粉煤灰摻量對混凝土抗裂性能的影響

張 林，錢國林

(浙江天地環保科技有限公司，杭州 310000)

混凝土中產生裂縫有多種原因，主要有溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料使用不當，養護不到位，基礎不均勻沉降等[1-3]。 混凝土硬化期間膠凝材料水化放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，混凝土由內及外產生溫度梯度差，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝上的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫[4-6]。論文通過混凝土絕熱溫升和刀口抗裂試驗研究不同粉煤灰摻量對于混凝土抗裂性能的影響。

1 試 驗

1.1 原材料

水泥：采用紅獅P O42.5水泥，物理力學性能指標見表1。

粉煤灰：采用浙江天地環?？萍加邢薰炯闻d分公司Ⅱ級粉煤灰，化學成分見表2，物理力學性能指標見表3。

河砂細度模數2.5，級配良好； 5～25 mm連續級配碎石，吸水率0.9%，壓碎值8.5%，針片狀含量6.5%；聚羧酸減水劑，固含量20%，減水率23.2%，引氣量3.5%。

表1 水泥的物理力學性能

參照《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)。

表2 粉煤灰化學成分 w/%

表3 粉煤灰物理力學性能指標

參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596—2016)。

1.2 試驗配合比

試驗采用C35和C45兩個混凝土配合比，粉煤灰摻量分別為10%、20%、30%，見表4和表5。

表4 C35混凝土試驗配合比

表5 C45混凝土試驗配合比

1.3 試驗方法

絕熱溫升試驗采用舟山市博遠科技開發有限公司的BY-BTC/B(B)型混凝土熱物理參數測定儀，由絕熱試驗箱、絕熱溫升試樣桶與比熱容試驗桶等組成，具有混凝土絕熱溫升、比熱容測定功能，還具有高精度恒溫試驗箱和高精度模擬環境溫度測試箱擴展功能，試驗溫度：5～80 ℃；絕熱溫度跟蹤：小于±0.1 ℃，10～80 ℃。

混凝土早期開裂試驗依據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T50082—2009)進行。試件采用尺寸為800 mm×600 mm×100 mm的平面薄板型標準試件，2個試件為一組。

2 結果分析

2.1 混凝土的絕熱溫升

混凝土絕熱溫升試驗有助于了解其放熱歷程，從而為混凝土不同時段的溫控提供參考。影響混凝土絕熱溫升的因素包括：澆筑溫度、水泥品種及用量、摻合料品種及用量。該次研究主要為了探討不同粉煤灰摻量對混凝土絕熱溫升的影響，進一步分析粉煤灰摻量對混凝土抗裂性的影響。分別測試了粉煤灰摻量為10%、20%、30%C35混凝土及C45混凝土初期、1 d、3 d、7 d、14 d、28 d、60 d、90 d的絕熱溫升。C35混凝土不同試驗齡期的絕熱溫升結果見表6，C45混凝土不同齡期的決溫升試驗結果見表7。

表6 C35混凝土絕熱溫升 /℃

粉煤灰的摻入可以減少水泥用量，從而降低發熱量很大的C3A和C3S的數量，降低膠凝材料的水化熱，因此摻加粉煤灰可以降低混凝土的絕熱溫升，有利于減小溫度應力。由表6試驗結果可知，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土絕熱溫升在各個齡期都有不同程度的下降，在7 d齡期，等膠凝材料用量條件下，未摻粉煤灰的FD1的絕熱溫升為65.2 ℃，摻30%粉煤灰的FD4的絕熱溫升為48.2 ℃，較FD1降低17 ℃(26.1%)，降低效果非常明顯。

表7 C45混凝土絕熱溫升 /℃

由表7試驗結果可知，高強度等級的混凝土絕熱溫升規律與低強度等級混凝土類似，均是隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土絕熱溫升逐漸降低，且降低幅度越來越大。在7 d齡期，等膠凝材料用量條件下，未摻粉煤灰的FG1的絕熱溫升為69.9 ℃，摻30%粉煤灰的FG4的絕熱溫升為55.6 ℃，較FG1降低14.3 ℃(20.4%)。

因此，粉煤灰的摻入可大幅降低混凝土結構的絕熱溫升，且降低幅度隨著摻量的增加越加明顯，減少溫度應力對混凝土墩身帶來的潛在開裂風險。

2.2 混凝土的早期開裂敏感性

在混凝土處于塑性狀態時，混凝土的抗拉強度很低，當表面張力大于混凝土的抗拉強度時，則產生塑性收縮裂縫。混凝土塑性收縮裂縫是發生在混凝土凝結之前的收縮變形，在實際工程中，許多裂縫問題都屬于混凝土早期開裂。刀口約束法早期抗裂試驗，主要測定混凝土的早期24 h內塑性收縮和干燥收縮引起的開裂。C35混凝土和C45混凝土早期開裂試驗結果見表8。

表8 混凝土早期開裂

由表8早期開裂試驗結果可知：純水泥組混凝土單位面積內開裂面積最大，摻加粉煤灰可以減小混凝土單位面積內開裂面積，且隨著粉煤灰摻量的增加開裂面積逐漸減小，C35混凝土純水泥組總開裂面積為621.5 mm2/m2，摻加30%粉煤灰組混凝土總開裂面積為370.2 mm2/m2，減小了40%；C45混凝土純水泥組總開裂面積為650.2 mm2/m2，摻加30%粉煤灰組混凝土總開裂面積為396.5 mm2/m2，減小了39%，可見摻加粉煤灰對混凝土開裂的抑制作用對于不同強度等級混凝土是一致的。這主要是因為：混凝土表面及內部濕度的降低是導致混凝土早期塑性收縮產生的主要原因，粉煤灰的摻入延緩了膠凝材料體系的水化速率，延緩了因化學結合水的減少而導致的混凝土內部濕度降低的趨勢，粉煤灰按照一定比例摻配，優化了混凝土的工作性，減少了混凝土的離析、泌水，增加了混凝土的保水性，使混凝土內部濕度能夠更長時間保持。

3 結 論

a.粉煤灰的摻入可大幅降低混凝土結構的絕熱溫升，且降低幅度隨著摻量的增加越加明顯，能減少溫度應力對混凝土墩身帶來的潛在開裂風險。

b.摻加粉煤灰可以減小混凝土單位面積內開裂面積，且隨著粉煤灰摻量的增加開裂面積逐漸減小，摻加粉煤灰對混凝土開裂的抑制作用對于不同強度等級混凝土是一致的。