大掺量粉煤灰混凝土的干燥收缩性能研究.pdf

第 3 2卷第 5期 2 0 1 0年 5月 人民黄河 YEL I 0W RI VER Vo 1 3 2 N o 5 Ma y， 2 01 0 【 水 利水 电工 程 】 大掺量粉煤灰混凝土的干燥收缩性能研究 周艳 ， 杜应 吉 ( 西北农林料技大学 水利 与建筑工程 学院， 陕西 场凌 7 1 2 1 0 0 ) 摘要 ： 为 了更好地研 究混 凝土 的 干燥 收缩发 展 规律 ， 分 析 了其 影 响 因素 和机 理 ， 对掺 量分 别 为 2 0 、 4 0 、 6 0 和 8 0 ( 采用超量取代 法选取粉煤灰掺量 ) 的粉煤灰 混凝 土干燥收缩性 能进行 了试验 研 究。结 果表 明 ： 大掺 量粉煤灰 对混 凝土的干燥收缩有良好的抑制作用； 水灰比、 龄期等因素对混凝土的干缩也有着十分重要的影响。 关键词 ：粉煤灰混凝土 ；干燥收缩 ；影响 因素 ；干缩机理 ；干缩公式 中图分类号 ：T V 4 2 文献标识码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 01 3 7 9 2 0 1 0 0 5 0 5 8 在混凝土中掺入粉煤灰不但可以改善混凝土的诸多工作 性能， 而且还能够替代部分水泥， 降低工程造价， 减轻对环境造 成的污染， 具有显著的经济效益和社会效益。 混凝土的干缩是指混凝土停止养护后 ， 在不饱和的空气中 失去混凝土内部毛细孔和凝胶 孑 L 中的吸 附水 而发生 的不可逆 收缩 J 。干缩变形是引起结构裂缝 的主要冈素之一 ， 应当给予 足够的重视 ， 否则就会影 响到混 凝土结 构的安 全性 和耐久 性。 为了更好地了解混凝土的干燥收缩性能， 降低其开裂风险， 笔 者对粉煤灰掺量分别为 2 0 、 4 0 、 6 0 和 8 0 ( 运用超量取 代法选取粉煤灰掺量) 的混凝土进行了干缩试验研究， 分析了 其干燥收缩性能， 并在此基础上建立了大掺量粉煤灰混凝土的 干缩率与龄期之间的计算公式。 影响混凝土干燥收缩的因素 影响混凝土干燥收缩的因素 主要有水泥的品种及其质 量与用量、 掺合料的种类及其用量、 外加剂的种类和掺量 、 配合 比、 骨料 的品种及含量 、 试件的结构特征等。 ( 1 ) 一般来说 ， 水 泥的需水量越大 ， 用该水 泥配制的混凝土 干缩值就越大 。 ( 2 ) 骨料是影响混凝土干缩的主要 因素之一 。骨料一般 不 会产生收缩变形， 它对混凝土的干缩起约束作用 ， 混凝土干缩 值随骨料含量的增大几乎呈直线下降。另外， 骨料品种对混凝 士干缩也有很大影响， 砂岩骨料混凝土干缩值最大， 其次是砾 石 、 玄武岩 、 花 岗岩 、 石灰岩以及石英岩混凝土。 ( 3 ) 大量试验表明， 混凝土干燥收缩随着粉煤灰掺量的增 加而减小， 随凝灰岩和硅粉掺量的增加而增大， 掺钢纤维能限 制干缩的发展 。 ( 4 ) 混凝土 干缩 随结构 体积 与表 面积 比值 的增 大直线 下 降 ； 小试件混凝土干缩 比大试 件干 缩大 得多 ； 钢筋 对混凝 土干 缩有抑制作用， 混凝土干缩随含钢率的提高而减小。 ( 5 ) 掺外加剂后 ， 混凝土干缩值得到不同程度的增大， 但掺 外加剂后 ， 若降低水灰比， 则掺外加剂对混凝土干缩没有显著 影 响 ， 且有减小的趋势 。 ( 6 ) 当单位用水量一 定时 ， 混凝土 干缩随水 泥用量 的增加 而增大 。在水灰 比一定条件下 ， 混凝 土干缩随着含 砂率的提高 而增大， 但增大幅度较小。随用水量或水灰比的增大， 混凝土 干缩变形也增大 。 2 试验内容 2 1 原材料 ( 1 ) 粉煤灰。宁夏大坝电厂生产的I 级粉煤灰， 其细度、 s 0 ， 含 量、 烧失量等指标均符合I 级粉煤灰标准， 具体指标见表l 。 表 1 粉煤灰化学成 分及物理性质 ( 2 ) 水泥。宁夏“ 赛马” P 0 4 2 5水泥， 安定性和细度等指 标均符合 通用硅酸盐水泥( G B 1 7 5 2 o 0 7 ) 的要求， 与混凝 土外加剂适应性 良好 ， 其各项指标见表 2 。 ( 3 ) 粗骨料。宁夏银川镇北缓碎石 ， 表观密度为 2 6 8 0 k g m ， 堆积密度为 I 3 4 4 k g m 。 ( 4 ) 细骨料 。宁夏粗砂 ， 细度模数为 2 8 ， 堆积密度为 1 4 7 4 k g 1 11 。 】 2 8 ( 5 ) 外加剂。高效减水 剂和引气剂。 2 2配合 比 试验混凝 士配合 比见 表 3 。 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 7 - 0 2 基金项 目： “ 十一五”国家科技 支撑计 划重点项 目( 2 0 0 6 B A DI 1 B 0 3 ) 作者简介 ： 周艳 ( 1 9 8 4) ， 女， 湖 北襄樊人 ， 硕 士研 究生 ， 研 究方 向为水 工材料 耐 久性 E ma i l v 。a n e r 1 021 1 63 CO I l 1 人 l 屯黄 河2 0 1 0年第 5期 2 3试 验 方 法 试验采用 标准混凝 土试 块 ( 1 0 0 m m X 1 0 0 hi X 5 1 5 m m) ， 两端埋 没不锈的金属 测头 ， 模 具成 型后 移 入恒 温恒 湿 室 ， 室温 保持在( 2 0 2 ) ， 相对湿度保持在( 6 05 ) ， 测定其初始长 度 ， 此后按 以下规定 时 间 间隔测 量其 变 形读 数 ： 1 、 3、 7、 1 4、 l 7、 2l、 2 4、 28、 35、 42、 4 9、 60 d。 2 4试验结果处理 ( 1 ) 某一 龄期 的干 缩 ( 湿胀 ) 率 按 下 式 计 算 ( 准确 至 1 l 0“)： 一 ， 、 8t L 式中： s 为 t 天龄期时的干缩( 湿胀) 率 ； 为试件的基准长度 ， m m； 为 t 天龄期时试件的长度 ， mm； 为金属测头的长度 ， m m。 ( 2 ) 取一组 三 个 试件测 值 平均 值 作 为某 龄期 试 件干 缩 ( 湿胀 ) 率的试 验结 果 ( 负 值为 收缩 、 正值 为膨 胀 ) 。根 据需 要 可绘制试件轴向长度变形随时问的变化曲线。 3 试验结果 3 1试验结果分析 对试验所测得的数据进行计算整理， 并用 e x c e l 进行 曲线 绘制 ， 得到混 凝土试件的 于缩 曲线 ， 见 网 1 。可以看 出： 2 斟 瓣 1 O 2 0 3 0 40 5 0 60 龄期 坩 图 1 混凝土试件 的干缩 曲线 ( 1 ) A 0和 A1 试件 的于缩率 增长 较 明显 ， 而 A 2、 A 3 1 1 、 A 3 、 A 4试 件的于缩率变化 不大 ； 6组 试件 的干缩 率在前 期 ( 1 4 d之 前) 均激增； 后期干缩率增长速度均减慢 ， 大掺量粉煤灰混凝土 6 0 d龄期后 干缩基本不再 明显发展。 ( 2 ) 由试件 A 3 1 1 、 A 3的干缩曲线可 以看出， 在粉煤灰掺量 一 定情况下 降低水灰比能够减小混凝土的干缩率。 ( 3 ) 粉煤灰掺量对混凝土干缩率的影响比较明显。掺粉煤 灰后 混凝土千缩 率大 大小 于 未掺 灰 的基 准混 凝 土 A 0 ， 且混 凝 土干缩率随粉煤灰掺量的增加而降低。 ( 4) 由试件 A 3 、 A 4的干缩曲线可以看出， 在水灰比一定的 情况下， 混凝土干缩率随粉煤灰掺量的增加而降低。 3 2 混凝土干缩率与龄期之间的关系 根据试验数据点的分布趋势， 利用最小二乘法对干缩率与 龄期 t 进行 回归分析 ， 结果见 表 4 。 表 4干缩率与龄期关 系的最d r -乘 拟合 注 ： 为混凝土于 缩率； 为混凝土龄期。 将试验中粉煤灰掺量分别为 4 0 和 8 0 混凝土试件干缩 实测值 与笔者 预测的结果相 比较 ( 见 图 2 ) 。由图 2可以看 出 ， 笔者提 出的预测表达式具有 良好 的适用性和准确性 。 4 结论 ( 1 ) 混凝 土中掺加适 量 的粉 煤灰 ， 对 于混 凝土 干燥 收缩 有 一 定的抑制作用， 可降低其开裂风险， 且在水胶比一定情况下 ， 混凝土干缩率随粉煤灰掺量的增加而降低。 ( 下转第 1 3 1页) 1 2 9 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 O 人 民 黄 河2 0 1 0年第 5期 基于能量法推导海底管道横向屈曲的I 临界轴向荷载过程中， 假 设结构为完善体系， 不考虑初始几何缺陷的影 响； 不考虑管道 材料非线性影响， 管道发生弹性失稳破坏时， 管道屈 曲变形在 一 个平 面内 ， 即不发 生弯 扭现 象 ； 管道 横 向土体 摩擦 力 均假 设 管道屈曲后 ， 挠曲线方程为 3 3结果比较 能量法对应的横 向屈曲模式 l及横向屈曲模式 2的临界 屈 曲荷载 与文 献 1 介 绍 的方 法 比较 ， 误 差 分 别 为 2 9 4 和 1 5 。 能量法求出的海底管线横向屈曲的临界轴向荷载值与 文献 1 相 比， 误差不超过 3 ， 可以用于预测平坦海床上裸铺 管道横 向屈 曲的临界屈 曲。 ( 7 ) 参考文献 ： 式 中 ： Y为 管 线 横 向受 形 ； t o为 挠 曲线 最 大 横 向 燹 形 ； q为 单 位 长 度管道的横 向阻力 。 管道任意截 面上 的弯矩为 ( )=2 丁 7rz to E 1孕 ( 8 ) 变形能 为 A U= d x=丁 4 to 2 E 1 ( 9 ) 外力所做 的功为 一 y l ， ， 、 A= J A J 式中： P为轴向压力； A为屈曲段管线长度的变化量。因 手 y d x ： ( 1 1 ) 故将式( 9 ) 、 式( 1 0 ) 和式( 】 1 ) 带入式( 6 ) ， 得 丁w 4 m 2 E l=百p 2 2 一 4 ( 1 2 ) 一 4 即 P ： 7 9 42 r 2 一E1 ： 7 8 3 8 6 E I ( 1 3 ) 、 3 2 屈 曲模式 2的临界屈 曲荷载 横向屈曲模式2 ， 见图2 。 取一长为 的半波屈曲段， 该段可 视为一端简支一端固支的梁 ， 该梁的相当长度为 0 7 L ； 另一半 波可视为相 当长 度为 0 7 L的一端 简支 一端 固支 的梁 ， 此两 半 波组成 的屈 曲模 式 2可 视为 长度 为 1 4 L的屈 曲模 式 1 。 将式 ( 1 3 )中的屈曲段长度用 1 4 L代替， 得横向屈 曲模式 2的临界 屈 曲荷 载为 P ： 7 9 42 2 丁 EI ： 3 9 9 r 3E I ( 1 4 ) 1 4 L ( ) 、 斗 _ _ _ 卜 _ - 上+ 一 L 图 2 屈 曲模式 2 对 于以上两种模式 ， 临界屈 曲荷 载可表示 为 P = 式 中 ： 屈 曲模式 1 ， x= 1 ； 屈 曲模 式 2 ， 肛 =1 4 。 H o b b s R E I ns e r v i c e b u c k li n g o f h e a t e d p i p e li n e s J A S C E J o u r n a l o f T r a n s p o r ta t io n E n g i n e e r i n g ， 1 9 8 4 ， 1 1 0( 2) ： 1 7 51 8 9 T a y l o r N， G a n A B S u b m a r i n e p i p e l in e b u c k l i n gi m p e r f e c t i o n s t u d i e s J T h i nWa i le d S t r u c tu r e ， 1 9 8 6，4( 4) ： 2 9 53 2 3 J u GT ， K y r ia k i d e s S T h e r m a l b u c k l i n g o f o ff s h o r e p i p e l i n e s J J o u ma l o f O ff - s h o r e Me c h ani c s a n d A r c t ic E n gin e e ri n g， 1 9 8 8， 1 1 O ( 4)： 3 5 53 6 4 C h i o u Y J ， C h i S YA s t u d y o n b u c k l i n g o f o ff s h o r e p i p e l i n e s J J o u rna l o f O ff s h o r e Me c h a n i c s a n d Ar c t i c E n gin e e ri n g ， 1 9 9 6， 1 1 8 ( 1 )： 6 2-6 9 刘鸿 文， 林建兴 高等材料力学 M 北京 ： 高 等教育 出版 社， 1 9 8 5 【 责任编辑昌艳梅】 米米 米米米 米米 米米米 米米 米米 米米米 米米 米米 米米 ( 上 接第 1 2 9页) 褂 婚 H _ 龄期 d 图 2实测值与预测结果对 比 ( 2 ) 在粉煤灰掺量一定情况下， 降低水灰比能够减小混凝 土 的干缩率。 ( 3 ) 混凝 土干缩率在前期 增长较快 ， 后 期增长速度减慢 ， 大 掺量粉煤 灰混凝土 6 0 d龄期后干缩基本 不再明显发展 。 ( 4 ) 减小混凝土干缩变形 的措 施主要有掺入适 量优质粉煤 灰、 减小混凝土中水泥用量、 降低水胶比、 合理养护等。 参考文献 ： 1 陈爱玖 ， 亢景付 ， 霍 洪嫒 ， 等 大掺量粉 煤灰 混凝土性 能的试 验研 究 J 人 民黄河 ， 2 0 0 2， 2 4 ( 8 )：4 2 4 3 2 翁家瑞 ， 郑 建岚 ， 王雪芳 粉煤灰掺量对 高性能 混凝 土收缩 的影 响 J 福州 大学学报 ， 2 0 0 5 ( s 1 ) ： 1 4 3 1 4 6 3 黄国兴， 惠荣炎 混凝土的收缩 M 北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 0 4 刘数华 ， 方 坤河 混凝土 的干缩研 究 J 大坝与安 全 ， 2 0 0 5 ( 4 )： 5 55 7 5 张承志 。 王爱 勤， 邵惠 建筑混凝土 M 北 京 ： 化学工业 出版社 2 0 01 f 1 5 ) 【 责任编辑乔韵青】 1 31 l 1 I l