高掺粉煤灰碾压混凝土的抗裂性研究.pdf

2 0 1 2年 第 1 1期 (总 第 2 7 7 期 ) N u mb e r 1 1 i n2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 7 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATER J AL A ND ADM 1 N I CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 1 0 1 6 高掺粉煤灰碾压混凝土的抗裂性研究 刘冬梅 ( 三峡大学 土木与建 筑学院 ，湖北 宜 昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘要 ： 采用多个表征混凝土抗裂性 的技术指标对 高掺粉煤灰碾压混凝土 的抗裂性进 行了评定 。 结 果表明 ： 高掺粉煤 灰碾 压混凝土的 水胶比对抗裂性指标的影响不显著， 水泥用量和粉煤灰掺量的影响较大。 抗裂系数 随龄期变化的规律性不是很好。 抗裂性系数 c R 、 抗裂参 数 、 抗裂性指标 均能较好 的反映出混凝土配合 比对抗裂性 的影响 。 但抗裂性系数 c R和抗裂参 数 两个指标 的实用性更强 。 关键词 ： 粉煤灰 ；碾压混凝土 ；抗裂性 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标 志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2) 1 1 - 0 0 4 9 0 2 Re s ea r c h on t he an t i c r ac k of r ol l er c ompa c t ed c on c r e t e wi t h l a r ge con t en t s o f f l y a s h L I U Do n g - m e i ( Co l l e g eo f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n dA r c h i t e c t u r e ， T h r e eG o r g e s Un i v e r s i t y ， Yi c h ang4 4 3 0 0 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：T h e ant i c r a c k p r o p e r t y o f r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e wi t h l a r g e c o n t e n t s o ffl y a s h h a s b e e n e v a l u a t e d b y mu l t ipl e t e c h n i c a l s pe c i fic a t i o n Th e r e s e arc h r e s u l t s s h o we d t h a t ， the r a t i o of r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e wi th fl y a s h h a s n o n o t a b l e e ffe c t o n a n t i c r a c k i n d i c a t o r ， b u t the c e me n t a n d fly a s h c o n t e n t s h a ve v e r y l a r g e i n flu e n c e Th e c r a c k i n g r e s i s t a n c e c o e ffi c i e n t C R ， a n t i c r a c k pa r a me t e r ， an t i c r a c k i n de x a l l we l l r e fl e e t e dthe e ffe c t o ft h em i xp r o p o r t i o no fr o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t ewi t hl a r g e c o n t e n t so f flya s ho nan t i c r a c k， i n c o n t r a s t ， t h e c r a c k i n g r e s i s t a n c e c o e ffi c i e n t CR an d an t i c r a c k p ara me t e r we r e mo r e p r a c t i c a 1 Ke yw or ds： fl ya s h； r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e； a n t i c r a c kp r o pe r t y 0 引言 大坝混凝土作为大体积混凝土， 在凝结硬化过程中混凝土会 产生各种体积变形， 包括干缩变形、 温度变形、 自身体积变形、 碳 化收缩等， 这些变形受到约束时将会在混凝土内部产生拉应力， 当拉应力超过混凝土所能承受的极限抗拉强度时， 混凝土就会被 拉开裂。 实际工程中， 为了减少大体积混凝土开裂 ， 避免有害裂 缝的产生， 采用很多技术措施， 包括采用低热水泥、 高掺粉煤灰、 矿渣等矿物掺合料、 降低混凝土强度等级、 延长混凝土强度设计 龄期、 对混凝土进行分缝 、 分块、 限制混凝土人仓温度 、 混凝土浇 筑后采用冷水降温等。 学者们对混凝土抗裂性的研究一直不断 进行着 ， 从研究抗裂性的方法到表征混凝土抗裂性的技术指标 一 直是研究的热点。 本研究采用多个表征抗裂性的技术指标对 工程中常用的高掺粉煤灰碾压混凝土的抗裂性进行了评定。 1 高掺粉煤灰碾压混凝土的抗裂性表征指标 混凝土的抗裂性与混凝土的变形大小和抗拉强度值密切 相关 ， 表征混凝土抗裂性的指标通常都包含极限拉伸、 抗拉强 度 、 温度变形、 干缩变形等。 目前， 常用的表征混凝土抗裂性的 指标有极限拉伸值 、 热强比、 抗裂性系数、 抗裂度 、 抗裂能力指 数、 抗裂能力指数、 抗裂安全系数、 抗裂度因子、 抗裂性能指标 、 抗裂指数等。 这些抗裂性能指标中， 有些需要测定混凝土的徐变、 自身体积变形 、 混凝土沉降变形等值 ， 而试验和实际工程中很 少能全部得出这些性能， 故而用于评定混凝土抗裂性的几率较 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 5 - 2 4 小。 结合大体积混凝土常用的性能指标， 本试验采用如下抗裂 指标对高掺粉煤灰碾压混凝土的抗裂性进行了研究。 ( 1 ) 抗裂系数【 1 。 抗裂系数用混凝土的抗拉强度和极限拉伸 值的乘积与干缩应力( 不考虑徐变变形) 的比值表示， 即： 堕 ( 1 ) s 函I 显然， 。 越大， 反映了混凝土的抗裂能力越强。 ( 2 ) 抗裂参数 翻 。 抗裂参数是用抗拉强度和极限拉伸值的 乘积与温度应力的比值表示， 即： ci 9 ： ( 2) aAT Et ( 3 ) 抗裂性系数 C R E 3 。 抗裂性系数是混凝土的极限拉伸值 与混凝土热变形值之比， 即： C 尺： 旦 ( 3 ) a AT ( 4 ) 抗裂性指标 。 ( 4 ) 式中： 却 _z 龄期混凝土的极限拉伸值 ， 1 0 ； 7 ： 龄期混凝土的抗拉强度， MP a ； 日 _ 龄期混凝土的抗拉弹性模量， G P a ； O 混凝土的温度变形系数， 1 0 ； R约束系数； 龄期混凝土的温差 ， ； 49 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 氏 龄期混凝土的干缩率( 膨胀时取负号) ， 1 0 ； 龄期混凝土的白生体积收缩变形 ( 膨胀时取负 号 ) ， 1 0 ： 养护条件系数， 其值在 0 1 之间。 2 高掺粉煤灰碾压混凝土的抗裂性 研究。 混凝土的配合比如表 1 所示。 混凝土设计强度等级为 C 2 0 ， 设计龄期为 9 0 d ， 粉煤灰的掺量均大于 5 0 ， 骨料级配多 为三级配， 所用水泥为 P 04 2 5级水泥。 配制混凝土时， 为进一 步改善混凝土的性能， 多采用不增加水泥用量， 只增加粉煤灰 掺量， 降低水胶比的技术措施。 2 2 高掺粉煤灰碾压混凝土的抗裂性 2 1 高掺粉煤灰碾压混凝土的配合比 测定表1 中碾压混凝土的 各项性能指标， 结果见表2 o 采用上 本试验对多组高掺粉煤灰碾压混凝土的抗裂性能进行了 述公式( 1 ) ( 4 ) 计算表征混凝土抗裂性的各个指标， 结果见表3 。 表 1 高掺粉煤灰碾压混凝土配合 比 编 号 抗裂系数 l O 抗 裂性 系数 c R 抗裂参数 1 0 抗裂性指标 1 O 1 4 d 28 d 9 0 d l 8 O d 1 4 d 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 1 4 d 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 1 4 d 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 从表 2可知， 高掺粉煤灰碾压混凝土的抗拉强度 、 极限拉 伸 、 弹性模量 、 干缩率 、 绝热温升值均随龄期的延长而增大。 碾 压混凝土的绝热温升值显著低于常态混凝土， 最高的温升值为 1 7 1 8。C。 当混凝土水胶 比与用水量一定的情况下 ， 增加粉煤灰 掺量 ， 减少水 泥用量时 ， 混凝 土的抗拉强度 、 变形性 能 、 绝 热温 升均出现不同程度的降低。 混凝土水胶比与用水量一定的情况 下， 粉煤灰与水泥的用量少量增加时， 昆 凝土的抗拉强度、 抗拉 弹模、 绝热温升值提高 ， 而极限拉伸值 、 干缩率降低。 对混凝土 而言， 增加极限拉伸值和抗拉强度 ， 降低抗拉弹模、 绝热温升值 和干缩率， 可以提高混凝土的抗裂性。 由表 2可知， 混凝土配合 比优化后对其抗裂性的影响从单个性能指标上很难反映出来。 考虑到影响混凝土抗裂性的因素较多， 采用公式( 1 ) ( 4 ) 计算了表征混凝土抗裂性的各个指标。 从表 3 可知， 用抗裂系数 表征碾压混凝土的抗裂性， 混凝土的抗裂性随龄期变化的规 律性不是很好。 而抗裂性系数 C R、 抗裂参数 、 抗裂性指标 叼 均随龄期的延长而增加。 当混凝土水胶比与用水量一定的情况 下， 粉煤灰掺量增加， 水泥用量减少时， 后期的抗裂系数 显著 降低， 抗裂性系数 C R略有降低， 后期的抗裂参数 和抗裂性指 5 0 标 均显著降低。 可见 ， 粉煤灰掺量增加时， 对混凝土早期抗裂 性的影响较小， 对后期抗裂性的影响较为显著。 混凝土绝热温升 和干缩率降低对抗裂性的影响较抗抟强度和极限拉伸值的小。 混凝土水胶 比与用水量一定 的情况下 ， 粉 煤灰与水泥 的用 量少量增加时， 混凝土抗裂系数 基本不变， 抗裂性系数 C R和 抗裂参数 略有降低。 可见， 胶凝材料用量增加时， 混凝土的抗 裂性并没有得到改善， 反而略有降低。 混凝土水胶 比对抗裂性指标 的影 响不显著 ， 水泥用量和粉 煤灰掺量的影响较大。 表征抗裂性的各个指标并没有随着水胶 比的减小而增大。 当碾压混凝土中水泥用量较大， 粉煤灰掺量适 当时， 混凝土的抗裂性指标增加。 3结语 以上结果表明， 高掺粉煤灰碾压混凝土的水胶比对抗裂性 指标的影响不显著， 水泥用量和粉煤灰掺量的影响较大。 抗裂系 数 、 抗裂性系数 C R、 抗裂参数 、 抗裂性指标 叼等表征指标 在表征混凝土抗裂生时， 抗裂系数 随龄期变化的规律性稍差， 下转第 6 3页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m YL T 1 mo l L Na OH +Li， Na = 0 图 1 4 YL T小混凝土柱在碱液中以及在碱液和 L i N O。 混合液 中 各龄期 的膨胀率 图 1 5是 AQ 2和 C L 1 小混凝土柱在碱液中以及在碱液和 L i N O 混合液中各龄期的膨胀率。 当 L i Na = 0 ， 即用 AA R 一 5检测 AQ 2和 C L1 集料碱活性时， 试件 2 8 d膨胀率分别为 0 1 2 和 0 1 9 。 当试件中 L i Na 摩尔比为 0 7 4 ， 养护液中L i N a 摩尔比 为 0 3 7时， 试件 2 8 d膨胀率分别为 0 0 3 和 0 0 8 ， 均抑制在 0 1 以下， 有效地抑制了膨胀。 图 1 6是 C K小混凝土柱在碱液 中以及在碱液和 L i N O 混合液中各龄期的膨胀率。 当 L i Na = 0 ， 即用 A AR 一 5 检测 C K集料碱活性时， 试件 2 8 d膨胀率为 0 2 3 。 试件中L i Na 摩尔比为0 7 4和2 2 2 ， 养护液中L i Na 摩尔比分别 对应为 0 3 7和 1 1 1 时 ， 试件 2 8 d 膨胀率分别为 0 6 8 和0 6 8 ， 掺加 L i NO 并不能抑制试体在碱液中的膨胀， 反而促进膨胀 ， 提高 L i N O 的掺量对膨胀率的大小并没有显著的影响。 O 30 0 25 O 20 壁o 1 5 馥 0 1 0 O 05 1 mo l L N a 0H +AU2 ， L I Na = 0 4 0 瓦仟 ) ， L ff Na = 0 乔 撒 +C L 1 ， L i N a = 0 7 4 ( 试件) ，L i N a = 0 3 7 ( 养护液 +AQ2 L i Na = 0 _ C L1 L i Na = 0 ： 一 ： = = 一 一 O 5 1 O l 5 2O 25 30 龄期 ， d 图 1 5 A Q2， CL 1小混凝土柱在碱液中以及在碱 液和 L i N O。 混合液 中 各龄期的膨胀率 由于 Z Z Y、 S 2和 Y L T均不含白云石， 活性组分只是硅质组 分 ， 因此小混凝土柱在碱液 中的膨胀 只能归 因于 AS R 。 加入足够 的L i N O， 后 ， 当试件中L i Na 摩尔比为 2 2 2 ， 养护液中 L i N a摩 尔比为 1 1 1 时， 试件 2 8 d 膨胀率均能抑制在 0 1 以下 ； 由于 AQ 2 和 C L 1 小混凝土柱在碱液中的膨胀可 以被 L i NO 有效地抑制 ， 因此 AQ 2和 C L 1 集料为碱一 硅酸反应活性的。 C K小混凝土柱 上接 第 5 0页 抗裂性系数 C R、 抗裂参数 、 抗裂性指标 卵随龄期变化的规律 性较好。 高掺粉煤灰碾压混凝土采用以上抗裂性指标评价抗裂 性时， 抗裂性系数 C 、 抗裂参数 、 抗裂性指标 卵均能较好的反 映出混凝土配合比对抗裂性的影响。 相比而言， 抗裂性指标 叼考 虑到了影响混凝土抗裂性的多种因素， 但混凝土自身体积变形测 定较难， 小型的工程及室内试验很少涉及， 故是一个较为理想化 的抗裂性指标。 抗裂性系数 C R和抗裂参数 则是两个实用性 较强的指标， 能够很好的评定高掺粉煤灰碾压混凝土的抗裂性。 O 7 0 6 0_ 5 o 4 O 2 0 l 0 CK 1 mo l L Na OH +Li， Na = 0 5 1 0 1 5 2 O 25 3 O 龄期 d 图 1 6 C K小 混凝土柱在碱液中以及在碱 液和 L iNO。 混合液中 各龄期的膨胀率 在碱液中的膨胀并没有随着 L i NO ， 的加入而得到抑制， 因此 C K 集料属于碱一 碳酸盐反应活性集料。 3结 论 ( 1 ) 沸石化珍珠岩 Z Z Y、 两河 口砂岩 S 2 、 冶里硅质灰岩 Y L T、 安丘硅质白云质灰岩 AQ 2和昌乐硅质白云质灰岩 C L 1 集 料为碱一 硅酸反应活性集料， 加拿大金斯顿硅质白云质灰岩 C K 为碱一 碳酸盐反应活性集料。 ( 2 ) 若集料仅仅存在碱 硅酸反应涪 l生， 当试件中 L i N a 摩尔 比 为2 2 2 ， 养护液中L i N a 摩尔比为 1 1 1 时， 试件的2 8 d 膨胀率均可 以抑制到0 1 以下； 若集料为碱碳 酸盐反应潘l生的， 掺加硝酸锂 以后试件仍表现出较大的膨胀l生， 2 8 d 试件膨胀率仍然超过 0 1 。 参考文献 ： 1 】 梅来宝 氢氧化锂于碱一 集料反应 D 南京： 南京工业大学 ， 2 0 0 3 2 】 莫祥银， 李刚， 王侠 ， 等 L i O H抑制碱集料反应长期有效性及机理的 研究【 J J 硅 酸盐学报， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 2 ) ： 1 1 8 1 2 1 3 莫祥银， 户都友， 许仲梓_ 1 匕 学外加剂抑制碱硅酸反应原理及进展 J 】 南京化工大学学报， 2 0 0 0 ， 2 2 ( 3 ) ： 7 2 7 7 I 4 Mo X Y L a b o r a t o r y s t u d y o f L i O H i n i n h i b i t i n g a l k a l i s i l i c a r e a c t i o n a t 2 O： a c o n t r i b u t i o n J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 0 5， 3 5 ( 3 ) ： 4 9 9 - 5 0 0 5 1 F E N G X， T H0 MA S M D A， B R E MN E R T W ， e t a 1 N e w o b s e r v a t i o n s o n t h e me c h a n i s m o f l i t h i u m n i t r a t e a g a i n s t alk ali s i l i c a r e a c t i o n S 田 C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r e h， 2 O 1 0 。 4 0 ( 7 ) ： 9 4 1 0 1 6 1 FENG X， TH0MAS M D A， B REMNER T W ， e t a1S u mma ry o f r e s e a r c h o n t h e e f f e c t o f L i N 0 o n alk al i s i l i c a r e a c t i o n i n n e w c o n c r e t e J 1 C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h 。 2 O 1 0 4 0 ( 8 ) ： 6 3 6 6 4 2 7 T 0NG L， T ANG M E x p a n s i o n me c h a n i s m o f a l k a l i d o l o mi t e a n d a l k a l i ma g n e s i t e r e a c t i o n J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 1 9 9 9 ， 2 1 ) ： 3 61 - 3 7 3 8 】S O MME R H， N I X O N P J ， S I MS I AA R - 5： R a p i d p r e l i m i n a ry s c r e e n i n g t e s t f o r c a r b o n a t e a g g r e g a t e s Z 2 0 0 5 作者简 介 联 系地址 联 系电话 张海超( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 水泥混凝土。 江苏省南京市鼓楼区新模范马路 5 号 南京工业大学 9 7 信 箱( 2 1 0 0 0 9 ) l 51 0 51 4 9 7 8 2 参考 文献 ： 1 黄国兴， 对“ 碾压混凝土抗裂性能的研究” 一文的商榷 J I 水力发电 2 0 0 5 ( 2 ) 2 】方坤河， 碾压混凝土材料、 结构与性能 M 武汉大学出版社 ， 2 0 0 4 【 3 牛光庭， 李亚杰 建筑材糊M E 京， 水利电力出版社， 1 9 9 3 ( 4 方坤河， 等碾压混凝土抗裂性能的研究【 J 1 _ 水力发电， 2 0 0 4 ( 4 ) 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 刘冬悔( 1 9 7 7 一 ) ， 女， 博士， 讲师， 从事水泥混凝土性能研究。 湖北省宜昌市大学路 8 号 三峡大学土木与建筑学院建筑 工程系( 4 4 3 0 0 2 ) 1 5 8 72 4 71 7 0 5 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m