能的影响规律。结果表明： 混凝 土塑性收缩面积随水胶比的提高而增大； 掺入粉煤灰可降低混凝土的塑性收缩， 随粉煤灰掺量的增加 ， 混凝土的 单位面积总开裂面积、 裂缝的最大宽度均明显下降， 当粉煤灰掺量达到 2 5 时， 试件开裂等级为级。 【 关键词】 粉煤灰； 混凝土； 塑性收缩； 开裂 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 1 2 0 2 塑性收缩是发生在水泥浆、 砂浆、 灰浆或者混凝 土凝结前的收缩。产生塑性收缩的原因有毛细管压 力、 塑性沉降、 早期化学收缩和 自收缩等， 其中以毛细 管压力作用为主。塑性收缩发生在混凝土处于塑性 状态期间， 持续的时间较短。影响混凝土塑性收缩开 裂的因素很多， 包括水灰比、 水泥品种、 水泥用量、 矿物 掺合料、 砂率 、 骨料、 养护条件等。粉煤灰作为矿物掺 合料在混凝土工程 中应用十分广泛 ， 基于此 ， 本文主 要研究粉煤灰对混凝土早期开裂性能的影响规律。 1 试验方案 ( 1 ) 原材料及配合比： 试验采用天鹅牌 P O 4 2 5 普硅水泥； 中砂， 细度模数 2 9 ， 含泥量 0 9 ， 级配 良 好 ； 5 2 0 m m连续级配碎石； 哈三发电厂生产的 I 级粉 煤灰 ， 性能指标见表 1 ； U N F一5高效减水剂， 减水率 2 0 。混凝土配合 比见表 2 。 表 1 粉煤灰性能指标 ( 2 ) 试 验方法 ： 众 所周 知 ， 无论 是混凝土 的温度 变化还是收缩都不会直接造成开裂， 只有混凝土的变 形受到约束 ， 产生应力才有可能出现开裂现象。各 国 学者研究混凝土早期开裂的试验方法不尽相同， 还没 有一种标准试验方法。目前主要有三种试验方法测定 混凝土的开裂平板式、 单轴型及环型。平板型约 O I 1 e fi q c i e n c y o f e l e c t r o c h e m i c a l c h l o r i d e r e m o v a l f r o m c o n c ret e 【 J J A C I M a t e r i al s J o u rna l ，2 0 O 6，1 0 3 ( 4 ) ： 2 4 3 2 5 0 3 周新刚， 张瑞丰， 韦昌芹 混凝土结构工程除氯的研究与应用 J 工程力学， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 增刊) ： 8 2 8 9 4 成立， 黄绪泉， 等 电化学除盐对混凝土微观结构的影响 J 重庆建筑大学学报 ， 2 O 0 8 ， ( 3 ) ： 1 3 8 1 4 2 束试验采用的试件为平板， 试件受到四周的约束作用； 单轴型约束试验试件为棱柱体， 约束力由两端提供； 环 型约束试验试件为圆环状， 约束力通过与混凝土环相 邻的钢环提供。本试验采用日本 Y K a s a i 教授提出的平 板试件法测试粉煤灰混凝土的早期抗裂性能。 表 2 试验用混凝土配合比 按上述配合比拌和混凝土， 每组三块， 试件尺寸 为 6 0 0 m m 6 0 0 m l T l X 7 0 m m， 与模具( 四周为 6 3 m m高的 型钢 ， 在其高度的中心处安装水平的约束钢筋， 当平 板收缩时四周受到约束) 一起浇筑成一个整体 ， 振实、 抹平后立即用塑料薄膜覆盖， 环境温度 2 0 ， 相对湿 度 6 0 ， 2 h 后将塑料薄膜取下， 用轴流风机以4 5 m s 的风速吹混凝土表面， 记录试件开裂时间、 裂缝数量、 裂缝长度和宽度等 ， 记录至 2 4 h ， 并按下列公式计算。 1 平均开裂面积： 口= 厶 ( ) ( 1 ) 5 吕忆农， 朱雅仙， 等 电化学脱盐对混凝土碱集料反应的影响 J 南京工业大学学报， 2 o 0 2 ， 24( 6 ) ： 3 5 4 0 收稿日期】 201 o O l 一 0 6 作者简介 郑秀梅( 1 9 7 6 一) ， 女， 黑龙江兰西人， 讲师， 主要从 事混凝土耐久性 研究。 史延田： 粉煤灰对混凝土塑性收缩开裂性能的影响 l 3 单位面积开裂裂缝数 目： b ： l V ( 根， ) ( 2 ) ，1 单位面积的总开裂面积： c =o b ( m n 2 ， m 2 ) ( 3 ) 式中， 厶、 为第 i 根裂缝的长度、 最大宽度， m m； 为总裂缝数目， 根； A为试验平板面积， O 3 6 m 2 。 ( 3 ) 评定标准： 试件早期抗裂性能等级的评价标 准则如下 ： 仅有非常细的裂纹 ； 平均开裂面积 ， 1 0 吼2 ； 单位面积开裂裂缝数 目1 0根， m 2 ； 单位 面积 总开裂 面积 1 0 0 m 2 。 按照上述准则 ， 将抗裂性划分为五个等级 ： I 级为 全部满足上述 4个条件 ； 级为满足上述 4个条件中 的3 个 ； 1 1 1 级为满足上述 4 个条件中的 2 个 ； 1 V 级为满 足 4 个条件中的 1 个 ； V级为 1 个也不满足。 2 试验 结果与分析 表 3 混凝土裂缝情况 表 4 混凝 土裂缝分布 根 m 由表 3 、 表 4 可见， 无论是否掺加粉煤灰 ， 混凝土 塑性收缩面积均随水胶比的提高而增大。水胶 比较 低时， 粒子之间的距离相对较小， 虽然毛细管压力较 大， 但在较小粒子间距下， 塑性收缩仅能产生相对较 小的压密作用； 且水胶 比较低时， 未水化的水泥颗粒 较多， 在颗粒间距较小时会产生有利 的中心质效应， 减少界面过渡层的薄弱环节 ， 使其更能抵抗较大的毛 管压力。水胶比较低时， 拌合物体系的整体性和粘聚 性较好 ， 产生的塑性沉降较小。因此， 在上述各种因素 的综合作用下， 水胶 比较低时， 塑性收缩裂缝宽度及 总面积均较小 J 。 当水胶比一定时， 随着粉煤灰掺量的增加， 混凝 土的单位面积总开裂面积和裂缝的最大宽度都有明 显下降， 宽度在 1 0 5 m m的裂缝条数逐渐减少， 宽度 在 0 2 m m左右的细小裂缝条数明显增多， 可见， 随着 粉煤灰的掺量增加， 混凝土的早期抗裂性有 了显著的 提高。当粉煤灰的掺量达到 2 5 时， 未出现宽度大于 0 5 m m的裂缝 ， 而是很多极微细裂纹， 主要集中在小于 0 2 m m区域 ， 裂纹方向大致与风速平行， 长度为 3 0 m m 左右， 试件开裂等级评定为 级。此外， 随着粉煤灰掺 量的增加， 混凝土的开裂时间也有了一定的延长。 粉煤灰的掺入， 降低 了水泥用量， 且粉煤灰与水 泥的水化产物 c a ( O H) 2 进行“ 二次水化” 所生成凝胶 体的速度较慢， 使混凝土的早期强度降低 ， 早期收缩 值和弹性模量也减小 ， 有利于减小早期开裂的风险。 此外， I 级粉煤灰的掺入可细化混凝土的孔结构， 孔隙 率也大大降低， 避免了连通毛细孔的形成 ， 降低了混 凝土的早期塑性收缩。 3 结语 水胶比对混凝土塑性收缩有显著影响， 塑性收缩 面积随水胶 比的提高而增大。掺入粉煤灰可降低混 凝土的塑性收缩 ， 随掺量的增加， 混凝土的单位面积 总开裂面积、 裂缝的最大宽度均明显下降， 当掺量达 到2 5 时， 主要 为集 中在小 于 0 2 m m区域的短小裂 纹， 试件开裂等级可由V级提高为级。 参考文献 1 许波， 茅艳， 王智敏 混凝土结构裂缝分析 J 煤炭工程， 2 O O 4 ，( 1 ) ： 3 1 3 2 2 王涛 ，邵正明 ，仲晓林 混凝 土塑性收缩 裂缝的影 响因素及 预防措施 J 混凝土， 2 O 0 3 ， ( 1 ) ： 5 3 5 4 3 We i S u n ， H u i s u C h e n ， X i n I a m ， H o n i n Q i an T h e e ff e c t o f h y b r i d f d r s a n d e x p a n s i v e a g e n t un t h e s I l面ll ( a g e a n d p e r m e a b i li t y 0 fh i g h p e ff o n r m n c e c o n c r e t e J C _,e e n t an d C o n c r e t e R e s e a r c h 2 0 0 1 ， 3 ( 1 ) ： 5 9 5 6 0 1 4 史小兴， 王新民 合成纤维在混凝土中的效果和机理综述 J 河南科学 ， 2 0 0 2 ，( 6 ) ： 6 2 1 6 2 5 5 杨长辉， 王川， 吴芳 水灰比对混凝土塑性收缩裂缝的影响 J 重庆建筑大学学报， 2 0 O 3 ， ( 2 ) ： 1 6 1 8 收稿 日 期】 2 0 1 0 0 3 1 5 作者简介】 史延田( 1 9 6 8 一 ) ， 男， 哈尔滨人， 高级工程师， 从事 建筑 材料研究工作 。