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第 2期 2 0 1 5年 4月 水利水运 工程学报 AND ENGD 砸RI NG No 2 Ap r 2 01 5 D O I : 1 0 1 6 1 9 8 j c n k i 1 0 0 9 6 4 0 X 2 0 1 5 0 2 0 1 3 刘攀 预吸水多孑 L 钢渣对混凝土早期抗裂性能影响 J 水利水运工程学报, 2 0 1 5 ( 2 ) : 7 9 8 3 ( L I U P a n A n a l y s i s o f i n f l u e n c e o f p r e - s o a k e d p o r o u s s t e e l s l a g o n e a r l y c r a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e J H y d r o S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , 2 0 1 5 ( 2 ) : 7 9 8 3 ) 预吸水多孔钢渣对 混凝 土早 期抗 裂性 能影 响 刘 攀 ( 新疆水利水 电勘测设计研究 院 ,新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) 摘要 : 混凝土的早期抗裂问题是当前国内外研究的热点之一。为了探究多孔钢渣对混凝土抗压强度和早期抗 裂性能的影响, 采用预吸水多孑 L 钢渣等量部分替代混凝土中粗集料配制钢渣混凝土, 并用刀口法研究不同水灰 比和不同钢渣掺量对混凝土早期抗裂性能的影响规律。研究发现 : 掺加预吸水多孔钢渣混凝土7 d和2 8 d的抗 压强度明显优于对照组, 并且仅从抗压强度角度判断, 钢渣在混凝土中存在最优掺量; 掺加预吸水多孔钢渣后, 混凝土裂缝初裂时 间后移 , 裂缝最大宽度 、 单 位面积 上总 开裂面积 明显缩 小 , 早 期抗裂 性能增 强。从 内养 护角 度 分析 , 多孔钢 渣能够改善 混凝 土 内部相 对湿 度 , 从 而抑 制 了混凝 土早 期收 缩 , 有助 于提 高 混凝 土早 期抗 裂 性 能。 关键词 : 多孔钢渣; 混凝土; 刀口法; 早期抗裂性能 中图分类号 : T U 5 2 8 文献标志码 :A 文章编号 : 1 0 0 9 6 4 0 X( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 7 9 0 5 由于我 国西部地 区气候炎热干燥 , 混凝土结构表面水分蒸发过快 , 使得新浇注的混凝土构件很容易发生 收缩 , 导致其表面产生大量裂缝 , 尤其是混凝土早期开裂现象特别严重。这些裂缝严重影响混凝土工程的结 构耐久性 , 进而降低混凝土工程的使用寿命 , 无形 中造成资源的浪费。因此通过提高混凝土工程的耐久性来 实现节能减排 成为重要的研究课题。国内外许多学者研究 了超吸水树脂颗粒 、 减蒸剂等 对混凝土早 期抗裂性能的影 响规律 , 并取得了很多重要的研究成果。 本文选取饱和面干状态石状钢渣( 粒径 5 2 5 mm的钢渣 , 以下简称钢渣 ) 作为 内养护 。 。 集料 , 按一定 比例分别代替混凝土中粗集料 , 采用刀 口法对钢渣混凝土的早期抗裂性做了测试与 比较 , 着重讨论了饱和面 干状态多孔钢渣对混凝土早期抗裂性的影响。 1 原材料与试验方案 试验中的原材料包括 : 水泥 , 新疆天山水泥厂生产 的 4 2 5 R型普通硅酸盐水泥( 其化学成分见表 1 ) ; 粗 集料 , 采用乌拉泊水库上游乌鲁木齐河 中的河卵石 , 粒径 5 2 5 mm连续级配 , 含泥量 0 2 1 , 压碎指标 6 = 2 5 (I 类 ) , 试验中粗集料为饱和面干状态 ; 细集料 , 选用乌拉泊水库上游乌鲁木齐河中的水洗砂 , 细度模 数 =2 8 (I 1 区) 中砂 , 含泥量 0 3 4 , 试验中细集料为饱 和面干状态 ; 钢渣 , 石状钢渣是产 自新疆某钢铁厂 已除铁 的钢渣原渣 , 经过人工筛选所得粒径 5 2 5 m m部分 , 压碎指标 =8 5 (I类 ) , 饱和面干 吸水率为 4 0 8 ( 其化学成分见表 1 ) ; 减水剂 , 采用新疆格辉科技有限公司生产的 F D N高效减水剂 ; 拌合水 , 试验室 中 自来水。 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 9 - 2 5 作者简介: 刘攀( 1 9 8 7 - ) , 男 , 安徽太和人,助理工程师, 硕士 , 主要从事水利水电工程设计工作。 E ma i l :27 2 851 70 6 q q t o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 5年 4月 本试验参照 水工混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 - 2 0 0 6 ) 设计混凝土配合比( 见表 2 ) 。试验中钢渣按照粗集 料的 1 0 , 2 0 和 4 5 等 3 个掺量进行等量替代 , 配制钢渣混凝土的坍落度范围为 1 8 0 2 0 0 mm。表 2中编 号 D1 , D 2为对照组 , 编号 A1 A 6为钢渣替代 粗集料 的试验组 。试验 中, 钢 渣进行预吸水达 到饱 和面干 状态。 表 2 混凝土配合比 Ta b 2 Mi x p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e 按表 2所示混凝土配合 比拌制混凝土 , 拌制均匀后 , 根据 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标 准 ( G B T 5 0 0 8 2 - 2 0 0 9 ) 中“ 早期抗裂试验” 的要求成型混凝土抗裂试件并试验。观测记 录各配合 比混凝土 的初裂时间, 混凝土搅拌加水 2 4 h后 , 按照试验标准测试混凝土试件的水分散失量 、 裂缝最大宽度和裂缝长 度 , 进而计算单位面积上的水分散失量 、 总开裂面积等。 同时成型 1 5 0 ra m1 5 0 m m1 5 0 m m立方体试件 , 在恒温恒湿的环境下( 温度为 2 5 , 湿度为 9 6 ) 养 护 2 4 h后脱模 , 然后继续养护至 7 d和 2 8 d龄期 , 达到龄期后进行混凝土抗压强度试验 。其中, 抗压强度试 验按 水工混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 2 0 0 6 ) 进行。 2 试验结果与分析 2 1 多孔钢渣对混凝土抗压强度的影响分析 将表 2中不同配合 比混凝土分别按上述试验方法进行试验 , 所得试验结果汇总见表 3 。 由表 3 可知, 水灰比为0 3 0和0 3 5 时, 掺钢渣的A 1 A 6 等6 组混凝土, 其 7 d和 2 8 d 抗压强度均高于 对照组 Dl 和 D 2 。由于本试验中加入 的钢渣为饱和面干状态 , 这就在混凝土 中引入 了额外 的水 , 从 而增加 了混凝土水灰比, 但额外引入水量较大的 A 6组混凝土 , 水灰比增加仅为 0 0 4 8 , 可见水灰 比变化非常小 。同 时, 混凝土试件成型时 , 内部湿度较高 , 钢渣中饱 和水散失有限, 进而使得混凝土的水灰 比变化更小 。随着时 间的推移, 水泥的水化反应 , 混凝 土试件 内孔溶液 的 p H值增大 , 渗透压力增大 , 使得钢渣释放部分水分 , 在 其周围形成了湿度微区, 促进了水泥水化。本试验 中由多孔钢渣引入的饱和水理论上最多为 1 k g 水泥提供 所需的内养护水量 0 0 4 8 k g , 这部分水仍能在一定程度上维持混凝土的 自养护 。另外 , 由于钢渣表面 比 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 刘攀 : 预吸水多孔钢渣对混凝 土早期抗 裂性 能影 响 8 1 较粗糙且孑 L 隙较多, 随着钢渣周 围水泥的水化反应 , 水化产物进入钢渣中的孑 L 隙 , 这些水泥浆形成 “ 锚杆 ” , 使得表面粗糙 的多孔钢渣牢牢镶嵌在混凝土内部。所以混凝土的抗压强度不但没有降低 , 反而在一定程度 上增 加 了。 表 3 混凝土抗压 ( 抗裂 ) 试验结果 T a b 3 Co mp r e s s i o n a n d c r a c k i n g t e s t r e s u l t s o f c o n c r e t e 2 2 多孔钢渣对混凝土抗裂性能的影响分析 结合本试验和 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 ( G B T 5 0 0 8 2 - 2 0 0 9 ) 的规定, 定量分析 混凝土的裂缝开展可 以通过 3 个参数来描述 : 单位面积上的总开裂面积 、 裂缝最大宽度和初裂时间。试验时 间从混凝土加水时开始计时 , 2 4 h后混凝土单位面积上的总开裂面积 、 裂缝最 大宽度 、 初裂时间、 单位面积 上水分散失量与不同水胶 比、 钢渣掺量的关系见图 1 。 - LJ 蛳 量 ) 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 钢渣掺量 ( a ) 单位面积水分散失量 曩 匿 钢渣掺量 ( b ) 单位面积上总开裂面积 、萋 0 。 0 0 钢渣掺量 f c ) 裂缝最大宽度 ; 壶2 窖1 图 1 水分散 失量 、 总开裂面积 、 裂缝最大宽度和初裂时 间随钢渣掺量变化 Fi g 1 Cha ng e s i n wa t e r l o s s a mo un t ,t o t a l c r a c k i n g a r e a,ma x i mum c r a c k i n g wi d t h a n d o r i g i n a l c r a c k i ng t i me wi t h c h a ng e s i n s t e e l s l a g a d di n g a mo u n t 0 1 O 20 3 0 4 O 5 O 钢渣掺量 ( d ) 裂缝初裂时间 由图 1 ( a ) 可见 , 水灰 比为 0 3 0和 0 3 5时 , 钢渣混凝土单位面积上水分散失量随着钢渣掺量增加 , 均出 现不同程度上的减少 。说明随着钢渣掺量的增加 , 混凝土 内部的相对湿度 出现不同的增加 , 这表明加入预吸 水多孔钢渣后 , 对混凝土 内部的 自干燥具有缓解作用 , 同时还在一定程度上补充了混凝土表面水分蒸发所失 去 的水分 , 这就抑制 了混凝土的早期 自干燥收缩和干燥收缩。这主要由于在水化初期 , 混凝土中钢渣处于饱 和面干状态, 其他各组分也处于湿润状态, 随着水化反应的进行, 水化产物填充胶凝材料基体内部的孑 L 隙, 形 成小于钢渣孔隙直径的毛细管。由于毛细管和孔溶液中 p H值增加所形成溶液浓度梯度的共 同作用 , 多 孑 L 钢渣 内的水分 向毛细管内移动 , 以补充水化反应和表面蒸发所散失的水分 , 从而缓解 了混凝土内部相对湿 度的下降。 从 图 1 亦可见 , 掺加多孔钢渣的 A1 A 6等 6组混凝土和对照组 D1 , D 2相 比: 混凝土试件单位面积上 的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 2 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 5 年 4月 总开裂面积和裂缝最大宽度均较小 , 并且随着钢渣掺量的增加逐渐减小 ; 混凝土初裂时间出现相应 的延长 , 随着钢渣掺量的增加 , 这一现象逐渐明显。原因在于混凝土搅拌过程中, 掺加的多孔钢渣在其 内部呈均匀分 布 , 该部分钢渣在混凝土内部起到蓄水的作用。随着水泥水化反应的进行 , 胶凝材料基体 内水分减少 , 孔 内 溶液的 p H值增加, 以及胶凝材料基体内形成 的毛细管 , 共同导致多孔钢渣释放出预先吸收的部分水分 。再 加上 5 m s的风速使得混凝土试件表面水分快速蒸发散失 , 部分毛细管内形成负压区 , 同样使得钢渣释放出 预先吸收的水分。这些水分及时地弥补 了混凝土内的水分散失 , 相对减小了内部的湿度梯度 , 促进 了水泥的 水化 , 抑制了混凝土早期 白干燥收缩和干燥收缩 H j , 延长了混凝土初裂时间。由于初裂时间的延长 , 混凝 土的强度得以增强 , 再加上多孔钢渣粗糙 的表面牢牢镶嵌在混凝土内部 , 以及孔 内水泥浆所形成的“ 锚杆” 等共同作用 , 限制了混凝土的早期开裂 , 减小 了混凝土的开裂面积和裂缝宽度 , 进而使得掺加钢渣后混凝土 的抗裂效果增强 。 3 结 语 混凝土中掺加预吸水多孔钢渣后 , 混凝土 7 d和 2 8 d的抗压强度明显优于对照组。水灰 比一定时 , 随着 钢渣掺量 的增加 , 多孑 L 钢渣的保水性增强 。掺加预吸水多孔钢渣后 , 混凝土裂缝初裂时间后移 , 裂缝最 大宽 度 、 单位面积上总开裂面积显著降低 , 早期抗裂性能增强。从内养护角度分析 , 多孑 L 钢渣能够改善混凝 土内 部相对湿度 , 从而抑制了混凝土早期收缩 , 有助于混凝土早期抗裂性能的提高 。 参考文献 : 1 唐明述 水泥混凝土与可持续发展 J 中国有色金属学报, 2 0 0 4 ( 专辑 1 ) : 1 6 4 1 7 3 ( T A N G Mi n g s h u C e me n t , c o n c r e t e a n d s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t 1 J T h e C h i n e s e J o u r n al o f N o n f e I T O U S Me t a l s , 2 0 0 4 ( S e r 1 ) :1 6 4 1 7 3 ( i n C h i n e s e ) ) 2 成全喜, 江书杰, 孙锦镖 聚丙烯纤维混凝土抗裂性能试验研究 J 天津城市建设学院学报, 2 0 0 3 , 9 ( 4) : 2 6 5 2 6 8 ( C HE N G Q u a n x i ,J I A N G S h u - j i e ,S U N J i n b i a o P o l y p r o p y l e n e f i b e r c o n c r e t e a n t i c r a c k i n g p e r f o r ma n c e t e s t r e s e a r c h J J o u r n a l o f T i a n j i n I n s t i t u t e o f U r b a n C o n s t r u c t i o n , 2 0 0 3 , 9 ( 4 ) : 2 6 5 - 2 6 8 ( i n C h i n e s e ) ) 3 刘乃光, 王力尚, 周康, 等 燥热环境中混凝土早期开裂的改善措施研究 J 硅酸盐通报, 2 0 1 3 , 3 2 ( 4 ) : 7 4 8 7 5 4 ( L I U Na i g u a n g , W ANG L i s h a n g ,Z HOU Ka n g,e t a 1 S t u d i e s o n i mp r o v e me n t ms a s u r e s t o e a r l y c r a c k i n g o f c o n c r e t e i n h o t a n d d r y e n v i r o n me n t J J J B u l l e t i n o f t h e C h i n e s e C e r a m i c S o c i e t y , 2 0 1 3 , 3 2 ( 4 ) : 7 4 8 7 5 4 ( i n C h i n e s e ) ) 4 刘德荣, 毛逢银 高吸水树脂改性混凝土研究 J 化学建材 , 1 9 9 9 , 1 5 ( 3 ) : 1 6 1 8 ( L I U D e r o n g , MA O F e n g y i n A s t u d y o f h i g h a b s o r b e n c y r e s i n mo d i f i e d c o n c r e t e J C h e mi c a l B u i l d i n g Ma t e r i a l s ,1 9 9 9 ,1 5 ( 3 ) : 1 6 1 8 ( i n C h i n e s e ) ) 5 高美蓉, 秦鸿根 , 庞超明 高性能混凝土内养护技术的研究现状 J 混凝土与水泥制品, 2 0 0 9 ( 3 ) : 9 1 2 ( G A O Me i r o n g , Q I N G Ho n g g e n ,P A N G C h a o m i n T h e r e s e a r c h s t a t u s o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e i n c u r i n g t e c h n o l o g y J C h i n a C o n c r e t e a n d C e m e n t P r o d u c t s , 2 0 0 9 ( 3 ) : 9 1 2 ( i n C h i n e s e ) ) 6 李北星, 查进 , 李进辉, 等 饱水轻集料内养护对高性能混凝土收缩的影响 J 武汉理工大学学报, 2 0 0 8 , 3 0 ( 5 ) : 2 4 2 7 ( L I B e i x i n g , Z H A J i n , L I J i n h u i , e t a 1 E f f e c t o f i n t e r n a l c u ri n g c a u s e d b y s a t u r a t e d l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e o n s h ri n k a g e o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e J J o u rna l o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , 2 0 0 8 , 3 0 ( 5 ) : 2 4 2 7 ( i n C h i n e s e ) ) 7 陈德鹏, 钱春香, 赵洪凯 , 等 内养护措施改善混凝土收缩开裂性能 J 特种结构,2 0 0 7 , 2 4 ( 1 ) : 5 7 。 6 0 ( C H E N D e p e n g , Q I A N C h u n x i a n g , Z H A O H o n g k a i , e t a 1 T h e m a i n t e n a n c e m e a s u r e s t o i m p r o v e t h e p e r f o rma n c e o f c o n c r e t e c r a c k i n g J T h e S p e c i a l S t ruc t u r e , 2 0 0 7 , 2 4 ( 1 ) : 5 7 - 6 0 ( i n C h i n e s e ) ) 8 蒋亚清, 许仲梓 , 吴建林 , 等 高性能混凝土中饱水轻集料的微养护作用及其机理 J 混凝土与水泥制品, 2 0 0 3 ( 5 ) : 1 3 1 6 ( J I A N G Y a q i n g , X U Z h o n g z i ,WU J i a n l i n ,e t a 1 H i g h p e r f o r ma n c e l i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e p e r s o n a l w a t e r c u ri n g e f f e c t a n d i t s m e c h a n i s m J C h i n a C o n c r e t e a n d C e m e n t P r o d u c t s , 2 0 0 3 ( 5 ) : 1 3 1 6 ( i n C h i n e s e ) ) 9 K O V L E R K,S O U S L I K O V A,B E N T U R A P r e s o a k e d l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e s a s a d d i t i v e s f o r i n t e r n a l c u ri n g o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e s I J I C e me n t , C o n c r e t e a n d A g g r e g a t e s , 2 0 0 4 , 2 6 ( 2 ) : 1 3 1 1 3 8 1 O J 0 Z WI A K - N I E D Z WI E D Z K A D S c al i n g r e s i s t a n c e o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e s c o n t a i n i n g a s m a l l p o r t i o n o f p r e w e t t e d l i g h t w e i g h t fi n e a g gr e g a t e J C e me n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s , 2 0 0 5 , 2 7 ( 6 ) : 7 0 9 - 7 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 刘 攀:预吸水多孔钢渣对混凝土早期抗裂性能影响 8 3 1 1 J E N S E N 0 M,L U R A P T e c h n i q u e s a n d m a t e r i a l s f o r i n t e r n a l w a t e r c u ri n g o f c o n c r e t e J M a t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s , 2 0 0 6 , 3 9 ( 9 ) : 8 1 7 8 2 5 1 2 蒋正武 高性能混凝土中水分 扩散与 自收缩研究 D 上海: 同济大学, 2 0 0 2 ( J I A N G Z h e n g w u Wa t e r d i f f u s i o n a n d a u t o g e n o u s s h ri n k a g e r e s e a r c h i n h i g h p e rf o r ma n c e c o n c r e t e D S h a n g h a i : T o n g j i U n i v e r s i t y , 2 0 0 2 ( i n C h i n e s e ) ) 1 3 D H I R R K, HE WL E T F P C ,D Y E R T D h ff l u e n e e o f mi c r o s t r u c t u r e o n t h e p h y s i c al p r o p e r t i e s o f s e l f - c u r i n g c o n c r e t e J A C I Ma t e r i als J o u r n a l , 1 9 9 6 , 9 3 ( 5 ) : 4 6 5 4 7 1 1 4 B E N T Z D P ,J E N S E N O M Mi t i g a t i o n s t r a t e g i e s for a u t o g e n o u s s h ri n k a g e c r a c k i n g J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s , 2 0 o 4, 2 6( 6 ): 6 7 7 6 8 An a l y s i s o f i n flue n c e o f pr e s o a k e d p o r o u s s t e e l s l a g o n e a r l y c r a c k r e s i s t a nc e o f c o nc r e t e LI U Pa n ( X i n fi a n g S u r v e y a n d D e s i g n I n s t i t u t e o f W a t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r ,U r u m q i 8 3 0 0 0 0 ,C h i n a ) Abs t r a c t : r h e e a r l y c r a c k i n g i n c o nc r e t e i s o n e o f t h e ho t s p o t s o f c u r r e n t r e s e a r c h e s a t ho me a n d a b r o a dI n t hi s s t u d y , i n o r d e r t o e x p l o r e t h e i n flu e n c e o f t h e p r e s o a k e d p o r o u s s t e e l s l a g o n t h e e a r l y c r a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e , we mi x e d t h e p r e s o a k e d p o r o u s s t e e l s l a g i n t o c o n c r e t e ,r e p l a c e d p a r t o f t h e c o a r s e a g g r e g a t e a mo u n t a n d u s e d t h e k n i f e e d g e me t h o d t o s t u d y t h e e a r l y c r a c k r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e Th e t e s t c o n t e n t i s ma i n l y d i v i d e d i n t o t wo p a r t s , t h e s t r e n g t h t e s t s a n d t h e e a r l y c r a c k r e s i s t a n c e t e s t s Th e a n a l y s i s r e s u l t s s h o w t h a t 7 d a n d 28 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h s o f t h e s t e e l s l a g c o n c r e t e a r e s u p e r i o r t o t h e c o n t r o l g r o u p , a n d o n l y j u d g i n g b y t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h , t h e r e i s t h e o p t i ma l d o s a g e o f t h e p o r o us s t e e l s l a g i n c o nc r e t e Afte r a d d i n g t h e p r e a bs o r be n t p o r o u s s l a g t o c o n c r e t ei t c a u s e s a d e l a y i n t h e i n i t i a l c r a c ki ng o f c o nc r e t et h e ma x i mu m c r a c k wi d t h a n d t o t a l c r a c k a r e a o n pe r u n i t a r e a a r e s i g n i f i c a n t l y r e d uc e d,a n d t h e e a r l y c r a c k i n g r e s i s t a n c e o f c o nc r e t e i s e n ha n c e d s i g n i f i c a n t l yF r o m t h e p o i n t o f v i e w o f i nt e r n a l c u r i n g,a n a l y s i s r e s u l t s s ho w t h a t t h e p o r o u s s t e e l s l a g c a n i mp r o v e t h e i n t e r n a l r e l a t i v e h u mi d i t y o f c o n c r e t e, t h us i nh i bi t i n g t h e s h r i nk a g e o f c o n c r e t e a t t he e a r l y a g e, a n d b e f a v o r a b l e f o r t h e i mp r o v e me n t o f t h e e a r l y c r a c k i n g r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e Ke y wo r d s:p o r o u s s t e e l s l a g;c o nc r e t e;k n i f e e d g e me t ho d;e a r l y c r a c k r e s i s t a n c e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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