液態粉煤灰干縮特性的試驗研究

葉　強，李鴻運

(1. 天津高速公路集團有限公司，天津　300384；2. 河北工業大學，天津　300401)

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液態粉煤灰干縮特性的試驗研究

葉強1，李鴻運2

(1. 天津高速公路集團有限公司，天津300384；2. 河北工業大學，天津300401)

摘要：為了明確液態粉煤灰材料的干燥收縮特性，通過試驗，系統分析了影響液態粉煤灰干縮特性的主要因素及其變化規律，試驗結果表明，液態粉煤灰的干縮系數隨含水量和水泥含量的增加而增大，干縮速率隨著液態粉煤灰齡期的增加而減小。

關鍵詞：路基工程；液態粉煤灰；干縮系數；含水量；試驗

1試驗方法

1.1原材料特性及試件尺寸

本次試驗采用軍糧城熱電場出產的粉煤灰，其比表面積和有效成分均滿足要求。水泥采用P.O.32.5普通硅酸鹽水泥，外加劑為高效羧酸減水劑。參照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)的相關方法，制作50 mm×50 mm×200 mm的液態粉煤灰試件，準備測定其干縮特性。

1.2試驗方法

由于液態粉煤灰材料的強度較低，成型早期很難準確測定試件的長度變化，故將成型后的試件連同試模標準養護7 d后拆模，在溫度(20±2)℃，相對濕度(60±5)%的養護室內靜置5 h后測定其初始長度，然后在此條件下分別測定第7 d、14 d、21 d、28 d、56 d、90 d時的試件長度，以干縮值和干縮率來表征液態粉煤灰材料的干縮特性。

混合料干燥收縮值和收縮率可按式(1)和(2)計算：

Δt=L0-L

(1)

(2)

式中：Δt、γt為相應為t天(7、14、21、28、56、90 d)時的收縮值和收縮率；L0為試件成型后7 d的長度，即初始長度，mm；Lt為相應為天(7、14、21、28、56、90 d)時試件的實測長度，mm；L為有效長度，L=200 mm。

2試驗結果與分析

2.1含水量對液態粉煤灰干縮特性的影響

顯而易見，在液態粉煤灰混合料當中，水的摻入量越大，其流動性越強，施工越方便；但是，其工后由于水的蒸發而產生的收縮變形越大，因此，需要系統研究水的摻入量對液態粉煤灰混合料收縮特性的影響，以期合理控制混合料的含水量，控制和減小液態粉煤灰混合料的收縮率。現以水泥與粉煤灰比例為8∶92、減水劑1%的液態粉煤灰混合料為例，來說明水的摻入量對液態混合料干縮特性的影響，不同含水量時，液態粉煤灰混合料的干縮值與干縮率測試結果分別如表1和表2所示。

表1　液態粉煤灰的干燥收縮值

表2　液態粉煤灰的干燥收縮率

從干縮試驗結果可以看出，液態粉煤灰的干燥收縮率約為輕質混凝土的2倍，小于泡沫輕質土(90 d齡期時收縮率約為1.8 mm/m)等流動自成型輕質材料，在其填筑路基時，隨著水分的流失，需要預防收縮開裂現象，但是，伴隨著收縮的發生，張拉徐變也變大，對因收縮引起的開裂有一定程度的緩解作用，確定是當水摻入量的液態粉煤灰可以控制其收縮開裂的程度，滿足填筑高速公路擴建路基的要求。

液態粉煤灰材料的干縮率隨含水量的變化情況如圖1所示。

圖1　液態粉煤灰干縮率隨含水量的變化曲線

從圖1可以看出，液態粉煤灰的干縮率隨著含水量的提高而增大，即：含水量越大，混合料的收縮率越高，越容易產生干縮開裂現象。不同齡期的混合料隨含水量的變化趨勢相似，當含水量大于45%時，液態粉煤灰的收縮量隨含水量的增長速度明顯增大，因此，在滿足液態粉煤灰施工流動性的情況下，混合料的含水量宜取低值，含水量不宜大于45%。

2.2齡期對液態粉煤灰干縮特性的影響

從表1和表2中也可以得知，在含水量和其它材料相同的情況下，液態粉煤灰材料的干燥收縮速率在成型試件后的不同時期具有不同的情況，混合料干燥收縮率隨齡期(拆模后的時間)的變化曲線如圖2所示。

圖2　液態粉煤灰干縮率隨齡期的變化曲線

從圖2可以看出，液態粉煤灰混合料試件在14 d齡期之前，收縮速率較快，而28 d之后趨于穩定，收縮速率明顯降低。相對而言，前28 d完成的收縮值占90 d齡期收縮值的92%～94%，而7天齡期時的收縮值占90 d齡期收縮值的75%以上，即：液態粉煤灰混合料的干燥收縮總量的3/4均在前7 d發生，這主要是因為液態粉煤灰混合料為液態混合料，其含水量較大，前期水分的蒸發流失速度很快，而隨著齡期的增長，水泥、粉煤灰和水發生化學反應，形成凝膠狀化合物，部分水分參加了化學反應，并使混合料形成一定的骨架。因此，需要在澆筑液態粉煤灰之后的前期做好養護工作，避免水分的過快流失而產生干燥收縮開裂。

2.3水泥含量對液態粉煤灰干縮特性的影響

在水的摻入量為40%，外加劑使用量為水泥質量的1%的情況下，通過測定不同水泥含量時液態粉煤灰試件的干燥收縮率來評估水泥含量對液態粉煤灰干燥收縮特性的影響規律，不同水泥摻量時液態粉煤灰試件的干燥收縮試驗結果如表3所示。

表3　不同水泥含量時液態粉煤灰的干燥收縮率

從表3的試驗結果可以看出，水泥含量越多，干燥收縮性越強，反之則越小；水泥含量從4%提高至10%時，液態粉煤灰的干縮率提高了約6.7%。同時，可以看出，水泥含量對液態粉煤灰干燥收縮性能的影響主要體現在7 d齡期之后，這主要是澆筑完液態粉煤灰之后，前期一般注意養護，同時，水泥與粉煤灰的化學反應在早期還不夠深入，水泥含量的影響還未明顯顯現的緣故。因此，在滿足混合料強度需求的情況下，為了減小干燥收縮的發生，水泥的用量盡量控制在低值。

3結論

(1)液態粉煤灰的干縮率隨著含水量的提高而增大，即：含水量越大，混合料的收縮率越高，越容易產生干縮開裂現象。

(2)不同齡期的混合料隨含水量的變化趨勢相似，當含水量大于45%時，液態粉煤灰的收縮量隨含水量的增長速度明顯增大，因此，在滿足液態粉煤灰施工流動性的情況下，含水量不宜大于45%。

(3)液態粉煤灰的干縮速率會隨著齡期的增大而減小，液態粉煤灰混合料試件在14 d齡期之前，收縮速率較快，而28 d之后趨于穩定，收縮速率明顯降低，液態粉煤灰混合料的干燥收縮總量的3/4均在前7 d發生。

(4)水泥含量越多，干燥收縮性越強，反之則越小；水泥含量從4%提高至10%時，液態粉煤灰的干縮率提高了約6.7%。在滿足混合料強度需求的情況下，為了減小干燥收縮的發生，水泥的用量盡量控制在低值。

(5)水泥含量對液態粉煤灰干燥收縮性能的影響主要體現在7 d齡期之后。

參考文獻：

[1]鄒先云．高流態粉煤灰在回填路基三背中的適用性研究[D]．重慶：重慶交通大學，2012．

[2]楊春風，王朔，孫吉書，等．關于液態粉煤灰最佳含水量的研究[J]．河北工業大學學報，2014，43(1)：92-95．

[3]王聯芳．流態粉煤灰水泥混合料應用中常見問題分析[J]．粉煤灰綜合利用，2005，(5)：47-48．

[4]公路工程無機結合料穩定材料試驗規程(JTG E51-2009)[S]．北京：人民交通出版社，2009．

[5]劉強．高流態粉煤灰回填路基三背關鍵技術研究[D]．重慶：重慶交通大學，2009．

收稿日期：2016-03-22

作者簡介：葉強(1979-)，男，天津人，工程師，主要從事道路與橋梁工程的建設管理與科研工作。

基金項目：天津市市政公路局科技計劃項目(編號：2013-06)。

中圖分類號：U414

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)06-0009-02

Experimental study on the dry shrinkage properties of fluid fly ash

YE Qiang1，LI Hong-yun2

(1. Tianjin Expressway Group Co. ,Ltd.，Tianjin 300384,China；2. Hebei University of Technology，Tianjin 300401,China)

Abstract:In order to find out the dry shrinkage properties of fluid fly ash, the main factors influencing the dry shrinkage properties of fluid fly ash and its change laws were studied systematically through experiments. The test results indicate that the dry shrinkage coefficient of fluid flay ash would increase with the water content and cement content increased. Dry shrinkage speed would decrease with the curing age increased.

Keywords:subgrade engineering；fluid fly ash；dry shrinkage factor；water content；experiment