粉煤灰对自收缩的影响

粉煤灰对自收缩的影响

1混凝土自收缩研究“自吸收”是指混凝土在恒温下和绝对湿（不含外部水）条件下的自吸收，由于胶体材料的持续水化，混凝土的宏观体积减小。自收缩存在于任何混凝土中,在普通混凝土中,由于数值很小,并未引起重视;然而,随着水胶比的减小,它与干燥收缩的比例逐步增大。因此,对强度较高的混凝土而言,自收缩与干燥一样,也是它的一个与混凝土开裂,特别是早期开裂关系比较密切的重要变形性能。自收缩课题的内容涉及面较宽,包括测试技术、影响因素、作用机理、防治对策等等。本文主要研究粉煤灰对混凝土自收缩的影响。2原材料和方法的试验2.1细度模数的计算(1)水泥:上海宝山水泥厂生产的42.5R型普硅水泥,水泥抗压强度R3=34.5MPa,R28=62.8MPa。(2)粉煤灰:佳木斯电厂生产的磨细Ⅱ级灰。(3)砂:中砂,Ⅱ区,细度模数Mx=2.48。(4)石子:碎石,5～25mm,连续级配。(5)减水剂:花王萘系高效减水剂。2.2自收缩试验测定配比选用三种水胶比,即0.32、0.36和0.40,用水量保持185kg/m3不变。坍落度控制为190±10mm,由减水剂用量调节。砂率为38%。粉煤灰掺量为20%、35%。自收缩试验采用千分表法。混凝土置于内径为50mm,长度250mm左右的塑料波纹管内,两端留有金属测头,经振实,密封后放在20℃的水中养护16小时,取出测零点,然后置于温度20±2℃的空气中。不同龄期试件自收缩值采用千分表进行测试。此外,还通过100mm立方试件的强度试验,分别建立了水胶比为0.3～0.6区间的基准混凝土和粉煤灰混凝土的R28-W/B关系式。3试验结果与分析3.1混凝土自收缩曲线两种混凝土在恒温绝湿条件下的自收缩值随时间的变化关系示于图1和图2。图1为基准混凝土,图2为粉煤灰混凝土。由于掺量不同时,曲线图形相似,因此,仅列出掺量为20%的粉煤灰混凝土的自收缩曲线。从曲线图形可判断混凝土自收缩值随时间的变化大致符合对数函数曲线。不同配比试件的相应回归方程列于表1。由于曲线相关系数均很高,以下关于各种参数对自收缩值影响的讨论均采用按表列方程得出的各龄期自收缩的回归值。3.2水灰胶比由于混凝土的自收缩现象在高标号混凝土中较为突出,因此,试验选择了0.4、0.36和0.32三个水灰(胶)比。表2列出了基准混凝土和粉煤灰混凝土在不同水胶比的自收缩值。由表中数据可见,基准混凝土和粉煤灰混凝土的自收缩值均随水灰(胶)比降低而增大,两者存在较好的线性关系。值得注意的是,这种线性关系是在试验所选定的水胶比区间内建立的,若水灰比过高或过小,这种关系是否仍然存在尚待确认。3.3混凝土自收缩与水胶比表3列出了不同水胶比条件下,粉煤灰混凝土与基准混凝土的自收缩值的比较,LF/Lo为二者自收缩值的比值。由表可见:(1)在所选定的两种掺量和三种水胶比条件下,粉煤灰均能有效的降低混凝土的自收缩值;(2)掺量越高,或者水胶比越大,自收缩降低幅度越多;(3)早期自收缩降低的幅度高于中、后期。粉煤灰对自收缩的影响与其参与火山灰反应的能力与速度有关。由于粉煤灰的反应速度相当缓慢,因此,在早期对混凝土内部自干燥的影响很弱,因而取代熟料水泥后,减少自收缩的效果十分明显,即使在后期,仍有一定的抑制效果。水胶比越低,改善效果越差,这可能有两方面的原因,一是因为水胶比越低,颗粒间距减小,粉煤灰容易被激发参与反应。二是低水胶比熟料水化条件差,粉煤灰取代后,熟料水化程度提高。这与以往研究中发现粉煤灰在低水胶比砂浆中强度贡献相对较大的规律是一致的。通过强度—水胶比和自收缩—水胶比二组关系(表4,表2),可以计算出与基准混凝土同标号(R28)时粉煤灰的自收缩值。表4为设定基准混凝土强度为70MPa(W/C=0.42)时,粉煤灰混凝土的相对自收缩值(LF/Lo)。由于和基准混凝土等强度时,粉煤灰混凝土的水胶比要适当减小,也就是胶凝材料用量适量增加,因此,其自收缩值较同水胶比时为大。计算表明,在R28为70MPa时,掺量为20%的粉煤灰混凝土的自收缩值仍明显低于基准混凝土,早期降幅比后期更大。但当掺量为35%时,粉煤灰混凝土的自收缩因水胶比的调整增加较多。早期自收缩值(3d)与基准混凝土基本持平,后期(90d)则比基准混凝土高约20%。因此,配制高标号混凝土时,粉煤灰掺量不宜过高,应以小于35%为宜。3.4掺改性粉煤灰与矿粉活性的关系表2表6为同水胶比条件下,粉煤灰混凝土与矿粉混凝土的自收缩值的试验结果比较值。两种混凝土中掺合料的掺量相同,均为20%和35%,矿粉混凝土的数据取自文献。由表6可以看出,在配比相同的条件下,粉煤灰降低自收缩的作用明显优于矿粉。掺量增加,两者差值增大;水胶比降低,两者差值减小;早期(3d)差值大于后期(90d)。这与两者活性的差异有关。矿粉活性高于粉煤灰,特别是在早期,考虑到两者对强度的不同影响,在同标号时,差值有所缩小,但粉煤灰仍然占优,掺量不大(20%)时,更为明显。在当前混凝土施工强度普遍超标较高的情况下,从减少高强混凝土的自收缩与防止早期开裂角度看,掺加适量粉煤灰等量取代水泥比矿粉效果更佳。4粉煤灰混凝土自收缩(1)、粉煤灰混凝土的自收缩值与时间的关系,大致呈对数函数曲线。随水胶比降低,亦即强度提高,混凝土自收缩值增大。在水胶比为0.32～0.40区间内呈线性关系。(2)、同水胶比条件下,掺加粉煤灰能有效降低混凝土的自收缩,掺量越高,降幅越大;早期(3d)降幅高于后期(90d)。(3)、同标号(R28=70MPa)条件下,掺量为20