粉煤灰對(duì)于混凝土早期抗裂的影響試驗(yàn)研究

李 斌 文 佳 趙 博

(中交路橋建設(shè)有限公司，北京 100027)

0 引言

混凝土的抗裂性是指混凝土抵抗體積變形導(dǎo)致開裂的能力。在混凝土內(nèi)部水化反應(yīng)的早期放出熱量，引起混凝土內(nèi)部溫度升高，與環(huán)境溫度形成溫差，引起表面開裂[1]。早期開裂會(huì)降低混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)，導(dǎo)致鋼筋銹蝕膨脹，甚至縱筋會(huì)使混凝土保護(hù)層開裂，直到剝落，這樣就進(jìn)一步加速了鋼筋腐蝕和混凝土剝落[2-4]。橋梁下部結(jié)構(gòu)經(jīng)常受到水的沖刷，這使得開裂后的混凝土耐久性進(jìn)一步降低，特別是西北鹽漬地區(qū)。粉煤灰通常所指的是，研磨的細(xì)煤粉經(jīng)燃煤電廠燃燒后，從煙道排走被收塵裝置收集的物質(zhì)。它廣泛運(yùn)用于水泥中，對(duì)水泥的強(qiáng)度等級(jí)的調(diào)節(jié)、降低水化熱和成本、改善水泥性能有一定幫助[5]。在混凝土中使用粉煤灰替代部分水泥時(shí)，需要考慮其對(duì)混凝土早期開裂性能的影響。

1 試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

1)水泥。

水泥采用寧夏青銅峽水泥股份有限公司的P.O42.5水泥；石子采用太陽山石料廠，最大粒徑為20 mm；砂子采用陜西武功砂廠生產(chǎn)的細(xì)度模數(shù)為2.82的砂子；拌合水是自來水。

2)粉煤灰及外加劑。

粉煤灰采用華電寧夏靈武發(fā)電有限公司生產(chǎn)的粉煤灰；外加劑采用北京世紀(jì)佳邦建材有限公司生產(chǎn)的減水劑。

1.2 試驗(yàn)配合比

為研究混凝土早期抗裂性能在粉煤灰摻加后的影響，開展了兩組早期開裂試驗(yàn)，分別研究相同配合比下沒有摻入粉煤灰和摻加了30%粉煤灰后的對(duì)比試驗(yàn)。試件的配合比如表1所示。

表1 抗裂試驗(yàn)配合比 kg/m3

1.3 早期開裂試驗(yàn)方案

依據(jù)GB/T 50082—2009普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于早期開裂試驗(yàn)的要求，本次試驗(yàn)制備了4 個(gè)平面薄板型試件(每組2 個(gè))，模具采用槽鋼焊接的800 mm×600 mm×100 mm標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸邊框，邊框與底板用螺栓固定。模具內(nèi)設(shè)置7根裂縫誘導(dǎo)器，相距間隔均為50 mm。

進(jìn)行2組(4個(gè)試件)試驗(yàn)，一組為不摻粉煤灰的標(biāo)準(zhǔn)組，一組為摻30%粉煤灰組，固定5 m/s風(fēng)速持續(xù)24 h，然后分析試件上的裂縫現(xiàn)象[9]。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

采集數(shù)據(jù)在澆筑后24 h后進(jìn)行，按式(1)計(jì)算，每條裂縫的平均開裂面積：

(1)

按式(2)計(jì)算，單位面積的裂縫數(shù)目:

(2)

按式(3)計(jì)算，單位面積上的總開裂面積:

c=a·b

(3)

其中，Wi為第i條裂縫的最大寬度，mm,精確到0.01 mm；Li為第i條裂縫的長(zhǎng)度，mm,精確到1 mm；N為總的裂縫數(shù)目，條；A為平面薄板的面積，m2,精確到0.01 mm2；a為1條裂縫的平均開裂面積，mm2/條,精確到1 mm2/條；b為1 m2上的裂縫數(shù)目，條/mm2,精確到0.1條/m2；c為單位面積上的總開裂面積，mm2/m2,精確到1 mm2/m2。

取第一組1號(hào)試件為原型，繪制其CAD圖形，其余試件裂縫分布大致相同。裂縫分布如圖1所示。

根據(jù)圖1看出：裂縫出現(xiàn)在裂縫誘導(dǎo)器上方，平行于誘導(dǎo)器，離風(fēng)扇近的這端出現(xiàn)較長(zhǎng)裂縫，遠(yuǎn)端出現(xiàn)分布不均勻的短裂縫，但在模具最外側(cè)的兩個(gè)誘導(dǎo)器上很少出現(xiàn)裂縫。

采用裂縫顯微鏡讀出每條裂縫寬度(見圖2)，并通過式(3)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

表2 相關(guān)裂縫結(jié)果

通過對(duì)表2中的數(shù)據(jù)每列求平均值，再用各組數(shù)據(jù)除以對(duì)應(yīng)列的平均值，得到各組裂縫新的結(jié)果，相關(guān)裂縫結(jié)果如圖3所示。

通過對(duì)圖3分析，可以看出：混凝土中摻入的粉煤灰越多混凝土表面的裂縫越少。其中摻未摻粉煤灰的混凝土試塊，平均開裂面積是30%粉煤灰的試塊的1.78倍，單位面積裂縫數(shù)目是30%粉煤灰的試塊的1.75倍，總開裂面積是30%粉煤灰的試塊的1.52倍。

3 結(jié)語

以混凝土早期抗裂試驗(yàn)的結(jié)果為基礎(chǔ)，混凝土中摻入30%粉煤灰，會(huì)提高其早期抗裂性1.52倍～1.78倍。在工程實(shí)際中，在混凝土中摻入適量粉煤灰，可以降低混凝土成本，改善早期抗裂性能。