矿渣和粉煤灰混凝土的抗裂性能研究.pdf
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1、 第 6期 2 0 1 2年 6月 广东水利水电 GUANGD0NG W ATER RES0URCES AND HYDROPOW ER No 6 J u n 2 0 1 2 矿渣和粉煤灰混凝土的抗裂性能研究 术 王立华 ,陈理达 ,刘 佳 ,陈锡容 ( 广 东省水利水电科 学研 究院,广东省水利重点科研基地 ,广 东 广州 5 1 0 6 3 5 ) 摘要 :矿渣作 为掺合料在 混凝土 中的应 用 日益普及 ,掺 量也不断提 高 ,尤其在硫酸 盐、氯 离子和海水侵蚀 环境 的混凝 土 中,矿渣粉和粉煤灰 是不可或缺的重要组分 。研 究发现 ,掺入 矿渣粉和粉煤灰使水泥胶砂 的脆性 系数 明显减
2、 小,而且 随着掺量增 大 ,脆性 系数 具有减 小的趋势 ,有利 于降低胶砂 和混凝土的开裂倾向 。从 长期 来看 ,矿渣 混凝土抗裂性优 于 空 白混凝土 ,而粉煤灰 混凝 土与空 白混凝土 大致相 当,或稍优 。延长养护时间 ,可减 小混 凝土的脆性 系数 ,提 高极 限拉 仲 值 。 关键词 :矿渣 ;粉 煤灰 ;混凝土抗裂性 中图分类号 :T V 4 3 1 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 2 9 0 3 为了改善混凝 土的性能和利废等 目的 ,矿渣和粉 煤灰作为掺合料在混凝土 中的应用 日益普及 ,掺量也 不断提
3、高,尤其在硫酸盐 、氯离子和海水侵蚀环境 的 混凝土中,掺合料是不可或缺的重要组分 。与水泥 熟料相 比,矿渣和粉煤灰等掺合料 的水化速度要慢得 多,因此对养护的敏感性也会更强 ,在大掺量时更是 如此 。如果不能得到恰 当的养护 ,大掺量掺合料混 凝 土的胶凝材料不能充分水化 ,也会 产生显著 的干缩 变形 ,甚至导致开裂,从而显著降低混凝土抗海水侵 蚀 、抗碳化等耐久性能 ,可 见,混凝土的抗裂性对混 凝土结构 的耐久性是非 常重要的 。本文就大掺量粉 煤灰和矿渣混凝土的抗裂性能进行 了系统的研究 。 1 混凝 土抗 裂 性能评 价 方法 1 1 极限拉伸值( ) 混凝土轴心拉伸时 ,断裂前
4、最 大拉长应变称为极 限拉伸值 。混凝土极限拉伸是混凝 土临近断裂时 的相 对伸长。 混凝土重力坝设 计规范 (D L 5 1 0 81 9 9 9 ) 规定 ,为防止大坝裂缝 ,温控设计 中必须提 出混凝土 抗裂性指标 ,一般采用 中心受拉的极限拉伸值 。在其 他条件相 同时 ,混凝土极限拉伸值越大,抗裂性越强。 但是 ,只用极 限拉伸值 评定混凝 土的抗 裂性能 , 而不考虑混凝土的干缩变形是不全面 的,干缩变形对 混凝土抗裂性能影 响很大 ,尤其是非大体积混凝土结 构易受干缩影响而开裂 。如砂浆的极 限拉伸值 比混凝 土 的大( 约为混凝土的 1 4倍 ) ,但十缩变形远大于混 凝土 ,
5、其抗裂性小于混凝土 。通常混凝土 的抗拉强度 越高 、胶凝材料用量越 多,其极 限拉伸值也越大。但 水泥 量的增加势必带来水化热温升等 问题 ( 尤其是 大体积混凝土 ) ,反而对混凝土的抗裂性不利。 1 2 脆性系数( b ) E R i n g o t 等认为改善混凝土的抗 裂性最重要的是 降低其脆性 。脆性系数一般定义为混凝土的抗压强度 与抗拉强度 ( 或抗折强度 、或劈拉强度 ) 之 比,其值越 小 ,混凝土的脆性越小 、韧性越大 、抗裂性越好。 1 3弹强 比 弹强比是混凝土 的弹性模量与其抗压 强度 之 比。 弹强 比越小 ,相同强度下的弹性模量更低 ,混凝土 的 抗裂能力也越好
6、。弹强 比是至今为止对混凝土抗裂评 价使用最为广泛 的指标 ,在_T程实践中较易得到。 1 4 抗裂能力指数( , ) 抗裂能力指数是混凝 土的止裂力与起 裂力之 比, 用式( 1 ) 计算 : ,= 式 中 为 n天龄期 时混凝土 的干缩率 ( 膨胀时取负 号) ;K( n ,t ) 为 n天龄期时混凝土的松弛系数;其他 符号意义同前 。 抗裂能力指数越大 ,则混凝土的抗裂能力越强。 抗裂能力指数基本上包括了混凝土抗裂性的各种 因素在 内,比较全面。抗裂能力指数将混凝土开裂原 因视为起裂力与止裂力相互作用 的结果,而对大坝混 凝土 ,认为所有能引起混凝土收缩 的潜在作用力就是 收稿 日期 :
7、2 0 1 2 0 31 6 ;修 回 日期 :2 0 1 20 4 0 6 作 者简介 :王立华 ( 1 9 7 2一) ,男 ,硕士 ,高级T程师 ,从事 水T材料 技术研究 。 基金项 目:广东省水利厅立项 资助项 目,项 日编 号 2 0 0 61 0 # 。 29 2 0 1 2年 6月 第 6期 王立华 ,等 :矿渣和粉煤灰 混凝土的抗裂性能研 究 N o 6 J u n 2 0 1 2 其 自身发热量所引起 的温度收缩应力与水分蒸发所 引 起 的干缩应力。这 2种力叠加后乘 以松弛系数为起裂 力 ,而止裂力就是抗 拉强度。这两者 的比值可以全面 衡量混凝土抗裂能力 的尺度 。 1
8、 5 抗裂性指数( ) 抗裂性指数用式( 2 ) 计算 : I 叼 ( 2 ) 式 中R为约束系数 ;s 为 n天龄期时混凝 土的 自生 体积变形 ( 膨胀取负) 。 抗裂性指数越大 ,混凝 土的抗裂性 能越好 。抗 裂 性指数既考虑了混凝士的变形性 能之 间的关 系,又考 虑 了混凝 土 强度 。 1 6 理想化抗裂评价指标 理想化抗裂评价指标应该考虑混凝土各个方面性 能对混凝土抗裂性能的影 响,包括抗拉强度 、极 限拉 伸值 、弹性模量 、温度收缩 、干缩 、自生体积变形及 徐变。由此建立的评价指标用式( 3 ) 计算 一 r 一 E, ( R AT+ , , 一 C) 一 式( 3 )
9、以止裂力 与起 裂力的 比值为系数乘极 限拉 伸值作为评价指标 。该评价指标考虑的因素全 面,这 是它的优点 ,但 同时也是它的缺点 ,因为试验和实际 工程 ( 特别是中小型工程) 中很少能得出全部数据 。 2试 验用 原材 料 采用广东省梅州市塔牌集 团有限公司生产的 P I I 型硅酸盐水 泥( 转 窑) ,强度等级为 4 2 5 R,物理力学 性能见表 1 ,化学成份见表 2 ;石英质河砂 ,物理性能 见表 3 ;5 2 0 n l n l 和 2 0 4 0 ram 2种 规格花 岗石碎石 , 物理性能见表 4;减水剂为 T L一 4 0 0高效缓凝减水 剂; 黄埔 电厂 级 粉煤灰
10、,物理性能见表 5 ;韶钢嘉 羊公 司生产的 $ 9 5级矿渣粉 ,物理性能见表 6 。 表 1 水 泥物 理性 能检验结果 L o s s Si O2 A1 2 O 3 F e 2 03 Ca O Mg O S O3 K2 O Na 2 0 2 0 2 O 7 8 6 5 5 1 5 5 2 3 2 7l 2 5 4 0 7 0 0 2 8 表 4 灰岩碎 石检验结果 1 6 0 0 3 0 0 1 0 0 4 1 3 2 9 0 0 4 8 3 8 O ! 1 3试验配合比设计 粗细集料按风干状态为基准 ,矿渣掺量为 3 0 和 6 0 ,粉煤灰掺量为 1 5 和 3 0 ,均等量取代水泥
11、 。 粗骨料组成 :2 0 4 0 m m和 2 0 4 0 ra m两种规格碎石的 质量百分 数分别 为 4 0 和 6 0 。混凝土 配合 比见 表 7,其中0 配合比为不掺掺合料的基准混凝土,K组掺 矿渣粉 ,F组掺 粉煤 灰。水胶 比均 为 0 4 6 ,砂 率 为 3 4 ,坍落度为 5 7 c m,水 、胶凝材料及砂 、碎石的 质量同定 ,通过调整外加剂的掺量控制混凝土的坍落 度。试验按照国家行业标准 S L 3 5 2 2 0 0 6 ( 水工混凝土 试验规程 中的有关规定进行 。 表 7混凝 土配合 比 3 0 2 0 1 2年 6月 第 6期 广东水利水 电 4 试 验 结果
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- 矿渣 粉煤 混凝土 性能 研究
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