液態(tài)粉煤灰干縮特性的試驗(yàn)研究

葉　強(qiáng)，李鴻運(yùn)

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

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液態(tài)粉煤灰干縮特性的試驗(yàn)研究

葉強(qiáng)1，李鴻運(yùn)2

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

摘要：為了明確液態(tài)粉煤灰材料的干燥收縮特性，通過(guò)試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了影響液態(tài)粉煤灰干縮特性的主要因素及其變化規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明，液態(tài)粉煤灰的干縮系數(shù)隨含水量和水泥含量的增加而增大，干縮速率隨著液態(tài)粉煤灰齡期的增加而減小。

關(guān)鍵詞：路基工程；液態(tài)粉煤灰；干縮系數(shù)；含水量；試驗(yàn)

1試驗(yàn)方法

1.1原材料特性及試件尺寸

本次試驗(yàn)采用軍糧城熱電場(chǎng)出產(chǎn)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(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51-2009)的相關(guān)方法，制作50 mm×50 mm×200 mm的液態(tài)粉煤灰試件，準(zhǔn)備測(cè)定其干縮特性。

1.2試驗(yàn)方法

由于液態(tài)粉煤灰材料的強(qiáng)度較低，成型早期很難準(zhǔn)確測(cè)定試件的長(zhǎng)度變化，故將成型后的試件連同試模標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d后拆模，在溫度(20±2)℃，相對(duì)濕度(60±5)%的養(yǎng)護(hù)室內(nèi)靜置5 h后測(cè)定其初始長(zhǎng)度，然后在此條件下分別測(cè)定第7 d、14 d、21 d、28 d、56 d、90 d時(shí)的試件長(zhǎng)度，以干縮值和干縮率來(lái)表征液態(tài)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(jì)算：

Δt=L0-L

(1)

(2)

式中：Δt、γt為相應(yīng)為t天(7、14、21、28、56、90 d)時(shí)的收縮值和收縮率；L0為試件成型后7 d的長(zhǎng)度，即初始長(zhǎng)度，mm；Lt為相應(yīng)為天(7、14、21、28、56、90 d)時(shí)試件的實(shí)測(cè)長(zhǎng)度，mm；L為有效長(zhǎng)度，L=200 mm。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1含水量對(duì)液態(tài)粉煤灰干縮特性的影響

顯而易見，在液態(tài)粉煤灰混合料當(dāng)中，水的摻入量越大，其流動(dòng)性越強(qiáng)，施工越方便；但是，其工后由于水的蒸發(fā)而產(chǎn)生的收縮變形越大，因此，需要系統(tǒng)研究水的摻入量對(duì)液態(tài)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(tài)粉煤灰混合料的收縮率。現(xiàn)以水泥與粉煤灰比例為8∶92、減水劑1%的液態(tài)粉煤灰混合料為例，來(lái)說(shuō)明水的摻入量對(duì)液態(tài)混合料干縮特性的影響，不同含水量時(shí)，液態(tài)粉煤灰混合料的干縮值與干縮率測(cè)試結(jié)果分別如表1和表2所示。

表1　液態(tài)粉煤灰的干燥收縮值

表2　液態(tài)粉煤灰的干燥收縮率

從干縮試驗(yàn)結(jié)果可以看出，液態(tài)粉煤灰的干燥收縮率約為輕質(zhì)混凝土的2倍，小于泡沫輕質(zhì)土(90 d齡期時(shí)收縮率約為1.8 mm/m)等流動(dòng)自成型輕質(zhì)材料，在其填筑路基時(shí)，隨著水分的流失，需要預(yù)防收縮開裂現(xiàn)象，但是，伴隨著收縮的發(fā)生，張拉徐變也變大，對(duì)因收縮引起的開裂有一定程度的緩解作用，確定是當(dāng)水摻入量的液態(tài)粉煤灰可以控制其收縮開裂的程度，滿足填筑高速公路擴(kuò)建路基的要求。

液態(tài)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(tài)粉煤灰干縮率隨含水量的變化曲線

從圖1可以看出，液態(tài)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(chǎn)生干縮開裂現(xiàn)象。不同齡期的混合料隨含水量的變化趨勢(shì)相似，當(dāng)含水量大于45%時(shí)，液態(tài)粉煤灰的收縮量隨含水量的增長(zhǎng)速度明顯增大，因此，在滿足液態(tài)粉煤灰施工流動(dòng)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(duì)液態(tài)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(tài)粉煤灰材料的干燥收縮速率在成型試件后的不同時(shí)期具有不同的情況，混合料干燥收縮率隨齡期(拆模后的時(shí)間)的變化曲線如圖2所示。

圖2　液態(tài)粉煤灰干縮率隨齡期的變化曲線

從圖2可以看出，液態(tài)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(wěn)定，收縮速率明顯降低。相對(duì)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(shí)的收縮值占90 d齡期收縮值的75%以上，即：液態(tài)粉煤灰混合料的干燥收縮總量的3/4均在前7 d發(fā)生，這主要是因?yàn)橐簯B(tài)粉煤灰混合料為液態(tài)混合料，其含水量較大，前期水分的蒸發(fā)流失速度很快，而隨著齡期的增長(zhǎng)，水泥、粉煤灰和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成凝膠狀化合物，部分水分參加了化學(xué)反應(yīng)，并使混合料形成一定的骨架。因此，需要在澆筑液態(tài)粉煤灰之后的前期做好養(yǎng)護(hù)工作，避免水分的過(guò)快流失而產(chǎn)生干燥收縮開裂。

2.3水泥含量對(duì)液態(tài)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(zhì)量的1%的情況下，通過(guò)測(cè)定不同水泥含量時(shí)液態(tài)粉煤灰試件的干燥收縮率來(lái)評(píng)估水泥含量對(duì)液態(tài)粉煤灰干燥收縮特性的影響規(guī)律，不同水泥摻量時(shí)液態(tài)粉煤灰試件的干燥收縮試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3　不同水泥含量時(shí)液態(tài)粉煤灰的干燥收縮率

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

3結(jié)論

(1)液態(tài)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(chǎn)生干縮開裂現(xiàn)象。

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

(3)液態(tài)粉煤灰的干縮速率會(huì)隨著齡期的增大而減小，液態(tài)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(wěn)定，收縮速率明顯降低，液態(tài)粉煤灰混合料的干燥收縮總量的3/4均在前7 d發(fā)生。

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

(5)水泥含量對(duì)液態(tài)粉煤灰干燥收縮性能的影響主要體現(xiàn)在7 d齡期之后。

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收稿日期：2016-03-22

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

基金項(xiàng)目：天津市市政公路局科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2013-06)。

中圖分類號(hào)：U414

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：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