礦粉對水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂的改善

成 丹 畢芳華

(1.天津市市政工程設計研究院，天津 300051； 2.天津工業大學環境與化學工程學院，天津 300051)

礦粉對水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂的改善

成 丹1畢芳華2

(1.天津市市政工程設計研究院，天津 300051； 2.天津工業大學環境與化學工程學院，天津 300051)

依據相關理論進行了砂漿抗裂性能試驗，通過對試驗結果的分析討論，研究了礦粉對水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂性能的影響，結果表明礦粉可延遲水泥基膠凝材料的開裂時間，隨著礦粉摻量的增加，延遲效果越明顯。

礦粉，水泥，石灰石粉，開裂

混凝土結構的早期裂縫是指混凝土結構在正常使用荷載作用前，甚至施工荷載作用前，或拆模后不久就出現的裂縫。早期開裂對混凝土結構危害極大，因為早期抗裂性差的混凝土在后期更容易開裂。而且早期可見與不可見的裂縫會在混凝土內部造成結構損傷[1,2]，是各種有害介質后期侵入混凝土的通道，嚴重威脅著混凝土結構物的耐久性[3,4]。因此，開展水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂性能研究具有重要意義。文獻[5][6]指出水泥膠凝材料中的礦物摻合料，如粉煤灰，硅灰，高爐礦渣等，對新拌水泥膠凝材料的各種性能都具有較大影響。文獻[7][8]指出不同礦物摻合料的種類、摻量以及復摻，對水泥膠凝材料的早期裂縫的影響也不同。有關礦粉對水泥—石灰石粉復合膠凝材料的早期抗裂性能的影響方面的研究較少且不系統。因此，開展礦粉對水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂性能的影響研究具有重要意義。本文主要研究礦粉對水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂性能的影響。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥：采用北京興發水泥有限公司生產的P.I42.5拉法基瑞安基準水泥；石灰石粉：采用湖南華西投資有限公司產1250目重質碳酸鈣粉；礦粉：采用益陽南方環保公司S95級粒化高爐礦渣微粉超細粉；砂：湘江河砂，細度模數2.4，屬Ⅱ區中砂；水：采用自來水。

1.2 試驗方法

砂漿抗裂性能實驗參考JC/T 951-2005水泥砂漿抗裂性能試驗方法進行。開裂指數和抗開裂性能比按照式(1)、式(2)計算：

Wi=∑(Ai×li)

(1)

(2)

其中，Wi為開裂指數，mm；Ai為權重值；li為裂縫長度，mm；γ為抗開裂性能比(正值表示提高，負值表示降低)，%；W1為開裂指數的平均值，mm；W0為基準砂漿的開裂指數的平均值，mm。裂縫權重值見表1，水泥—石灰石粉—礦粉膠砂試驗配合比見表2。

表1 裂縫權重值

表2 水泥—石灰石粉—礦粉膠砂試驗配合比

2 試驗結果與討論

水泥膠砂的早期開裂先增加后減緩，6 h已有微裂縫出現，6 h～1 d裂縫發展迅速，1 d內的開裂基本達到了3 d開裂的95%左右。隨著礦粉摻量增加，水泥—石灰石粉膠砂在不同齡期的開裂均呈現出裂縫由長變短、由寬變窄、裂縫數目逐漸減少的規律。這說明粉煤灰對水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂有明顯的抑制作用。表3和圖1為礦粉摻量對水泥—石灰石粉膠砂早期開裂性能的影響。

表3 礦粉摻量對水泥—石灰石粉膠凝材料性能的影響

由表3及圖1可知，隨著礦粉摻量的增加，試件首次開裂時間隨之增加，L10S10，L10S20，L10S30分別比L10S0增加了15.4%，20.5%，28.2%。由此可見，礦粉可以延遲水泥膠砂的開裂時間，這是因為礦粉在早齡期并不表現出其活性，由于礦粉取代了部分水泥熟料，從而早齡期的水化膠凝材料減少，降低了硬化漿體自收縮值，延遲了開裂時間。

由表3可知，0 h～6 h齡期內，L10S0，L10S10，L10S20和L10S30四組開裂程度占3 d齡期的68.0%，81.9%,76.0%，81.5%；0 d～1 d齡期內，L10S0，L10S10，L10S20和L10S30四組開裂程度占3 d齡期的98.5%，97.9%，96.1%，96.8%。由此可見，礦粉會延遲水泥—石灰石粉膠砂6 h的開裂情況，1 d內的開裂基本達到了3 d早期開裂的90%左右，后期裂縫發展會較微弱。隨著礦粉摻量的增加，膠砂的開裂指數逐漸減小，6 h齡期時，L10S10，L10S20和L10S30的抗裂指數分別比L10S0組減少了45.5%，56%，70.6%，1 d齡期時，L10S10，L10S20和L10S30的抗裂指數分別比L10S0組減少了55%，61.5%，75.9%，2 d齡期時，L10S10，L10S20和L10S30的抗裂指數分別比L10S0組減少了54.6%，60.9%，75.5%，3 d齡期時，L10S10，L10S20和L10S30的抗裂指數分別比L10S0組減少了54.7%，60.6%，75.4%。

礦粉可以改善水泥—石灰石粉膠凝材料的早期開裂是因其具備形態效應和活性效應。摻入礦粉相當于在早期用水量不變的情況下降低水泥用量，礦粉的潛在活性可以促使早期單位體積漿體水泥水化速度降低，減緩早期收縮的產生，開裂延遲。同時，水泥水化量的減少使早期膠砂內部水量損失降低，減少了自收縮；水化后產生的膠凝體量減少使得干燥收縮降低；延緩水化速率使得膠砂在早期具有較強的徐變松弛能力，早期彈性模量發展相對緩慢，早期開裂明顯降低。

3 結語

1)礦粉可延遲水泥—石灰石粉膠砂的開裂時間，隨著礦粉摻量的增加，延遲效應越明顯，當摻量達到30%時，比不摻礦粉延遲28.2%。 2)礦粉可延遲水泥—石灰石粉膠砂6 h的開裂性能，且早期延遲效應明顯。不摻礦粉時，1 d內的開裂基本達到3 d早期開裂的95%左右，摻有礦粉時，1 d的開裂可降低到3 d早期開裂的90%左右，并且后期裂縫發展會較微弱。3)石灰石粉、粉煤灰、礦粉復摻的情況下，1 d內的開裂基本達到了3 d早期開裂的95%左右，后期裂縫發展會較微弱。4)礦粉摻量會影響各齡期水泥膠砂的開裂情況，且各齡期開裂規律表現一致，隨著礦粉摻量的增加，試件裂縫長度由長變短，對應的裂縫寬度由寬變窄，且裂縫數目逐漸減少，膠砂的開裂指數逐漸減小。

[1] Meddah M S,Tagnit-Hamou A.Effect of mineral admixtures on shrinkage measured on massive concrete elements[A].Proceedings of the 8th International Conference on Creep, Shrinkage and Durability Mechanics of Concrete and Concrete Structures[C].2008:381-386.

[2] 江云安,吳學禮.影響混凝土早期抗裂性能的幾個因素的研究[A].中國硅酸鹽學會2003年學術年會水泥基材料論文集(下冊)[C].2003.

[3] Thompson S R,Olsen M P J,Dempsey B J.Synthesis report: D-cracking in portland cement concrete pavements[J].Civil Engineering Studies,Jul. 1979-Mar. 1980 Illinois Univ., Urbana-Champaign.Dept. of Civil Engineering.,1980(1):72-73.

[4] 朱安民.混凝土碳化與鋼筋混凝土耐久性[J].混凝土,1992(6):18-22.

[5] Shi K B,Zhang S D.Ring Method Test on the early-Age Anti-Cracking Capability of High-Performance Lithium Slag Concrete[J].Applied Mechanics and Materials,2011(94):782-785.

[6] 翁家瑞,鄭建嵐,王雪芳.粉煤灰摻量對高性能混凝土收縮的影響[J].福州大學學報(自然科學版),2005,33(S1):143-146.

[7] 張德成,丁 鑄,侯憲欽,等.超細礦渣高性能混凝土試驗及水化研究[J].山東建材學院學報,1998,12(2)：99-102.

[8] 馬燁紅,吳笑梅,樊粵明.石灰石粉作摻合料對混凝土工作性能的影響[J].混凝土,2007(7):56-59.

Mineralpowderimprovingearlycrackingofcement-limestoneflourcementingmaterial

CHENGDan1BIFang-hua2

(1.TianjinMunicipalEngineeringDesignAcademy,Tianjin300051,China; 2.CollegeofEnvironmentandChemicalEngineering,TianjinUniversityofIndustry,Tianjin300051,China)

According to relevant theories, the article carries out mortar anti-cracking performance test, analyzes experimental results, and studies the impact of mineral powder upon early cracking performance of cement-limestone flour cementing material. Results show that: mineral powder can delay cement cementing material cracking time: with the mineral powder increasing, the delay effect will be more obvious.

mineral powder, cement, limestone flour, crackin

1009-6825(2014)33-0104-02

2014-09-17

成 丹(1990- )，男，碩士，助理工程師； 畢芳華(1987- )，女，在讀碩士

TU525

：A