水工混凝土抗裂性能中粉煤灰的影響

朱永明

（廣西中水工程檢測有限公司 廣西南寧 530001）

引言

水工混凝土結(jié)構(gòu)的作用穩(wěn)定性，是保證所處水利工程項目建設(shè)使用安全可靠性的關(guān)鍵。為保證混凝土的強度與抗裂性能效果，研究人員通過摻入粉煤灰來進行優(yōu)化控制。而實際使用過程，粉煤灰易受施工環(huán)境復雜與技術(shù)局限等問題的影響，進而降低粉煤灰的作用效果。為此，相關(guān)建設(shè)者應在明確粉煤灰對水工混凝土抗裂性能影響作用原理的情況下，明確具體的影響因素。如此，就可在水工混凝土的實際建設(shè)過程對粉煤灰的作用質(zhì)量進行有效控制，進而提升水工建筑物建設(shè)使用的安全穩(wěn)定性。

1 研究水工混凝土抗裂性能中粉煤灰影響的現(xiàn)實意義

據(jù)分析統(tǒng)計，粉煤灰是在20世紀30年代開始作用于水工混凝土的，其能最大程度的降低混凝土的水化熱溫度。隨著經(jīng)濟發(fā)展進程的不斷加快，水工建筑物中運用粉煤灰的含量越來越高，這就使其在該類工程項目中占據(jù)著越來越重要的位置。到目標截面，摻入大量的粉煤灰已經(jīng)成為保障水工混凝土抗裂性能的關(guān)鍵。然而，在實踐過程中，因使用方法不當導致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了裂縫病害，這不僅會對混凝土工程的耐久性造成威脅，還會降低整個水工建筑項目建設(shè)使用的安全可靠性。為此，相關(guān)建設(shè)者應在明確粉煤灰對水工混凝土抗裂性能影響原理的情況下，確定具體的粉煤灰作用因素。如此，水工混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)者應將得出的結(jié)果進行實踐控制，以提高工程項目建設(shè)使用的質(zhì)量效果[1]。

2 粉煤灰對水工混凝土抗裂性能影響的作用原理

研究表明，水工混凝土摻雜粉煤灰后，能夠大幅提升混凝土的抗裂性能，其具體的作用原理為：

（1）水工混凝土中粉煤灰的形態(tài)塑造功能，能夠?qū)⑵錅p水效果充分發(fā)揮出來，進而降低混凝土單位的用水量。如此，不僅能夠保證水工混凝土結(jié)構(gòu)基本的強度效果，還能降低施工造價成本。這里造價成本控制效果，是因為粉煤灰的摻入減少了混凝土水化熱的溫升值，且降低了混凝土結(jié)構(gòu)溫度變形的發(fā)生幾率。此外，水工混凝土摻入粉煤灰后，還提升了其結(jié)構(gòu)的致密效果，進而使混凝土的抗裂能力得到了大幅度的提升[2]。

（2）粉煤灰運用后的火山灰效應能夠增加水工混凝土結(jié)構(gòu)的反應勢能，進而強化混凝土的后期作用強度。在此作用背景下，混凝土的抗壓強度就得到了提升，進而為混凝土的抗裂性能效果控制提供了重要助力。

（3）作用于水工混凝土結(jié)構(gòu)的粉煤灰，其微集料效應能夠產(chǎn)生致密作用，進而降低了混凝土硬化現(xiàn)象的發(fā)生機率。這里的硬化現(xiàn)象是指，有害孔，有效保證混凝土結(jié)構(gòu)作用的密實性。此外，在化學作用方面，粉煤灰的水化物能夠起到骨架支撐作用，即通過提升了混凝土的粘結(jié)強度，進而改善混凝土的地質(zhì)性能。上述作用過程原理，均能提升水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能效果[3]。

3 水工混凝土抗裂性能中粉煤灰的影響分析

3.1 水泥脆性系數(shù)影響

水工混凝土摻雜粉煤灰后的水泥脆性系數(shù)是指，水泥膠砂抗壓強度與抗折強度的比知識，本文用K來表示。經(jīng)分析，其取值的大小易受水泥品種、水泥礦物成分、混合材料品種以及水化齡期等因素的影響。為此，研究人員采用試驗方法分析粉煤灰運用對水工混凝土抗裂性能的影響，即將等量的粉煤灰代替水泥，來找出差異[4]。如表1所示，為具體試驗結(jié)果。

表1 摻入粉煤灰水泥脆性系數(shù)

表中F是指：粉煤灰用量；B是指：膠凝材料用量；F/B是指：粉煤灰摻量。水泥脆性系數(shù)是隨著粉煤灰摻入量的增加而減少的；在齡期方面，是隨其增加而增大的。因此，可以判斷粉煤灰能夠起到降低混凝土水泥脆性的作用。

3.2 混凝土彈性模量影響

水泥混凝土環(huán)境中，低彈性模量能夠使混凝土出現(xiàn)變形時降低應力，進而規(guī)避裂縫問題出現(xiàn)的可能性。經(jīng)分析統(tǒng)計，粉煤灰摻量增加后，混凝土彈性模量將下降。且一定抗壓強度范圍內(nèi)，軸向抗拉強度會隨著粉煤灰摻量的增加而增加的趨勢。

3.3 降低混凝土溫度影響

水工混凝土結(jié)構(gòu)中，粉煤灰作為摻合料能夠取代水泥，進而降低混凝土的絕熱溫升值。當粉煤灰的摻量增加時，混凝土的絕熱溫升會越小。此外，當絕熱溫升值下降后，混凝土的水化熱溫升與內(nèi)外溫差也會縮小，大幅降低了混凝土的溫度應力影響。此環(huán)境背景下，不僅能夠提升混凝土早期的抗裂能力，還能有效防止混凝土表面出現(xiàn)貫穿裂縫。在溫控方面，在降低了3～10℃的水化熱溫升后，將對混凝土起到與冷卻水管相同的作用[5]。

3.4 混凝土干縮影響

當水工混凝土內(nèi)部水分減少后，干縮問題就會導致混凝土體積出現(xiàn)收縮問題。此外，如混凝土處在鋼筋厚實相鄰構(gòu)件的約束狀態(tài)，當產(chǎn)生拉應力后且超出抗拉強度，就會出現(xiàn)開裂病害。經(jīng)研究人員對不同摻量的粉煤灰對混凝土的干縮變形影響進行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，干縮變形程度會隨著期齡、摻量的增加而增加，會隨著干縮變形而減小。如水工混凝土的干縮變形減少就會對混凝土表面的拉應力造成影響，進而提升混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

3.5 混凝土徐變影響

徐變能使建筑物混凝土的內(nèi)部應力及變形不斷發(fā)生重分布，并能使建筑物中局部應力集中現(xiàn)象得到緩和，對混凝土的抗裂性能的提高是有利的。徐變對水工大體積混凝土的溫度應力的緩解也起著有利作用，尤其是在溫度變化程度變小時，局部的溫度變形就會被抵消，進而降低溫度變形問題所帶來的負面影響。

3.6 自生體積變形影響

水工混凝土在硬化過程中，會因膠凝材料的水化而對混凝土結(jié)構(gòu)的體積造成變化影響，此過程，就被業(yè)內(nèi)人士稱為滋生體積變形?；炷磷陨w積的變形被歸納在收縮變形類型中，其會導致混凝土內(nèi)部應力減少。原型觀測的結(jié)果有膨脹也有收縮，當粉煤灰摻量達到49%時，混凝土原型觀測（＞400d）自生體積變形為一72×10-6，表現(xiàn)為收縮；而摻量為51%時則為54×10-6，表現(xiàn)為膨脹，這可能受介質(zhì)溫度、濕度、干縮等因素的影響。但總的來說，提高粉煤灰摻量將改善混凝土的自生體積變形[6]。

4 結(jié)束語

綜上所述，粉煤灰的水泥脆性系數(shù)、彈性模量、混凝土溫度、混凝土干縮、混凝土徐變以及自生體積變形等因素均會對水工混凝土抗裂性能造成影響。為此，相關(guān)建設(shè)人員應根據(jù)試驗獲得的數(shù)據(jù)分析結(jié)果對粉煤灰的使用方法、用量以及針對性進行控制，進而滿足水工建筑物對混凝土結(jié)構(gòu)作用強度、可靠性以及施工質(zhì)量等需求。

參考文獻

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[2]周厚貴，張振宇.水工超高摻粉煤灰混凝土設(shè)計與試驗研究[J].水力發(fā)電學報，2017，36（05）：1～9.

[3]白轉(zhuǎn)轉(zhuǎn).水工混凝土中粉煤灰摻合料對混凝土性能的影響[J].山西水利科技，2016（04）：79～81.

[4]劉娟，徐怡，張細和.超高粉煤灰摻量水工混凝土徐變及預測分析[J].人民黃河，2015，37（08）：133～136.

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[6]張守杰，李學英，李鳳泉.摻粉煤灰水工混凝土的工作性和抗壓強度[J].低溫建筑技術(shù)，2013，35（12）：12～13.