粉煤灰對高強(qiáng)混凝土早齡期力學(xué)性能與自收縮的影響

劉東京，楊　楊,2，倪彤元,3，魏洪剛

(1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 3100014；2.浙江省工程結(jié)構(gòu)與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310014；3.浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江 杭州 310014；4.浙江華威建材集團(tuán)，浙江 杭州 310018)

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粉煤灰對高強(qiáng)混凝土早齡期力學(xué)性能與自收縮的影響

劉東京1，楊楊1,2，倪彤元1,3，魏洪剛4

(1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 3100014；2.浙江省工程結(jié)構(gòu)與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310014；3.浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江 杭州 310014；4.浙江華威建材集團(tuán)，浙江 杭州 310018)

摘要：以0.3水膠比的高強(qiáng)混凝土為對象，通過對不同粉煤灰摻量(0%、10%，20%、30%)混凝土實(shí)驗(yàn)，考察了粉煤灰摻量對高強(qiáng)混凝土早齡期力學(xué)性能和自收縮特性的影響。結(jié)果表明：與普通混凝土相比，粉煤灰高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度會在更早的齡期得到彌補(bǔ)；粉煤灰高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、拉伸彈模的發(fā)展速率隨齡期的變化規(guī)律基本相同，粉煤灰摻量的影響不明顯；粉煤灰對混凝土自收縮，尤其是早齡期自收縮有明顯的抑制作用，并且摻量越大，抑制作用越明顯。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)混凝土；粉煤灰；早齡期；力學(xué)性能；自收縮

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展和建筑業(yè)發(fā)展的需求，高強(qiáng)混凝土得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于高強(qiáng)混凝土的制備通常以降低水膠比或摻入外加劑、礦物摻合料等方式獲取[1]，使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通混凝土不同。主要表現(xiàn)在，高強(qiáng)混凝土的早期水化較普通混凝土更為劇烈，早齡期的力學(xué)性能的發(fā)展及自收縮特性與普通混凝土差異明顯。

另一方面，粉煤灰作為礦物摻合料在混凝土的發(fā)展過程中起著越來越重要的作用，普通混凝土中摻加粉煤灰已成為常規(guī)技術(shù)。通常認(rèn)為粉煤灰會降低普通混凝土的早期強(qiáng)度和發(fā)展速度[2]，但粉煤灰及其摻量對高強(qiáng)混凝土早齡期力學(xué)性能和自收縮的影響還未得到深入研究。

本文以0.3水膠比的高強(qiáng)混凝土為研究對象，通過對不同粉煤灰摻量(0%、10%、20%、30%)的高強(qiáng)混凝土的試驗(yàn)研究，考察粉煤灰摻量對高強(qiáng)混凝土早齡期力學(xué)性能(抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、拉伸彈模)和自收縮特性的影響并分析其規(guī)律。

1實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1原材料及混凝土配合比

研究中所用的實(shí)驗(yàn)材料均由浙江華威建材集團(tuán)提供，原材料的物理性質(zhì)見表1，粗細(xì)骨料均以飽和面干狀態(tài)計(jì)算?；炷僚浜媳纫姳?，表中同時(shí)給出了混凝土拌合特性?；炷了z比為0.3，粉煤灰摻量分別為0%、10%、20%、30%；為了達(dá)到良好的工作性，配制過程中加入聚羧酸高效減水劑[3]，以控制其坍落擴(kuò)展度在(550±20)mm。

表1　原材料基本物理性質(zhì)

表2　混凝土配合比

注：B=FA+C；A=S+G，它們代表的意思見表1。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

混凝土強(qiáng)度試件采用尺寸100 mm×100 mm×100 mm，自收縮試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm?；炷寥肽：?，即轉(zhuǎn)移至溫度為(20±1)℃、相對濕度(RH)為(60±5)%的養(yǎng)護(hù)室中，并同時(shí)覆蓋塑料薄膜以及潮濕無紡布來阻止水分逸散。試件養(yǎng)護(hù)至混凝土齡期為1 d左右拆模，拆模后立即依次用塑料膜、鋁箔膠帶密封，至預(yù)設(shè)測量齡期。自收縮通過高精度位移傳感器以及數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行測量，起測齡期為12 h，測定時(shí)間間隔為1 h。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1粉煤灰對高強(qiáng)混凝土早齡期基本力學(xué)性能的影響

2.1.1粉煤灰對高強(qiáng)混凝土早齡期強(qiáng)度的影響

因本研究采用100 mm×100 mm×100 mm混凝土試件為非標(biāo)準(zhǔn)試件，故實(shí)驗(yàn)所測強(qiáng)度值需相應(yīng)修正，修正后的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2。

圖1　各摻量粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度經(jīng)時(shí)發(fā)展及速率比較

圖2　各摻量粉煤灰混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度經(jīng)時(shí)發(fā)展及速率比較

由圖1a)及圖2a)可見，無論是抗壓強(qiáng)度還是劈裂抗拉強(qiáng)度，由于粉煤灰的摻入，與不摻者相比均表現(xiàn)為強(qiáng)度的降低，并且隨粉煤灰摻量的增大強(qiáng)度降低明顯，尤其是劈裂抗拉強(qiáng)度。但是，如圖1b)及圖2b)可見，就強(qiáng)度的發(fā)展速率而言，在本研究的高強(qiáng)混凝土粉煤灰摻量30%的范圍內(nèi)，粉煤灰摻量的影響并不明顯，強(qiáng)度發(fā)展速率與齡期關(guān)系基本相同，幾乎處于同一曲線。由圖中可知，混凝土強(qiáng)度發(fā)展都是在3 d之前完成絕大部分，隨著齡期的發(fā)展，增長速率越來越小；并且從強(qiáng)度發(fā)展速率圖中也可以看出，高摻量粉煤灰混凝土14 d左右的強(qiáng)度發(fā)展速率呈現(xiàn)出高于低摻量粉煤灰混凝土，甚至高于不摻粉煤灰的混凝土。因此，可以認(rèn)為，盡管粉煤灰會限制高強(qiáng)混凝土早齡期的強(qiáng)度發(fā)展，但是強(qiáng)度比普通強(qiáng)度的粉煤灰混凝土?xí)诟?齡期14 d前后)得到彌補(bǔ)。其原因可能和粉煤灰引起的二次水化[4]以及微集料作用有關(guān)。

2.1.2粉煤灰對高強(qiáng)混凝土早齡期拉伸彈性模量的影響

混凝土的拉伸彈性模量采用100 mm×100 mm×400 mm棱柱體試件，在本研究團(tuán)隊(duì)自行設(shè)計(jì)的拉伸徐變裝置上進(jìn)行直接拉伸獲得[5]，結(jié)果見圖3。

圖3　各摻量粉煤灰混凝土拉伸彈性模量經(jīng)時(shí)發(fā)展及速率比較

由圖3a)可知，粉煤灰摻量不超過20%時(shí)，粉煤灰對拉伸彈性模量的影響相比于抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度而言都要小，并且在齡期為7 d時(shí)已與不摻粉煤灰的混凝土基本相同。但摻量30%時(shí)影響較大。如圖3b)所示，從拉伸彈性模量速率發(fā)展曲線上也可以看出與抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度相似的規(guī)律。

2.2粉煤灰摻量對HPC自收縮特性影響分析

混凝土自收縮是指在恒溫絕熱條件下由于膠凝材料的繼續(xù)水化引起自干燥而造成的混凝土宏觀體積的減少[6]。隨著混凝土的發(fā)展，各種高性能混凝土相繼出現(xiàn)，水灰比降低、外加劑的使用、礦物摻合料的普及都對混凝土自收縮尤其是早期的自收縮產(chǎn)生了很大的影響，使得混凝土自收縮成為影響其裂縫發(fā)展的很重要的一個(gè)因素[7]。粉煤灰摻量分別為0%、10%、20%的高強(qiáng)混凝土自收縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4　不同粉煤灰摻量混凝土自收縮經(jīng)時(shí)變化

自收縮的測量起始點(diǎn)為0.5 d齡期，持續(xù)至28 d。由圖4可明顯看出，粉煤灰對混凝土的自收縮起到抑制作用，并且隨著粉煤灰的摻量增加，對自收縮的抑制也就更為明顯。這種作用不僅表現(xiàn)在28 d的總收縮值，摻粉煤灰0%、10%、20%在28 d的收縮值分別為426、345、325με，依次減??；在自收縮變化最為迅速的早齡期起到的抑制作用更為明顯，如1 d時(shí)，摻粉煤灰0%、10%、20%的混凝土自收縮值分別為163、60、35με，其中摻入粉煤灰10%的混凝土1 d收縮值較基準(zhǔn)混凝土減少了63%；20%粉煤灰混凝土減少了78%，這對高強(qiáng)混凝土早期開裂控制有很大的幫助。

3結(jié)語

在本研究粉煤灰摻量的范圍內(nèi)可得出如下結(jié)論：

1)粉煤灰高強(qiáng)混凝土的早期強(qiáng)度盡管由于粉煤灰的摻入會受到影響，但強(qiáng)度發(fā)展都是在3 d之前完成絕大部分，而且與普通混凝土相比，摻粉煤灰的高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度會在更早的齡期得到彌補(bǔ)。

2)粉煤灰高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、拉伸彈模的發(fā)展速率隨齡期的變化規(guī)律基本相同，粉煤灰摻量的影響不明顯。

3)粉煤灰對混凝土的自收縮，尤其是早齡期自收縮變形有明顯的抑制作用，并且粉煤灰摻量越大，抑制作用越明顯。

參 考 文 獻(xiàn)

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收稿日期：2016-03-01

作者簡介：劉東京(1989—)，男，河南商丘人，碩士在讀。

中圖分類號：TU528.31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-3707(2016)07-0048-04

Influence of the Flyash to the Mechanical Property at the Early Ageand Self-Constriction for the High-Strength Concretec

LIU Dongjing1, YANG Yang1,2, NI Tongyuan1,3, WEI Honggang4