粉煤灰和礦渣粉對混凝土抗裂性影響的試驗研究

李潔，王起帆，趙之彬，黃育

（1重慶大學建筑設計研究院，重慶 400045；2后勤工程學院軍事建筑工程系；重慶 401311；3解放軍某部，江蘇南京 210042）

粉煤灰和礦渣粉對混凝土抗裂性影響的試驗研究

李潔1，王起帆2，趙之彬3，黃育3

（1重慶大學建筑設計研究院，重慶 400045；2后勤工程學院軍事建筑工程系；重慶 401311；3解放軍某部，江蘇南京 210042）

該文分別研究了粉煤灰、礦渣粉和兩者混和物對混凝土抗裂性的影響，共做了7組試塊。研究結果表明：適量優質粉煤灰或適量礦渣粉或雙摻摻合料的摻加有利于減緩混凝土早期干縮開裂現象的發生；但若繼續增加，則對提高混凝土早期抗裂性不利。

粉煤灰；礦渣粉；混凝土；抗裂性

0 引言

隨著混凝土在海港、橋梁等交通工程、部分水利工程及地鐵工程中的廣泛應用，混凝土的早期抗裂性問題越來越引起人們的注意。開裂是影響混凝土耐久性的重要因素，當裂縫數量和尺寸達到一定程度時，混凝土會因環境中腐蝕性物質的侵入而加速劣化。因此，如何減少混凝土的開裂是混凝土領域中一項重要的研究課題[1]。

混凝土的開裂是因為混凝土中拉應力大于混凝土的抗拉強度，或因為拉伸應變達到或超過混凝土的極限拉伸值而造成的。混凝土是一種非均質不連續的多相復合材料，結構內部主要薄弱面為骨料與水泥漿體之間的界面處，因為水泥漿體泌水性大，漿體中的水分向上部遷移，遇骨料后受阻，其下部形成水膜從而消弱了界面的粘結性，因此混凝土開裂時微裂縫主要在界面處形成。從本質上講，提高混凝土的抗裂性應改善其內部結構，改善水泥漿體與骨料之間的界面結構和性能，減少內部微裂縫，強化界面之間的粘結。影響混凝土抗裂性的因素很多，一般認為，抗裂性好的混凝土具有抗拉強度高、彈性模量低、極限拉伸值大等特點[2]。本文通過混凝土力學性能試驗和膨脹干縮率試驗，研究粉煤灰和礦渣粉的摻量對混凝土抗裂性的影響。

1 實驗原材料及配合比

水泥采用32.5普硅水泥；砂的表觀密度2.68g/cm3，細度模數2.64，含泥量0.25%；碎石為一般碎石；粉煤灰采用某公司一級粉煤灰；礦渣粉為某公司礦渣粉；水為自來水。

本試驗為比較粉煤灰、礦渣粉和兩者混和物對高性能混凝土抗裂性的影響，在水膠比一樣的情況下做了三組試塊，以A為基準配合比；B1為單摻30%粉煤灰混凝土；B2為單摻40%粉煤灰混凝土；C1為單摻40%礦渣粉混凝土；C2為單摻60%礦渣粉混凝土；D1為雙摻20%粉煤灰+40%礦渣粉混凝土；D2為雙摻30%粉煤灰+40%礦渣粉混凝土；配料見表1。

表1 試驗混凝土配合比

2 試驗結果及分析

2.1 混凝土力學性能

混凝土力學性能根據混凝土試驗規程進行測試。本試驗主要測試了混凝土的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、極限拉伸值等指標。結果見表2所示。

表2 試驗結果

由表2知，所有配合比混凝土28d抗壓強度均滿足C30的強度要求；在摻入粉煤灰和礦渣粉后，通過水膠比的調整，混凝土28d抗壓強度和彈性模量與沒摻入粉煤灰和礦渣粉的混凝土相比均有提高；單摻和雙摻粉煤灰和礦渣粉對抗拉強度影響不大。單摻粉煤灰，混凝土極限拉伸值略有降低，而單摻礦渣粉和雙摻粉煤灰加粉煤灰對混凝土極限拉伸值略有提高。

2.2 干縮（膨脹）試驗

混凝土試件2d齡期時拆模，然后測其初長，再浸于20±3℃水中養護，分別測1d、7d和14d長度，然后移入干縮室中，測定28d和90d試件長度，結果如表3。

表3 混凝土干縮（膨脹）試驗結果

結果用圖表示如下：

圖1 粉煤灰摻量對混凝土膨脹干縮率的影響

圖2 礦渣摻量對混凝土膨脹干縮率的影響

圖3 雙摻量對混凝土膨脹干縮率的影響

由圖1可見，在混凝土中摻加優質粉煤灰取代部分水泥后，混凝土早期膨脹率有所增加，相應混凝土干縮率有所降低。優質粉煤灰的摻加有利于減緩混凝土早期干縮開裂現象的發生。粉煤灰摻量的繼續增加，對提高混凝土早期抗裂性不利；由圖2可見，在混凝土中摻加礦渣粉取代部分水泥后，混凝土早期膨脹率有所增加，并隨礦渣粉摻量的增加而增加，試驗結果表明適量摻加礦渣粉可減緩混凝土早期干縮開裂現象的發生；由圖3可見，在混凝土中采用雙摻粉煤灰加礦渣粉取代部分水泥后，混凝土早期膨脹率有所增加，并隨雙摻摻合料摻量的增加而增加，試驗結果表明適量雙摻摻合料可減緩混凝土早期干縮開裂現象的發生。

混凝土凝膠體中鈣礬石的數量由混凝土膠凝材料中有效鋁酸根、硫酸根和鈣離子含量決定。有關研究表明，只有Ca（OH）2能充分供給時，才會產生大膨脹，在Ca(OH)2不足的情況下，水化硫鋁酸鈣形成時膨脹就很小，而且不會發展為一堅固的基體[3]。在采用Ⅰ級粉煤灰取代28%水泥后，膠凝材料中有效Al2O3含量降低，鈣礬石轉化為單硫型硫鋁酸鈣的比例減少，混凝土早期膨脹量增加。隨著粉煤灰取代量提高到37%，雖然膠凝材料中有效A l2O3含量降低更多，但凝膠孔中Ca(OH)2含量大幅降低，可能是造成混凝土早期膨脹量減少，低于粉煤灰取代28%水泥混凝土試件膨脹量的主要原因；在采用礦渣粉取代部分水泥后，由于礦渣粉中外摻3%CaSO4·2H2O，膠凝材料中硫酸鈣含量充足，且氧化鈣含量較豐富，所以凝膠體中鈣礬石含量較多[4]，混凝土試件早期膨脹量較大，并隨著礦渣粉取代水泥量的增加混凝土早期膨脹量增加。基于上述同樣的原因，采用雙摻粉煤灰加礦渣粉取代部分水泥后，混凝土早期膨脹率有所增加，并隨雙摻摻合料摻量的增加而增加。

3 結論

（1）在混凝土中摻入粉煤灰、礦渣或兩者混合摻入可顯著改善混凝土的微結構，使C-S-H膠凝相對增加，消除或減少界面原生微裂縫，混凝土抗裂性得到提高。

（2）單摻粉煤灰、單摻礦渣粉或雙摻粉煤灰和礦渣粉對混凝土的極限拉伸值的影響不大；混凝土28d抗壓強度和彈性模量與沒有摻入粉煤灰和礦渣粉的混凝土相比均有提高；單摻礦渣粉和雙摻粉煤灰加粉煤灰對混凝土極限拉伸值略有提高。

（3）適量優質粉煤灰、適量礦渣粉及適量雙摻摻合料的摻加有利于減緩混凝土早期干縮開裂現象的發生，但摻量若繼續增加，對提高混凝土早期抗裂性則不利。

[1]楊華全，周世華，董維佳.混凝土抗裂性的分析、評價與研究展望[J].混凝土，2007，36(10)：46-50.

[2]孫海燕，何真.混凝土抗裂性能的評價指標及其提高措施[J].水利水電工程設計，2009，28(1)：45-48.

[3]張國棟，彭剛.現代混凝土理論與設計[M].武漢：武漢理工大學出版社，2002.

[4]唐修生，蔡躍波.大摻量磨細礦渣高性能混凝土抗裂性能的改善[J].建筑材料學報，2009年，12(5)：613-616.

Experimental Study on Impactof Fly Ash and Slag Powderon Crack Resistance of Concrete

The impact of fly ash,slag powder and them ixture of the twomaterialson crack resistance of concrete is studied in the paper through seven groupsofexperimentson concrete samples.The resultsshow thatproper amountof high quality fly ash,slag powder ormixture can improve the crack resistanceof concrete,but reduce crack resistance if theamount isexcessive.

fly ash;slag powder;concrete;crack resistance

TU5

B

1671-9107（2012）10-0053-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2012.10.053

2012-06-14

李潔(1981-)，女，重慶南川人，本科，工程師，主要從事建筑工程設計與研究。

王起帆(1979-)，男，河南新野人，博士生，講師，主要從事防護工程研究。

孫蘇

知識窗