粉煤灰對于混凝土早期抗裂的影響試驗研究

李 斌 文 佳 趙 博

(中交路橋建設有限公司，北京 100027)

0 引言

混凝土的抗裂性是指混凝土抵抗體積變形導致開裂的能力。在混凝土內部水化反應的早期放出熱量，引起混凝土內部溫度升高，與環(huán)境溫度形成溫差，引起表面開裂[1]。早期開裂會降低混凝土對鋼筋的保護，導致鋼筋銹蝕膨脹，甚至縱筋會使混凝土保護層開裂，直到剝落，這樣就進一步加速了鋼筋腐蝕和混凝土剝落[2-4]。橋梁下部結構經常受到水的沖刷，這使得開裂后的混凝土耐久性進一步降低，特別是西北鹽漬地區(qū)。粉煤灰通常所指的是，研磨的細煤粉經燃煤電廠燃燒后，從煙道排走被收塵裝置收集的物質。它廣泛運用于水泥中，對水泥的強度等級的調節(jié)、降低水化熱和成本、改善水泥性能有一定幫助[5]。在混凝土中使用粉煤灰替代部分水泥時，需要考慮其對混凝土早期開裂性能的影響。

1 試驗配合比及試驗方案

1.1 原材料

1)水泥。

水泥采用寧夏青銅峽水泥股份有限公司的P.O42.5水泥；石子采用太陽山石料廠，最大粒徑為20 mm；砂子采用陜西武功砂廠生產的細度模數為2.82的砂子；拌合水是自來水。

2)粉煤灰及外加劑。

粉煤灰采用華電寧夏靈武發(fā)電有限公司生產的粉煤灰；外加劑采用北京世紀佳邦建材有限公司生產的減水劑。

1.2 試驗配合比

為研究混凝土早期抗裂性能在粉煤灰摻加后的影響，開展了兩組早期開裂試驗，分別研究相同配合比下沒有摻入粉煤灰和摻加了30%粉煤灰后的對比試驗。試件的配合比如表1所示。

表1 抗裂試驗配合比 kg/m3

1.3 早期開裂試驗方案

依據GB/T 50082—2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準中關于早期開裂試驗的要求，本次試驗制備了4 個平面薄板型試件(每組2 個)，模具采用槽鋼焊接的800 mm×600 mm×100 mm標準試件尺寸邊框，邊框與底板用螺栓固定。模具內設置7根裂縫誘導器，相距間隔均為50 mm。

進行2組(4個試件)試驗，一組為不摻粉煤灰的標準組，一組為摻30%粉煤灰組，固定5 m/s風速持續(xù)24 h，然后分析試件上的裂縫現(xiàn)象[9]。

2 試驗結果及分析

采集數據在澆筑后24 h后進行，按式(1)計算，每條裂縫的平均開裂面積：

(1)

按式(2)計算，單位面積的裂縫數目:

(2)

按式(3)計算，單位面積上的總開裂面積:

c=a·b

(3)

其中，Wi為第i條裂縫的最大寬度，mm,精確到0.01 mm；Li為第i條裂縫的長度，mm,精確到1 mm；N為總的裂縫數目，條；A為平面薄板的面積，m2,精確到0.01 mm2；a為1條裂縫的平均開裂面積，mm2/條,精確到1 mm2/條；b為1 m2上的裂縫數目，條/mm2,精確到0.1條/m2；c為單位面積上的總開裂面積，mm2/m2,精確到1 mm2/m2。

取第一組1號試件為原型，繪制其CAD圖形，其余試件裂縫分布大致相同。裂縫分布如圖1所示。

根據圖1看出：裂縫出現(xiàn)在裂縫誘導器上方，平行于誘導器，離風扇近的這端出現(xiàn)較長裂縫，遠端出現(xiàn)分布不均勻的短裂縫，但在模具最外側的兩個誘導器上很少出現(xiàn)裂縫。

采用裂縫顯微鏡讀出每條裂縫寬度(見圖2)，并通過式(3)進行計算，結果如表2所示。

表2 相關裂縫結果

通過對表2中的數據每列求平均值，再用各組數據除以對應列的平均值，得到各組裂縫新的結果，相關裂縫結果如圖3所示。

通過對圖3分析，可以看出：混凝土中摻入的粉煤灰越多混凝土表面的裂縫越少。其中摻未摻粉煤灰的混凝土試塊，平均開裂面積是30%粉煤灰的試塊的1.78倍，單位面積裂縫數目是30%粉煤灰的試塊的1.75倍，總開裂面積是30%粉煤灰的試塊的1.52倍。

3 結語

以混凝土早期抗裂試驗的結果為基礎，混凝土中摻入30%粉煤灰，會提高其早期抗裂性1.52倍～1.78倍。在工程實際中，在混凝土中摻入適量粉煤灰，可以降低混凝土成本，改善早期抗裂性能。