礦物摻合料對低水膠比水泥基材料塑性開裂的影響

周娜 韓文輝

摘 要：為了解礦物摻合料對低水膠比水泥基材料塑性開裂的影響，本文采用了平板約束法和圖像分析技術(shù)進行研究， 結(jié)果顯示：摻入粉煤灰或礦渣能夠有效增強低水膠比水泥基材料的抗塑性開裂能力，從而顯著降低開裂風險，預(yù)防塑性 開裂；而硅灰的摻入則會明顯促進低水膠比水泥基材料塑性開裂，使裂縫面積及寬度大大增加。

關(guān)鍵詞：礦物摻合料 低水膠比水泥基材料 塑性開裂 影響

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（a）-0040-02

隨著高強混凝土在各類建筑工程中的廣泛應(yīng)用，其的一些缺點也逐漸顯現(xiàn)出來，而最大的缺點莫過于高強混凝土結(jié)構(gòu)物容易開裂，特別是在早期最容易開裂。對于混凝土來說，其往往在新拌狀態(tài)下呈現(xiàn)出表面經(jīng)常失水速率過快的情況，直到比內(nèi)部水向表面遷移的速率還要更快的時候，其毛細管中就會形成一種負壓，這種負壓會促使?jié){體發(fā)生塑性收縮，引起塑性開裂。對于高強混凝土來說，其在制備中，采用的是低水膠比，同時還大量使用了高膠凝材料和超細活性摻合料，所以早期收縮變形非常特別。本文主要采用了兩種方法：平板約束法和圖像分析技術(shù)，深入研究了礦物摻合料對低水膠比水泥基材料塑性開裂的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

在本次試驗中，主要采用了以下幾種材料：密度在3.17g/cm3左右、比表面積在388m2/kg左右的水泥材料；密度在2.33g/cm3左右、比表面積在415m2/kg左右的I級粉煤灰；密度在2.84g/cm3左右、比表面積在404m2/kg左右的S95級磨細礦渣；密度在2.09g/cm3左右、比表面積在22000m2/kg左右的硅灰；模數(shù)為2.6的潔凈中砂、潔凈膠凝材料。具體的膠凝材料的成分詳見表1。

1.2 配合比

在本次試驗中，砂膠比為1.2，固定砂漿水膠比為0.2。粉煤灰摻量分別為10%、30%、50%，礦粉摻量分別為10%、30%、50%，硅灰摻量分別為10%、20%、30%，考察在以上不同情況時對低水膠比水泥基材料塑性開裂的影響。具體配合比詳見表2。

1.3 試驗方法

1.3.1 塑性開裂試驗

在具體的塑性開裂試驗，采用的方法是平板約束法。先攪拌好漿體，然后將之在模具中澆筑成型，取一個碘鎢燈，將澆筑成型后的樣本置于燈下照射。將風扇打開，調(diào)節(jié)風速3m/s。在熱和風的作用下，砂漿表面的水分會漸漸蒸發(fā)，直到比內(nèi)部水向表面遷移的速率還要更快的時候，其毛細管中就會形成一種負壓，這種負壓會促使?jié){體發(fā)生塑性收縮，引起塑性開裂。認真觀察并記錄下發(fā)生塑性開裂的時間，并在開裂6h后測量裂縫面積及寬度。

1.3.2 裂縫寬度的定量表征

采集裂縫圖像，運用圖像分析技術(shù)進行分析，并通過WEIBULL分布函數(shù)對裂縫寬度情況進行分析。WEIBULL寬度表達式為：

以上均是塑性裂縫特征和分布的重要指標。其中，裂縫潛在系數(shù)影響著出現(xiàn)裂縫的幾率；尺度參數(shù)影響著平均裂寬，其的降低會導致裂縫寬度減小；分布圖形的形狀參數(shù)影響著分布曲線的形狀，其的降低會導致裂縫寬度分布擴大。前兩者可作為評價裂縫寬度的主要指標，后者可作為輔助指標。

2 試驗結(jié)果與分析

分別研究了10%、30%、50%粉煤灰摻量、10%、30%、50%礦渣摻量、10%、20%、30%硅灰摻量對低水膠比水泥基材料塑性開裂的影響，不同情況下塑性裂縫寬度分布及特征參數(shù)詳見表3。

2.1 摻入粉煤灰對塑性開裂的影響

當粉煤灰摻量為10%時，裂縫面積從47.5mm2增加到了49.3mm2，裂縫寬度從0.30mm增加到了0.31mm。可見少量的粉煤灰摻量只略微增加了塑性開裂程度；而隨著粉煤灰摻量的不斷提高，其優(yōu)異的抗塑性開裂效果逐漸顯現(xiàn)出來，當粉煤灰摻量達到30%和50%時未出現(xiàn)塑性開裂。粉煤灰的摻入，明顯地降低了裂縫潛在系數(shù)和尺寸參數(shù)，換言之增強了抗塑性開裂能力；同時還降低了分布圖形的形狀參數(shù)，換言之減小了裂縫寬度分布范圍。原本當失水速率比內(nèi)部水向表面遷移的速率還要更快的時候，其毛細管中就會形成一種負壓，這種負壓會促使?jié){體發(fā)生塑性收縮，引起塑性開裂；而粉煤灰的摻入減小了失水速率，因此可以抑制混凝土早期的塑性收縮，達到預(yù)防塑性開裂的目的。

2.2 摻入礦渣對塑性開裂的影響

當?shù)V渣摻量為10%時，裂縫面積從47.5mm2減小到了21.5mm2，裂縫寬度從0.30mm減小到了0.17mm；當?shù)V渣摻量為30%時，裂縫面積從47.5mm2減小到了19.2mm2，裂縫寬度從0.30mm減小到了0.12mm；當?shù)V渣摻量為50%時，裂縫面積從47.5mm2減小到了10.2mm2，裂縫寬度從0.30mm減小到了0.12mm。可見裂縫潛在系數(shù)和尺寸參數(shù)隨著礦渣摻量的增加而逐漸降低。這意味著，礦渣的摻入在很大程度上增強了抗塑性開裂能力；同時還降低了分布圖形的形狀參數(shù)，減小了裂縫寬度分布范圍。同樣，其原理也是由于礦渣的摻入減小了失水速率，因此可以抑制混凝土早期的塑性收縮，達到預(yù)防塑性開裂的目的。

2.3 摻入硅灰對塑性開裂的影響

當硅灰摻量為10%時，裂縫面積從47.5mm2增加到了77.6mm2，裂縫寬度從0.30mm增加到了0.49mm；當硅灰摻量為20%時，裂縫面積從47.5mm2增加到了119.8mm2，裂縫寬度從0.30mm增加到了0.74mm；當硅灰摻量為30%時，裂縫面積從47.5mm2增加到了89.1mm2，裂縫寬度從0.30mm增加到了0.62mm。可見硅灰的摻入會增加塑性開裂程度，增加裂縫面積及寬度。不過，當硅灰摻量為30%時的開裂程度低于摻量為20%時，這是因為當硅灰摻量較高時，砂漿不易密實成型，表面不易抹平，致使模具兩端鋼筋周圍產(chǎn)生裂縫，但這些裂縫不在有效區(qū)，所以在實際處理時沒有計入。硅灰的摻入增加了裂縫潛在系數(shù)和尺寸參數(shù)，因此摻入硅灰會增大塑性開裂風險。

3 結(jié)語

綜上所述，摻入粉煤灰或礦渣能夠有效增強低水膠比水泥基材料的抗塑性開裂能力，從而顯著降低開裂風險，預(yù)防塑性開裂；而硅灰的摻入則會明顯促進低水膠比水泥基材料塑性開裂，使裂縫面積及寬度大大增加。

參考文獻

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