礦渣和粉煤灰混凝土的抗裂性能研究

1、第6期2012年6月廣東水利水電GUANGD0NGWATERRES0URCESHYDROPOWERNo6Jun2012礦渣和粉煤灰混凝土的抗裂性能研究術(shù)王立華，陳理達，劉佳，陳錫容(廣東省水利水電科學研究院，廣東省水利重點科研基地，廣東廣州510635)摘要：礦渣作為摻合料在混凝土中的應(yīng)用日益普及，摻量也不斷提高，尤其在硫酸鹽、氯離子和海水侵蝕環(huán)境的混凝土中，礦渣粉和粉煤灰是不可或缺的重要組分。研究發(fā)現(xiàn)，摻入礦渣粉和粉煤灰使水泥膠砂的脆

2、性系數(shù)明顯減小，而且隨著摻量增大，脆性系數(shù)具有減小的趨勢，有利于降低膠砂和混凝土的開裂傾向。從長期來看，礦渣混凝土抗裂性優(yōu)于空白混凝土，而粉煤灰混凝土與空白混凝土大致相當，或稍優(yōu)。延長養(yǎng)護時間，可減小混凝土的脆性系數(shù)，提高極限拉仲值。關(guān)鍵詞：礦渣；粉煤灰；混凝土抗裂性中圖分類號：TV431文獻標識碼：A文章編號：1008—0112(2012)06—0029—03為了改善混凝土的性能和利廢等目的，礦渣和粉煤灰作為摻合料在混凝土中的應(yīng)用日益

3、普及，摻量也不斷提高，尤其在硫酸鹽、氯離子和海水侵蝕環(huán)境的混凝土中，摻合料是不可或缺的重要組分。與水泥熟料相比，礦渣和粉煤灰等摻合料的水化速度要慢得多，因此對養(yǎng)護的敏感性也會更強，在大摻量時更是如此。如果不能得到恰當?shù)酿B(yǎng)護，大摻量摻合料混凝土的膠凝材料不能充分水化，也會產(chǎn)生顯著的干縮變形，甚至導致開裂，從而顯著降低混凝土抗海水侵蝕、抗碳化等耐久性能，可見，混凝土的抗裂性對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是非常重要的。本文就大摻量粉煤灰和礦渣混凝土的抗

4、裂性能進行了系統(tǒng)的研究。1混凝土抗裂性能評價方法11極限拉伸值(￡)混凝土軸心拉伸時，斷裂前最大拉長應(yīng)變稱為極限拉伸值?；炷翗O限拉伸是混凝土臨近斷裂時的相對伸長?！痘炷林亓卧O(shè)計規(guī)范》(DL5108—1999)規(guī)定，為防止大壩裂縫，溫控設(shè)計中必須提出混凝土抗裂性指標，一般采用中心受拉的極限拉伸值。在其他條件相同時，混凝土極限拉伸值越大，抗裂性越強。但是，只用極限拉伸值評定混凝土的抗裂性能，而不考慮混凝土的干縮變形是不全面的，干縮變形

5、對混凝土抗裂性能影響很大，尤其是非大體積混凝土結(jié)構(gòu)易受干縮影響而開裂。如砂漿的極限拉伸值比混凝土的大(約為混凝土的14倍)，但十縮變形遠大于混凝土，其抗裂性小于混凝土。通?；炷恋目估瓘姸仍礁?、膠凝材料用量越多，其極限拉伸值也越大。但水泥量的增加勢必帶來水化熱溫升等問題(尤其是大體積混凝土)，反而對混凝土的抗裂性不利。12脆性系數(shù)(b)ERingot等認為改善混凝土的抗裂性最重要的是降低其脆性。脆性系數(shù)一般定義為混凝土的抗壓強度與抗拉強

6、度(或抗折強度、或劈拉強度)之比，其值越小，混凝土的脆性越小、韌性越大、抗裂性越好。13彈強比彈強比是混凝土的彈性模量與其抗壓強度之比。彈強比越小，相同強度下的彈性模量更低，混凝土的抗裂能力也越好。彈強比是至今為止對混凝土抗裂評價使用最為廣泛的指標，在_T程實踐中較易得到。14抗裂能力指數(shù)(，)抗裂能力指數(shù)是混凝土的止裂力與起裂力之比，用式(1)計算：，=式中為n天齡期時混凝土的干縮率(膨脹時取負號)；K(n，t)為n天齡期時混凝土的松

7、弛系數(shù)；其他符號意義同前?？沽涯芰χ笖?shù)越大，則混凝土的抗裂能力越強?？沽涯芰χ笖?shù)基本上包括了混凝土抗裂性的各種因素在內(nèi)，比較全面。抗裂能力指數(shù)將混凝土開裂原因視為起裂力與止裂力相互作用的結(jié)果，而對大壩混凝土，認為所有能引起混凝土收縮的潛在作用力就是收稿日期：2012—03—16；修回日期：2012—04—06作者簡介：王立華(1972一)，男，碩士，高級T程師，從事水T材料技術(shù)研究?；痦椖浚簭V東省水利廳立項資助項目，項日編號2006—

8、10#。292012年6月第6期廣東水利水電4試驗結(jié)果及分析41水泥膠砂脆性系數(shù)水泥膠砂配合比為膠凝材料450g、標準砂135％、水225mL，其中膠凝材料由水泥和礦渣粉或粉煤灰按比例組成。由圖l和圖2可見，與不摻礦渣的水泥膠砂相比，摻人60％礦渣3d和28d齡期的脆性系數(shù)分別減小308％和148％；摻人30％粉煤灰3d和28d齡期的脆性系數(shù)分別減小135％和56％。摻人礦渣粉和粉煤灰使水泥膠砂的脆性系數(shù)明顯減小，而且隨著摻量增大，脆性

9、系數(shù)具有減小的趨勢，有利于降低膠砂和混凝土的開裂傾向。2040608O礦渣粉摻量／％—卜3d—■一28d圖1摻礦渣的水泥膠砂脆性系數(shù)一摻量關(guān)系42混凝土脆性系數(shù)和極限拉伸為保證不同養(yǎng)護方式的試件在試驗時的含水量相E～—lO203040粉煤灰摻量／％—3d—_28d圖2摻粉煤灰的水泥膠砂脆性系數(shù)一摻量關(guān)系同(處于干燥狀態(tài))，設(shè)定試驗齡期為45d，養(yǎng)護制度分為如下4種，A：標準養(yǎng)護28d、干縮室17d；B：標準養(yǎng)護】4d、干縮室31d；C：

10、標準養(yǎng)護3d、干縮室42d；D：標準養(yǎng)護0d、干縮室45d。標準養(yǎng)護溫度為202℃，濕度不小于95％；干縮室溫度為202c(=，濕度為605％。干燥狀態(tài)的混凝土試件從干縮室取出直接進行試驗。由表8可知，養(yǎng)護時間由28d縮短為14d和3d，混凝土的脆性系數(shù)均具有增大的趨勢，極限拉伸值減小。采用養(yǎng)護制度D時，由于混凝土的抗壓強度顯著下降，導致其脆性系數(shù)減小，但這并不能表示混凝土的抗裂性下降，反而由于其抗拉強度和極限拉伸值減小，收縮值增大而更

11、容易開裂?？傮w上說，延長養(yǎng)護時間可改善混凝土的抗裂性。表8混凝土的脆性系數(shù)和極限拉伸值試驗結(jié)果43混凝土彈強比、抗裂能力指數(shù)和抗裂性指數(shù)由表9可知，養(yǎng)護28d時，彈強比由大到小的順序：粉煤灰混凝土礦渣粉混凝土空白混凝土，彈強比越大，抗裂性越差；養(yǎng)護28d時，抗裂能力指數(shù)(，)和抗裂性指數(shù)(77)由大到小的順序：礦渣粉混凝土空白混凝土粉煤灰混凝土，抗裂能力指數(shù)越大，抗裂性越好。由于粉煤灰和礦渣具有二次水化反應(yīng)，后期性能大幅提高，抗拉強度和