粉煤灰摻量對混凝土抗裂性能的影響

張 林，錢國林

(浙江天地環(huán)保科技有限公司，杭州 310000)

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要有溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料使用不當(dāng)，養(yǎng)護(hù)不到位，基礎(chǔ)不均勻沉降等[1-3]。 混凝土硬化期間膠凝材料水化放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，混凝土由內(nèi)及外產(chǎn)生溫度梯度差，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會出現(xiàn)裂縫[4-6]。論文通過混凝土絕熱溫升和刀口抗裂試驗(yàn)研究不同粉煤灰摻量對于混凝土抗裂性能的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：采用紅獅P O42.5水泥，物理力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

粉煤灰：采用浙江天地環(huán)保科技有限公司嘉興分公司Ⅱ級粉煤灰，化學(xué)成分見表2，物理力學(xué)性能指標(biāo)見表3。

河砂細(xì)度模數(shù)2.5，級配良好； 5～25 mm連續(xù)級配碎石，吸水率0.9%，壓碎值8.5%，針片狀含量6.5%；聚羧酸減水劑，固含量20%，減水率23.2%，引氣量3.5%。

表1 水泥的物理力學(xué)性能

參照《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)。

表2 粉煤灰化學(xué)成分 w/%

表3 粉煤灰物理力學(xué)性能指標(biāo)

參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596—2016)。

1.2 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)采用C35和C45兩個(gè)混凝土配合比，粉煤灰摻量分別為10%、20%、30%，見表4和表5。

表4 C35混凝土試驗(yàn)配合比

表5 C45混凝土試驗(yàn)配合比

1.3 試驗(yàn)方法

絕熱溫升試驗(yàn)采用舟山市博遠(yuǎn)科技開發(fā)有限公司的BY-BTC/B(B)型混凝土熱物理參數(shù)測定儀，由絕熱試驗(yàn)箱、絕熱溫升試樣桶與比熱容試驗(yàn)桶等組成，具有混凝土絕熱溫升、比熱容測定功能，還具有高精度恒溫試驗(yàn)箱和高精度模擬環(huán)境溫度測試箱擴(kuò)展功能，試驗(yàn)溫度：5～80 ℃；絕熱溫度跟蹤：小于±0.1 ℃，10～80 ℃。

混凝土早期開裂試驗(yàn)依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082—2009)進(jìn)行。試件采用尺寸為800 mm×600 mm×100 mm的平面薄板型標(biāo)準(zhǔn)試件，2個(gè)試件為一組。

2 結(jié)果分析

2.1 混凝土的絕熱溫升

混凝土絕熱溫升試驗(yàn)有助于了解其放熱歷程，從而為混凝土不同時(shí)段的溫控提供參考。影響混凝土絕熱溫升的因素包括：澆筑溫度、水泥品種及用量、摻合料品種及用量。該次研究主要為了探討不同粉煤灰摻量對混凝土絕熱溫升的影響，進(jìn)一步分析粉煤灰摻量對混凝土抗裂性的影響。分別測試了粉煤灰摻量為10%、20%、30%C35混凝土及C45混凝土初期、1 d、3 d、7 d、14 d、28 d、60 d、90 d的絕熱溫升。C35混凝土不同試驗(yàn)齡期的絕熱溫升結(jié)果見表6，C45混凝土不同齡期的決溫升試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表6 C35混凝土絕熱溫升 /℃

粉煤灰的摻入可以減少水泥用量，從而降低發(fā)熱量很大的C3A和C3S的數(shù)量，降低膠凝材料的水化熱，因此摻加粉煤灰可以降低混凝土的絕熱溫升，有利于減小溫度應(yīng)力。由表6試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土絕熱溫升在各個(gè)齡期都有不同程度的下降，在7 d齡期，等膠凝材料用量條件下，未摻粉煤灰的FD1的絕熱溫升為65.2 ℃，摻30%粉煤灰的FD4的絕熱溫升為48.2 ℃，較FD1降低17 ℃(26.1%)，降低效果非常明顯。

表7 C45混凝土絕熱溫升 /℃

由表7試驗(yàn)結(jié)果可知，高強(qiáng)度等級的混凝土絕熱溫升規(guī)律與低強(qiáng)度等級混凝土類似，均是隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土絕熱溫升逐漸降低，且降低幅度越來越大。在7 d齡期，等膠凝材料用量條件下，未摻粉煤灰的FG1的絕熱溫升為69.9 ℃，摻30%粉煤灰的FG4的絕熱溫升為55.6 ℃，較FG1降低14.3 ℃(20.4%)。

因此，粉煤灰的摻入可大幅降低混凝土結(jié)構(gòu)的絕熱溫升，且降低幅度隨著摻量的增加越加明顯，減少溫度應(yīng)力對混凝土墩身帶來的潛在開裂風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 混凝土的早期開裂敏感性

在混凝土處于塑性狀態(tài)時(shí)，混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)表面張力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則產(chǎn)生塑性收縮裂縫?；炷了苄允湛s裂縫是發(fā)生在混凝土凝結(jié)之前的收縮變形，在實(shí)際工程中，許多裂縫問題都屬于混凝土早期開裂。刀口約束法早期抗裂試驗(yàn)，主要測定混凝土的早期24 h內(nèi)塑性收縮和干燥收縮引起的開裂。C35混凝土和C45混凝土早期開裂試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 混凝土早期開裂

由表8早期開裂試驗(yàn)結(jié)果可知：純水泥組混凝土單位面積內(nèi)開裂面積最大，摻加粉煤灰可以減小混凝土單位面積內(nèi)開裂面積，且隨著粉煤灰摻量的增加開裂面積逐漸減小，C35混凝土純水泥組總開裂面積為621.5 mm2/m2，摻加30%粉煤灰組混凝土總開裂面積為370.2 mm2/m2，減小了40%；C45混凝土純水泥組總開裂面積為650.2 mm2/m2，摻加30%粉煤灰組混凝土總開裂面積為396.5 mm2/m2，減小了39%，可見摻加粉煤灰對混凝土開裂的抑制作用對于不同強(qiáng)度等級混凝土是一致的。這主要是因?yàn)椋夯炷帘砻婕皟?nèi)部濕度的降低是導(dǎo)致混凝土早期塑性收縮產(chǎn)生的主要原因，粉煤灰的摻入延緩了膠凝材料體系的水化速率，延緩了因化學(xué)結(jié)合水的減少而導(dǎo)致的混凝土內(nèi)部濕度降低的趨勢，粉煤灰按照一定比例摻配，優(yōu)化了混凝土的工作性，減少了混凝土的離析、泌水，增加了混凝土的保水性，使混凝土內(nèi)部濕度能夠更長時(shí)間保持。

3 結(jié) 論

a.粉煤灰的摻入可大幅降低混凝土結(jié)構(gòu)的絕熱溫升，且降低幅度隨著摻量的增加越加明顯，能減少溫度應(yīng)力對混凝土墩身帶來的潛在開裂風(fēng)險(xiǎn)。

b.摻加粉煤灰可以減小混凝土單位面積內(nèi)開裂面積，且隨著粉煤灰摻量的增加開裂面積逐漸減小，摻加粉煤灰對混凝土開裂的抑制作用對于不同強(qiáng)度等級混凝土是一致的。