不同養(yǎng)護(hù)方式對摻粉煤灰水工混凝土抗壓強(qiáng)度的影響研究

龔 祖

（昌圖縣水利勘測設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 鐵嶺 112500）

近年來，隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展以及對生態(tài)環(huán)保的高度重視，粉煤灰在混凝土中的廣泛應(yīng)用使其逐漸成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑途徑[1]。在實(shí)際工程中使用的粉煤灰通常低于30%，而關(guān)于大摻量粉煤灰的應(yīng)用及相關(guān)研究還不夠深入。實(shí)踐表明，摻入適量粉煤灰能夠提升后期強(qiáng)度、耐久性能及和易性，減少自收縮引起的裂縫[2]。粉煤灰對混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展可能會產(chǎn)生負(fù)面影響，并且增加粉煤灰對早期強(qiáng)度的降低程度也會增加，但對后期強(qiáng)度仍會表現(xiàn)出較快的增長速度[3-4]。抗壓強(qiáng)度受水膠比的影響較大，水膠比越小說明使用的水量較少，膠凝材料的微觀結(jié)構(gòu)就更加致密，這使得整體混凝土的強(qiáng)度明顯提高[5]。另外，混凝土微觀孔隙結(jié)構(gòu)及水泥硬化過程還與養(yǎng)護(hù)條件密切相關(guān)，一般標(biāo)養(yǎng)條件下的測試結(jié)果是反映混凝土力學(xué)性能和劃分強(qiáng)度等級的重要依據(jù)，實(shí)際上混凝土既受氣候條件、環(huán)境溫度的影響，還會受作業(yè)條件和施工技術(shù)的限制，實(shí)際運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，以標(biāo)養(yǎng)條件測定的性能通常難以客觀反映實(shí)際情況[6-8]。

不同養(yǎng)護(hù)方式或環(huán)境條件下的摻粉煤灰與純水泥混凝土的性能發(fā)展和水化進(jìn)程必然存在明顯差異。因此，文章利用抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)探討了水膠比、養(yǎng)護(hù)方式和粉煤灰對抗壓強(qiáng)度的影響作用，為保證水泥基復(fù)合材料抗裂性和水利工程長效運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)選用烽火牌P·MH42.5 中熱水泥，標(biāo)稠用水量24.6%，密度3.15g/cm3，比表面積355m2/kg；鞍山誠達(dá)F 類Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度21.6%，28d 活性指數(shù)78%，需水量比為97%；骨料選用5～25mm石灰?guī)r碎石和渾河中砂，砂、碎石的表觀密度為2 600kg/m3和2 650kg/m3；外加劑選用鞍山鵬程外加劑廠生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，調(diào)整拌合物坍落度(180±20)mm。

1.2 養(yǎng)護(hù)方式

根據(jù)線性規(guī)范試驗(yàn)確定0.3、0.4、0.5 水膠比和0、25%、50%粉煤灰摻量的配合比，如表1 所示。試驗(yàn)選擇干燥D、密封S、標(biāo)準(zhǔn)W 三種養(yǎng)護(hù)方式，干燥養(yǎng)護(hù)是在澆筑成型24h 后拆模，采用鋁箔膜對試塊密封至干燥開始齡期(1d、3d、7d、28d、60d)，然后撕去鋁箔膜完成后續(xù)干燥養(yǎng)護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)和干燥養(yǎng)護(hù)下相對濕度為不低于95%及(60±5)%，各方式的養(yǎng)護(hù)溫度均為(20±2)℃。為便于對比分析，對各組試塊編號命名，如D1-A5 代表粉煤灰摻量50%、水膠比為0.3 的試塊1d 開始干燥養(yǎng)護(hù)。

表1 試驗(yàn)配合比

1.3 測試方法

根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行各組試塊抗壓強(qiáng)度的測試，測試齡期1d、3d、7d、28d、60d和90d，試塊為邊長100mm 的立方體。

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)護(hù)方式對強(qiáng)度的影響

研究發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)度發(fā)展過程中養(yǎng)護(hù)方式對各配合比混凝土的影響規(guī)律相似，以50%粉煤灰的試塊強(qiáng)度探討?zhàn)B護(hù)方式的影響作用，如圖1 所示。

圖1 不同養(yǎng)護(hù)條件摻50%粉煤灰的抗壓強(qiáng)度變化

1）對于干燥D、密封S和標(biāo)準(zhǔn)W三種養(yǎng)護(hù)方式，隨齡期的延長摻50%粉煤灰試塊強(qiáng)度均表現(xiàn)出上升趨勢，且早期增速塊而后期增速慢。在干燥養(yǎng)護(hù)條件下，D1A5 組、D3A5 組和D7A5 組28d 齡期的強(qiáng)度增長較小，最大增幅僅有2.5MPa；而相比之下，封閉和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的后期強(qiáng)度快速增長，從28～90d 齡期WA5、SA5 組試塊強(qiáng)度增加了11.9MPa 和13.7MPa，這是由于干燥養(yǎng)護(hù)情況下，混凝土內(nèi)會有更多的水分散失，這導(dǎo)致水泥無法充分水化，因此強(qiáng)度發(fā)展相對較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于密封和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的情況。

2）總體而言，干燥開始的越晚，試塊后期強(qiáng)度越高，其受干燥養(yǎng)護(hù)的影響也較小。相比之下，對于干燥開始較早的1d 和3d 試塊，其后期強(qiáng)度和發(fā)展速度相對較小，這是由于早期干燥會導(dǎo)致內(nèi)部水分散失，從而影響水泥的水化和強(qiáng)度發(fā)展。D1A5、D3A5 組相比于SA5 組的90d 抗壓強(qiáng)度降幅分別為42.20%和21.23%；對于7d 較晚的干燥開始齡期，試塊后期強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下相近，如90d 齡期時(shí)D7A5、D7B5、D7C5 組達(dá)到WA5、WB5、WC5 組標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)同齡期試塊強(qiáng)度的94.6%、96.8%、89.9%；對于28d、60d 更晚的干燥開始齡期，試塊后期強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下相當(dāng)甚至可能超過，如60d 齡期時(shí)D28A5、D60A5 組達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)同齡期試塊強(qiáng)度的132.1%、123.5%，90d 齡期時(shí)D60A5組達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)同齡期試塊強(qiáng)度的134.3%。對于不同水膠比（0.3、0.4、0.5），從小到大各組試塊的90d 強(qiáng)度排序均為D1 ＜D3 ＜D7 ＜D28 ＜D60，這與實(shí)際情況保持一致。

3）針對先密封后干燥養(yǎng)護(hù)的試塊，初期干燥養(yǎng)護(hù)試塊的強(qiáng)度增速較密封養(yǎng)護(hù)更快，而后期逐漸放緩。例如，初期干燥4d 時(shí)D3A5 組相比于SA5組試塊的7d 強(qiáng)度增大14.9%，兩組試塊的28d 強(qiáng)度相近，其60d、90d 較強(qiáng)齡期相比于28d 時(shí)的強(qiáng)度也有所增加。有研究認(rèn)為，開始干燥1d 時(shí)，試塊內(nèi)部的自由水開始逸散，這會阻礙水化反應(yīng)，從而限制其強(qiáng)度的發(fā)展。當(dāng)開始干燥齡期較晚時(shí)，試塊內(nèi)的水泥已經(jīng)完成水化，此時(shí)自由水的逸散作用會使水化反應(yīng)降低，最終影響強(qiáng)度的發(fā)展[9-10]。此外，在不同狀態(tài)下的養(yǎng)護(hù)方式也會影響強(qiáng)度測試結(jié)果，通常干燥養(yǎng)護(hù)下的強(qiáng)度高于濕潤養(yǎng)護(hù)。因此，開始干燥初期試塊的強(qiáng)度增長速度較快，因后期缺少水分補(bǔ)充，其強(qiáng)度發(fā)展會逐漸停滯[11-12]。

2.2 粉煤灰摻量對強(qiáng)度的影響

隨粉煤灰摻量的增大不同養(yǎng)護(hù)條件下試塊90d強(qiáng)度變化特征如圖2 所示，結(jié)果表明隨粉煤灰摻量的增加各組試塊90d 強(qiáng)度均呈下降趨勢。水膠比相同時(shí)，隨粉煤灰摻量增加試塊90d 強(qiáng)度下降速率相近，隨水膠比的增加其下降速率表現(xiàn)出衰減趨勢。

圖2 不同粉煤灰摻量的抗壓強(qiáng)度變化

從0%逐漸增大粉煤灰摻量至50%，不同養(yǎng)護(hù)方式和水膠比條件下各組試塊90d 強(qiáng)度降低量如圖3 所示。

圖3 摻50%粉煤灰的90d 強(qiáng)度降低量

依據(jù)圖2、圖3 可知，水膠比不同時(shí)干燥開始齡期越早試塊后期強(qiáng)度受不同摻量的影響越顯著，即試塊抗壓強(qiáng)度下降越明顯。例如，D1 養(yǎng)護(hù)條件下的水膠比0.4 組試塊，從0%增大粉煤灰摻量至50%時(shí)的90d 強(qiáng)度下降63.3%，而D3、D7、D28、D60 養(yǎng)護(hù)條件下分別下降61.8%、59.7%、54.8%、50.0%。另外，水膠比越大試塊后期強(qiáng)度受不同摻量的影響越明顯，即提高摻量會更加顯著地減小混凝土強(qiáng)度。例如，D3 養(yǎng)護(hù)條件下水膠比0.3 組混凝土，從0%增大粉煤灰摻量至50%時(shí)的90d 強(qiáng)度下降60.8%，而水膠比為0.4、0.5 情況下的強(qiáng)度下降了61.8%和66.0%。

2.3 水膠比對強(qiáng)度的影響

對于干燥D、密封S 和標(biāo)準(zhǔn)W 三種養(yǎng)護(hù)方式，試塊90d 抗壓強(qiáng)度受水膠比的影響作用如圖4所示。結(jié)果顯示，隨著水膠比的增大3 種養(yǎng)護(hù)條件下的試塊90d 強(qiáng)度均呈減小趨勢。研究發(fā)現(xiàn)，摻量從0%逐漸增大至25%過程中，各水膠比下試塊強(qiáng)度降幅相近，例如，摻量為25%時(shí)，水膠比由0.3 增加到0.5，則在D28 和D60 齡期試塊的90d 強(qiáng)度分別減少25.2、23.9MPa。此外，在不同養(yǎng)護(hù)條件下試塊的強(qiáng)度降幅相近，在W、S、D1、D3 和D7 養(yǎng)護(hù)時(shí)的強(qiáng)度分別減少28.9、12.9、28.5、13.5 和26.8MPa，最高相差16MPa。當(dāng)摻量為50%時(shí)，干燥開始越晚，后期強(qiáng)度隨水膠比的增大其降幅也越明顯，例如水膠比從0.3 增大到0.5 時(shí)，D28、D60 養(yǎng)護(hù)條件下試塊的90d 強(qiáng)度減小20.9MPa 和29.2MPa，而D1、D3、D7 養(yǎng)護(hù)條件下減少10.4%、15.8%和17.3%。

圖4 不同粉煤灰摻量的抗壓強(qiáng)度變化

從0.3 逐漸增大水膠比至0.5，不同養(yǎng)護(hù)方式和粉煤灰摻量條件下各組試塊的90d 強(qiáng)度降低量如圖5 所示。

圖5 水膠比從0.3 增大到0.5 的90d 強(qiáng)度降低量

依據(jù)圖4、圖5 可知，粉煤灰摻量不超過25%情況下，試塊后期抗壓強(qiáng)度受水膠比的影響隨干燥開始齡期的延長而降低。例如，D1 養(yǎng)護(hù)條件下?lián)?5%粉煤灰組試塊，從0.3 增大水膠比至0.6 時(shí)的90d 強(qiáng)度下降58.8%，而D3、D7、D28、D60 養(yǎng)護(hù)條件下分別下降25.9%、45.8%、38.7%、34.1%。粉煤灰摻量達(dá)到50%情況下，無論干燥齡期早晚試塊后期強(qiáng)度受水膠比的影響相近。例如，D1、D3 養(yǎng)護(hù)條件下粉煤灰摻量50%組試塊，從0.3 增大水膠比至0.5 時(shí)的90d 強(qiáng)度下降46.0%和51.3%，而D7、D28、D60 養(yǎng)護(hù)下的強(qiáng)度下降了49.3%。48.6%和55.6%，最大相差7%。另外，增大粉煤灰摻量則試塊后期抗壓強(qiáng)度降幅隨水膠比的提升而更加顯著，如標(biāo)養(yǎng)情況下不摻粉煤灰組，從0.3 增大水膠比至0.6 時(shí)的90d 強(qiáng)度下降40.8%，增大粉煤灰摻量至25%、50%時(shí)的下降量達(dá)到45.6%和49.4%。

3 結(jié) 論

文章探討了水工混凝土抗壓強(qiáng)度受不同水膠比、粉煤灰摻量及養(yǎng)護(hù)方式的影響規(guī)律，主要結(jié)論有：

1）隨養(yǎng)護(hù)齡期的增大水工混凝土強(qiáng)度逐漸增加，早期強(qiáng)度發(fā)展快而后期放緩。干燥開始齡期越晚則后期抗壓強(qiáng)度越高，從小到大90d 強(qiáng)度排毒為D1 ＜D3 ＜D7 ＜D28 ＜D60。

2）提高粉煤灰摻量不同養(yǎng)護(hù)方式下的試塊后期強(qiáng)度均表現(xiàn)出減小趨勢，水膠比越大并且干燥開始齡期越早，后期強(qiáng)度隨摻量的提高下降越明顯。

3）隨水膠比的增加不同養(yǎng)護(hù)方式下的試塊后期抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出下降趨勢，粉煤灰摻量較低情況下，隨開始干燥齡期的延長試塊后期強(qiáng)度受水膠比的影響程度逐漸下降，摻量達(dá)到50%情況下，無論干燥齡期早晚試塊后期強(qiáng)度受水膠比的影響相近。