粉煤灰對混凝土早期性能影響的實驗研究

蘇力輝

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計院試驗檢測室)

1 實驗原材料

冀東42.5#普通硅酸鹽水泥;中砂(韌度模數(shù) 3.0 ～2.3，平均粒徑 0.5～0.35 mm);碎石(連續(xù)級配，最大粒徑20 mm);粉煤灰。

2 實驗內(nèi)容與試驗方法

粉煤灰是混凝土常用的礦物混合料，本文通過試驗中要探究不同摻量的粉煤灰對混凝土漿體早期工作性能的影響。

混凝土早期抗裂實驗按照《中華人民共和國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 951-2005》水泥砂漿抗裂性能試驗方法來進(jìn)行。力學(xué)實驗按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50081-2002》方法，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實驗，軸心抗壓強(qiáng)度實驗，劈裂抗拉強(qiáng)度實驗，抗彎拉強(qiáng)度實驗。

粉煤灰的摻入采用內(nèi)摻法，摻入量分別為0%，20%，20%，30%，C40混凝土配合比見表1。

表1 不同粉煤灰摻量的混凝土實驗室配合比

3 早期抗裂實驗結(jié)果與評定

實驗的評定標(biāo)準(zhǔn)按照約束區(qū)內(nèi)裂縫寬度來進(jìn)行。把裂縫按寬度分成五級，每級對應(yīng)一個權(quán)重(見表2)，將每條裂縫長度乘以對應(yīng)一個權(quán)重值，將所得數(shù)加起來求和稱為開裂指數(shù)，以此來表征混凝土漿體的開裂程度。

式中：W為開裂指數(shù)，mm;Ai為權(quán)重值;li為裂縫長度，mm。

抗開裂性能比以基準(zhǔn)砂漿混凝土漿體的開裂指數(shù)平均值與需要檢測的漿體中的外摻材料的開裂指數(shù)平均值除以基準(zhǔn)砂漿的開裂指數(shù)平均值的百分?jǐn)?shù)表示。

開裂指數(shù)

式中：γ為抗開裂性能比，正值表示提高，負(fù)值表示降低，%;W1為需要檢測的摻入水泥砂漿中外摻材料的開裂指數(shù)的平均值，mm;W0為基準(zhǔn)砂漿的開裂指數(shù)平均值。

以兩個試件開裂指數(shù)的算術(shù)平均值作為該組試件的開裂指數(shù)集(精確至1 mm)。

表2 權(quán)重值

4 早期抗裂實驗結(jié)果

表3 各組件開裂性能比

根據(jù)表3，繪制粉煤灰對混凝土早期抗裂性能的影響曲線圖，如圖1。

圖1 粉煤灰對混凝土抗裂性能影響曲線

分析粉煤灰的加入對混凝土漿體抗裂性的影響：可以看出，隨著粉煤灰添加量的增加，其抗開裂性能比呈遞減趨勢，但是遞減速率逐漸變慢，30%FA的γ只有77.33%，比20%FA減了不到三個百分點，而在10%FA情況下再加一倍粉煤灰用量情況下其抗開裂性能比減少了17個百分點。

由此得出結(jié)論：粉煤灰可以提高混凝土漿體的抗開裂性能，其抗開裂性能與粉煤灰的加入呈非線性關(guān)系，量少的情況下隨著粉煤灰添加量的增加砂漿的抗開裂性能也隨之增強(qiáng)，但是當(dāng)含量增加到某一值時，抗開裂性能隨著粉煤灰的增加而逐漸降低，并且其降低速率逐漸降低，曲線漸漸趨于平坦。

5 力學(xué)實驗結(jié)果

將力學(xué)實驗結(jié)果匯總下列圖表中。

圖2 粉煤灰摻量與不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系

圖3 粉煤灰摻量與不同齡期混凝土軸心抗壓強(qiáng)度關(guān)系

圖4 粉煤灰摻量與不同齡期混凝土劈裂強(qiáng)度關(guān)系

圖5 粉煤灰摻量與不同齡期混凝土彎拉強(qiáng)度關(guān)系

從粉煤灰摻量影響混凝土力學(xué)性質(zhì)試驗結(jié)果來看，粉煤灰的加入會降低混凝土的早中期強(qiáng)度。對于抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度來看，隨著粉煤灰摻量的增加，同齡期強(qiáng)度逐漸降低。并且隨著粉煤灰摻量的增加，試件早期強(qiáng)度形成速度越慢;3 d時，影響較小;但是在7 d時其影響程度達(dá)到最大，其后隨著齡期的增長，直線斜率逐漸變小，也就是說，粉煤灰對強(qiáng)度所帶來的影響也慢慢減弱。再來觀察粉煤灰的加入對混凝土劈裂強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度的影響，從折線圖可以看出：劈裂強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度主要在7～28 d中形成，在養(yǎng)護(hù)3～7 d中強(qiáng)度增長很緩慢，但是粉煤灰的加入對劈裂強(qiáng)度增長速率影響不大;而對彎拉強(qiáng)度形成速率有一定影響，但是也不是很明顯，隨齡期增長其影響逐漸消失。

由此可見，粉煤灰促進(jìn)混凝土后期強(qiáng)度的發(fā)展。而在抗壓及軸心抗壓兩項強(qiáng)度上說明了粉煤灰的加入抑制了混凝土早期強(qiáng)度的形成這一結(jié)論。所以粉煤灰的早期強(qiáng)度較低，而在其后階段強(qiáng)度逐漸形成，使混凝土后期強(qiáng)度較高。

6 結(jié)論

粉煤灰可以有效混凝土的早期自收縮，增強(qiáng)混凝土早期抗裂性能。在0～20%范圍內(nèi)，混凝土的抗裂性能隨粉煤灰摻量的增加而增強(qiáng)，超過20%后，混凝土的抗裂性能慢慢下降。粉煤灰可以有效抑制混凝土的早期開裂。

摻加了粉煤灰的混凝土早期強(qiáng)度有所下降，其摻量越高，混凝土的早期強(qiáng)度形成越慢。但隨著齡期的增長，混凝土強(qiáng)度慢慢增加，后期強(qiáng)度比不摻加粉煤灰要高。所以粉煤灰對混凝土的早期強(qiáng)度形成有一定的抑制作用，但對后期強(qiáng)度有很大的提高作用。

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