不同養護方式對摻粉煤灰水工混凝土抗壓強度的影響研究

龔 祖

（昌圖縣水利勘測設計有限公司，遼寧 鐵嶺 112500）

近年來，隨著混凝土技術的不斷發展以及對生態環保的高度重視，粉煤灰在混凝土中的廣泛應用使其逐漸成為實現可持續發展的重要途徑途徑[1]。在實際工程中使用的粉煤灰通常低于30%，而關于大摻量粉煤灰的應用及相關研究還不夠深入。實踐表明，摻入適量粉煤灰能夠提升后期強度、耐久性能及和易性，減少自收縮引起的裂縫[2]。粉煤灰對混凝土早期強度發展可能會產生負面影響，并且增加粉煤灰對早期強度的降低程度也會增加，但對后期強度仍會表現出較快的增長速度[3-4]。抗壓強度受水膠比的影響較大，水膠比越小說明使用的水量較少，膠凝材料的微觀結構就更加致密，這使得整體混凝土的強度明顯提高[5]。另外，混凝土微觀孔隙結構及水泥硬化過程還與養護條件密切相關，一般標養條件下的測試結果是反映混凝土力學性能和劃分強度等級的重要依據，實際上混凝土既受氣候條件、環境溫度的影響，還會受作業條件和施工技術的限制，實際運行環境十分復雜，以標養條件測定的性能通常難以客觀反映實際情況[6-8]。

不同養護方式或環境條件下的摻粉煤灰與純水泥混凝土的性能發展和水化進程必然存在明顯差異。因此，文章利用抗壓強度試驗探討了水膠比、養護方式和粉煤灰對抗壓強度的影響作用，為保證水泥基復合材料抗裂性和水利工程長效運行提供科學依據。

1 試驗方法

1.1 原材料

試驗選用烽火牌P·MH42.5 中熱水泥，標稠用水量24.6%，密度3.15g/cm3，比表面積355m2/kg；鞍山誠達F 類Ⅱ級粉煤灰，細度21.6%，28d 活性指數78%，需水量比為97%；骨料選用5～25mm石灰巖碎石和渾河中砂，砂、碎石的表觀密度為2 600kg/m3和2 650kg/m3；外加劑選用鞍山鵬程外加劑廠生產的聚羧酸高效減水劑，調整拌合物坍落度(180±20)mm。

1.2 養護方式

根據線性規范試驗確定0.3、0.4、0.5 水膠比和0、25%、50%粉煤灰摻量的配合比，如表1 所示。試驗選擇干燥D、密封S、標準W 三種養護方式，干燥養護是在澆筑成型24h 后拆模，采用鋁箔膜對試塊密封至干燥開始齡期(1d、3d、7d、28d、60d)，然后撕去鋁箔膜完成后續干燥養護。標準和干燥養護下相對濕度為不低于95%及(60±5)%，各方式的養護溫度均為(20±2)℃。為便于對比分析，對各組試塊編號命名，如D1-A5 代表粉煤灰摻量50%、水膠比為0.3 的試塊1d 開始干燥養護。

表1 試驗配合比

1.3 測試方法

根據《水工混凝土試驗規程》進行各組試塊抗壓強度的測試，測試齡期1d、3d、7d、28d、60d和90d，試塊為邊長100mm 的立方體。

2 結果與分析

2.1 養護方式對強度的影響

研究發現，在強度發展過程中養護方式對各配合比混凝土的影響規律相似，以50%粉煤灰的試塊強度探討養護方式的影響作用，如圖1 所示。

圖1 不同養護條件摻50%粉煤灰的抗壓強度變化

1）對于干燥D、密封S和標準W三種養護方式，隨齡期的延長摻50%粉煤灰試塊強度均表現出上升趨勢，且早期增速塊而后期增速慢。在干燥養護條件下，D1A5 組、D3A5 組和D7A5 組28d 齡期的強度增長較小，最大增幅僅有2.5MPa；而相比之下，封閉和標準養護的后期強度快速增長，從28～90d 齡期WA5、SA5 組試塊強度增加了11.9MPa 和13.7MPa，這是由于干燥養護情況下，混凝土內會有更多的水分散失，這導致水泥無法充分水化，因此強度發展相對較低，遠遠小于密封和標準養護的情況。

2）總體而言，干燥開始的越晚，試塊后期強度越高，其受干燥養護的影響也較小。相比之下，對于干燥開始較早的1d 和3d 試塊，其后期強度和發展速度相對較小，這是由于早期干燥會導致內部水分散失，從而影響水泥的水化和強度發展。D1A5、D3A5 組相比于SA5 組的90d 抗壓強度降幅分別為42.20%和21.23%；對于7d 較晚的干燥開始齡期，試塊后期強度與標準養護條件下相近，如90d 齡期時D7A5、D7B5、D7C5 組達到WA5、WB5、WC5 組標準養護同齡期試塊強度的94.6%、96.8%、89.9%；對于28d、60d 更晚的干燥開始齡期，試塊后期強度與標準養護條件下相當甚至可能超過，如60d 齡期時D28A5、D60A5 組達到標準同齡期試塊強度的132.1%、123.5%，90d 齡期時D60A5組達到標準養護同齡期試塊強度的134.3%。對于不同水膠比（0.3、0.4、0.5），從小到大各組試塊的90d 強度排序均為D1 ＜D3 ＜D7 ＜D28 ＜D60，這與實際情況保持一致。

3）針對先密封后干燥養護的試塊，初期干燥養護試塊的強度增速較密封養護更快，而后期逐漸放緩。例如，初期干燥4d 時D3A5 組相比于SA5組試塊的7d 強度增大14.9%，兩組試塊的28d 強度相近，其60d、90d 較強齡期相比于28d 時的強度也有所增加。有研究認為，開始干燥1d 時，試塊內部的自由水開始逸散，這會阻礙水化反應，從而限制其強度的發展。當開始干燥齡期較晚時，試塊內的水泥已經完成水化，此時自由水的逸散作用會使水化反應降低，最終影響強度的發展[9-10]。此外，在不同狀態下的養護方式也會影響強度測試結果，通常干燥養護下的強度高于濕潤養護。因此，開始干燥初期試塊的強度增長速度較快，因后期缺少水分補充，其強度發展會逐漸停滯[11-12]。

2.2 粉煤灰摻量對強度的影響

隨粉煤灰摻量的增大不同養護條件下試塊90d強度變化特征如圖2 所示，結果表明隨粉煤灰摻量的增加各組試塊90d 強度均呈下降趨勢。水膠比相同時，隨粉煤灰摻量增加試塊90d 強度下降速率相近，隨水膠比的增加其下降速率表現出衰減趨勢。

圖2 不同粉煤灰摻量的抗壓強度變化

從0%逐漸增大粉煤灰摻量至50%，不同養護方式和水膠比條件下各組試塊90d 強度降低量如圖3 所示。

圖3 摻50%粉煤灰的90d 強度降低量

依據圖2、圖3 可知，水膠比不同時干燥開始齡期越早試塊后期強度受不同摻量的影響越顯著，即試塊抗壓強度下降越明顯。例如，D1 養護條件下的水膠比0.4 組試塊，從0%增大粉煤灰摻量至50%時的90d 強度下降63.3%，而D3、D7、D28、D60 養護條件下分別下降61.8%、59.7%、54.8%、50.0%。另外，水膠比越大試塊后期強度受不同摻量的影響越明顯，即提高摻量會更加顯著地減小混凝土強度。例如，D3 養護條件下水膠比0.3 組混凝土，從0%增大粉煤灰摻量至50%時的90d 強度下降60.8%，而水膠比為0.4、0.5 情況下的強度下降了61.8%和66.0%。

2.3 水膠比對強度的影響

對于干燥D、密封S 和標準W 三種養護方式，試塊90d 抗壓強度受水膠比的影響作用如圖4所示。結果顯示，隨著水膠比的增大3 種養護條件下的試塊90d 強度均呈減小趨勢。研究發現，摻量從0%逐漸增大至25%過程中，各水膠比下試塊強度降幅相近，例如，摻量為25%時，水膠比由0.3 增加到0.5，則在D28 和D60 齡期試塊的90d 強度分別減少25.2、23.9MPa。此外，在不同養護條件下試塊的強度降幅相近，在W、S、D1、D3 和D7 養護時的強度分別減少28.9、12.9、28.5、13.5 和26.8MPa，最高相差16MPa。當摻量為50%時，干燥開始越晚，后期強度隨水膠比的增大其降幅也越明顯，例如水膠比從0.3 增大到0.5 時，D28、D60 養護條件下試塊的90d 強度減小20.9MPa 和29.2MPa，而D1、D3、D7 養護條件下減少10.4%、15.8%和17.3%。

圖4 不同粉煤灰摻量的抗壓強度變化

從0.3 逐漸增大水膠比至0.5，不同養護方式和粉煤灰摻量條件下各組試塊的90d 強度降低量如圖5 所示。

圖5 水膠比從0.3 增大到0.5 的90d 強度降低量

依據圖4、圖5 可知，粉煤灰摻量不超過25%情況下，試塊后期抗壓強度受水膠比的影響隨干燥開始齡期的延長而降低。例如，D1 養護條件下摻25%粉煤灰組試塊，從0.3 增大水膠比至0.6 時的90d 強度下降58.8%，而D3、D7、D28、D60 養護條件下分別下降25.9%、45.8%、38.7%、34.1%。粉煤灰摻量達到50%情況下，無論干燥齡期早晚試塊后期強度受水膠比的影響相近。例如，D1、D3 養護條件下粉煤灰摻量50%組試塊，從0.3 增大水膠比至0.5 時的90d 強度下降46.0%和51.3%，而D7、D28、D60 養護下的強度下降了49.3%。48.6%和55.6%，最大相差7%。另外，增大粉煤灰摻量則試塊后期抗壓強度降幅隨水膠比的提升而更加顯著，如標養情況下不摻粉煤灰組，從0.3 增大水膠比至0.6 時的90d 強度下降40.8%，增大粉煤灰摻量至25%、50%時的下降量達到45.6%和49.4%。

3 結 論

文章探討了水工混凝土抗壓強度受不同水膠比、粉煤灰摻量及養護方式的影響規律，主要結論有：

1）隨養護齡期的增大水工混凝土強度逐漸增加，早期強度發展快而后期放緩。干燥開始齡期越晚則后期抗壓強度越高，從小到大90d 強度排毒為D1 ＜D3 ＜D7 ＜D28 ＜D60。

2）提高粉煤灰摻量不同養護方式下的試塊后期強度均表現出減小趨勢，水膠比越大并且干燥開始齡期越早，后期強度隨摻量的提高下降越明顯。

3）隨水膠比的增加不同養護方式下的試塊后期抗壓強度表現出下降趨勢，粉煤灰摻量較低情況下，隨開始干燥齡期的延長試塊后期強度受水膠比的影響程度逐漸下降，摻量達到50%情況下，無論干燥齡期早晚試塊后期強度受水膠比的影響相近。