膨胀剂对粉煤灰混凝土抗裂性能的影响.pdf
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1、2 0 1 1年 第 1 2期 ( 总 第 2 6 6期 ) Nu mb e r 1 2 i n2 0 1 l ( T o t a l No 2 6 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERI AI , AND ADM I NI CL E d o i 1 0 。 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 , 1 2 0 1 3 膨胀剂对粉煤灰混凝土抗裂性能的影响 周小菲,王强。阎培渝 ( 清华大学 土木工程系 土木工程安全与耐久教育部重点实验室, 北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要 : 研究了膨胀剂掺量对
2、C 3 0 粉煤灰混凝土的抗折强度、 劈裂抗拉强度、 弹性模量和干燥收缩的影响规律。 结果表明: 掺加适量的 膨胀剂对提高混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度是有利的, 也有利于减小混凝土的干燥收缩 ; 但膨胀剂掺量较大时, 尽管能够降低混凝 土的弹性模量和干燥收缩, 但对混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度有一定的负面作用。 以混凝土的弹性模量 E , 干燥收缩s和劈裂抗拉强 度 F 为参数, 定义了混凝土的开裂因子 F , 值越大, 混凝土的抗裂性能越差。 适量的膨胀剂能够提高粉煤灰混凝土的抗裂性能, 但 对于粉煤灰掺量较高的混凝土, 掺人膨胀剂反而会使混凝土的抗裂性能变差。 关键词: 粉煤灰混凝土;
3、膨胀剂;强度;干燥收缩 中图分类号 : T U5 2 8 0 4 2 4 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 2 0 0 4 1 0 4 , I n f l u en c e o f e x pan sive age n t on t he c r ac k i ng r e si s t a nc e p er f or m a n ce of f l y a sh con c r e t e Z HOUXi a o f e i , WANGQ i a n g, Y A NP e i - y u ( K e y L a b o r a
4、 t o r y o f C i v i l E n g i n e e r i n g S a f e t y a n d D u r a b i l i t y o f C h i n a E d u c a t i o n Mi n i s t r y, De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g , T s i n g h u a U n i v e r s i t y , B e ij i n g 1 0 0 0 8 4 , C h i n a ) Ab s t r ac t : Th e i n fl u e n c
5、e o fe x p a ns i v e a g e n t o n t h e be n d i n g s t r e n g t h, s pl i t t i n g t e ns i l e s tre n g t h, e l a s t i c mo d ulus , a n d d r ying s h r i n k a g e o fC3 0 fly a s h c o n c r e t e Wa S s t ud i e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p r o p e r a d d i t i o n a m
6、o u nt o f e x p ans i v e a g e n t i mp r o v e d t h e b e n ding s u e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gth o f c o n c r e t e , and d e c r e a s e d t h e d r y i n g s h r i nk a g e L a r g e a d d i t i o n a mo u n t o f e x p a n s i v e a g e n t d e c r e a s e d
7、 t h e e l a s t i c mo d u lu s a n d d r y i n g s h r i nk a g e o f c o n c r e t e b u t i t h ad a d v e r s e e f f e c t 0 n t h e b e n d i n g s t r e ng th a n d s pl i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t hTh e c r a c k i n g f a c t o r K=E E F o f c o n c r e t e wa s d e f i n e db
8、a s e do nt h e e l a s t i cmo d ul u s E, d r y ing s h r i nk a g e , a n d s p l i t t i n gt e n s i l e s t r e n g t hF T heb i g g e rt h e c r a c k i n gf a c t o ri s , t h ewo r s et h e c r a c ki n g r e s i s t an c epe rfo r ma n c e o fc o n c r e t ei s Th ep r o p e r a d d i t i
9、o n a mo u n to fe x pans i v e a g e n ti mp r o v e dthe c r a c kingr e s i s t a nc epe rfo rm a n c eo ffl y a s hc o n - c r e t e - b n t i t h a d n e g a t i v e e f f e c t o n the c r a c k i n g r e s i s t a n c e p e r f o r manc e o f hi g h v o l u me fl y a s h c o n c r e t e K e y
10、wo r d s : fl y a s h c o n c r e t e ; e x p ans i v e a g e n t ; s t r e n g t h ; d r y i n g s h r i nk a g e 0 引言 现代混凝土的重要特点是大量使用矿物掺合料和外加剂【 1 , 其中使用最广泛的矿物掺合料是粉煤灰。 粉煤灰能够降低混凝 土的水化温升 , 改善混凝土的工作性, 提高混凝土的后期强度, 改善混凝土的耐久性 2 - , 已成为混凝土不可或缺的一个组分。 现在混凝土结构的开裂问题很普遍, 并且大多是由非荷载 因素引起的 。 掺加适量的膨胀剂可以减少混凝土的收缩 ,
11、并 使处于约束状态下的混凝土密实性提高 , 改善其抗渗性, 因此 很多工程应用了膨胀剂。 但针对不同的混凝土配合比、 养护制度 和约束状态 , 膨胀剂的掺量往往有较大的差异。 由于膨胀剂使 用不科学而导致工程防裂无效 、 开裂更严重、 后期强度倒缩等 现象也屡见不鲜。 因而, 膨胀剂应该一分为二来看待 , 用膨胀剂 配制补偿收缩混凝土, 以控制结构物的开裂是有效的, 但不是 万能的, 只有在科学理论的指导下, 精心组织施工 , 才能获得 良 好效果 。 由于粉煤灰混凝土所用胶凝材料体系较为复杂 , 与纯硅酸 盐水泥混凝土相比, 其微观结构形成过程、 水化速率和强度发 展规律有所不同。 实际工程
12、中所用混凝土的强度是根据承载力 的大小和结构形式确定的, 不能随意改变。 因此, 设计掺加粉煤 灰的补偿收缩混凝土配合 比时 , 如果粉煤灰掺量改变, 需要随 之调整水胶比, 以满足工程结构对混凝土强度的要求。 本研究配 制了 9 组不同胶凝材料组成的C 3 0粉煤灰混凝土, 研究了膨胀 剂掺量对粉煤灰混凝土抗折强度、 劈裂抗拉强度、 弹性模量和 干燥收缩的影响规律, 进而分析了膨胀剂对粉煤灰混凝土抗裂 性能的影响规律。 1试 验 1 1 原材料 水泥为 P O 4 2 5级水泥, 粉煤灰为 I I 级粉煤灰 , 膨胀剂为 硫铝酸钙一 氧化钙类 H C S A膨胀剂, 河砂的粒径为 O 1 6
13、 5 mm, 石灰石碎石的粒径为5 3 1 s mm, 减水剂为聚羧酸减水剂。 水泥、 粉煤灰和膨胀剂的化学成分如表 1 所示。 1 2 试 验方 法 用于力学性能测试的混凝土试件成型后 , 带模养护 1 d , 拆 模并在温度为( 2 0 1 ) , 湿度为 9 0 以上的标准养护室内养护, 收稿日期:2 0 1 1 - 0 6 _ 2 7 基金项目:铁道部科技研究开发计划重大课题( 2 0 0 8 G 0 3 1 1 8 6 ) ; “ 十一五” 科技支撑计划项 目( 2 0 0 8 B A E 6 1 B 0 5 0 2 ) 41 表 1 原材料 的化学组成 S i O2 A1 2 03
14、 F e 2 03 Ca O M g O S O3 水 泥 2 1 1 3 4 8 3 2 5 7 6 2 6 5 3 3 8 2 6 8 粉煤灰 4 8 6 7 3 O 9 5 5 6 2 2 4 4 1 1 5 0 膨胀剂 4 9 6 6 5 2 0 9 9 6 4 1 8 2 6 7 1 4 9 7 N赴O O 5 9 0 7 8 0 1 8 注 : Na 2 0 = Na O + 0 6 5 8 K O。 在龄期 7 、 2 8 d时进行试验。 采用 1 0 0 mmx l 0 0 mmx 4 0 0 1I l i 1 的棱 柱体试件测定混凝土抗折强度; 采用 1 0 0 mmx l
15、0 0 mmx 3 0 0 I n l y l 的棱柱体试件测定? 昆 凝土弹性模量。 混凝土干燥收缩测量采用 1 0 0 mmx l 0 0 mmx 5 1 5 mm的棱 柱体试件, 试件一端预埋一个 6 2 0 mmx 3 5 m m螺栓, 与试验架固 定, 另一端表面贴玻璃片并与千分表接触。 试件成型后, 带模养 护 1 d , 拆模并置于温度为( 2 0 1 ) , 湿度为 9 0 以上的标准养 护室内养护。 第 3天从标准养护室中取出, 放入温度( 2 0 1 ) , 相对湿度( 6 0 5 ) 的干燥室内, 安装在立式试验架上 , 采用精度 为0 0 0 1 1 13 1 1 1
16、的千分表测定初长, 开始进行混凝土干燥收缩测量。 1 3 试验 方案及 配合 比 采用同强度等级假定密度法进行混凝土配合比设计 , 假定 混凝土的密度为 2 4 5 0 k g r n 。 粉煤灰的掺量设置为 1 5 、 3 0 、 4 5 j个水平, 通过调整水胶比使各组混凝土的 2 8 d强度基本 相同, 通过调整高效减水剂的掺量使各组混凝土的坍落度均在 1 8 0 2 0 0 mm之间。 膨胀剂掺量设置 0 、 5 、 1 0 三个水平。 另设 置一组不掺粉煤灰和膨胀剂的混凝土作为参照组。 混凝土的水 胶比、 粉煤灰掺量、 膨胀剂掺量的基本参数如表 2 所示 , 混凝土 的配合 比如表
17、3所示 。 表 2 各组混凝土配合比的基本参数 表 3 混凝土的配合 比及 2 8 d抗压 强度 2 结果与讨论 2 1 膨胀剂对粉煤灰混凝土抗折强度的影响 图 1 显示了膨胀剂掺量对粉煤灰混凝土抗折强度的影响。 对于粉煤灰掺量为 3 0 和 4 5 的混凝土, 膨胀剂的掺量为 5 时, 都在一定程度上提高了混凝土的抗折强度; 但当膨胀剂的掺量 为 1 0 时, 混凝土的抗折强度低于膨胀剂掺量为 5 的混凝土, 甚至低于不掺膨胀剂的混凝土。 对于粉煤灰掺量为 1 5 的混凝 土, 掺入膨胀剂对混凝土的 7 d抗折强度有较小的不利影响, 膨 胀剂掺量为 5 和 1 0 时, 混凝土的抗折强度分别
18、降低 4 9 和 9 4 ; 掺人 5 的膨胀剂能明显提高 昆 凝土的2 8 d抗折强度, 掺 入 1 0 的膨胀剂对提高混凝土的 2 8 d 抗折强度略有作用 , 但效 皇 赠 42 膨胀剂掺量 , 膨胀剂掺量 , ( a ) 龄期7 d ( b ) 龄期2 8 d 图 1 膨胀剂掺量对粉煤灰混凝土抗折强度的影响 果不及膨胀剂掺量为 5 时。 总体而言, 掺加适量的膨胀剂对于 提高粉煤灰混凝土的抗折强度是有利的, 但膨胀剂的掺量过大 反而会有负面作用。 2 2 膨胀剂对粉煤灰混凝土劈裂抗拉 强度的影响 图 2显示了膨胀剂掺量对粉煤灰混凝土劈裂抗拉强度的 影响。 从图 2 ( a ) 中可以看
19、出, 掺入 5 的膨胀剂对提高三组混凝 土的7 d 劈裂抗拉强度都有一定的作用, 但膨胀剂的掺量继续增 大, 混凝土的7 d劈裂抗拉强度降低。 1 5 F A一 1 0 E A组的 7 d 抗 折强度略高于 1 5 F A一 0 E A组的抗折强度, 但 3 0 F A一 1 0 E A组 和 4 5 F A 一 1 0 E A的 7 d抗折强度分别 比 3 O F A 0 E A组和 4 5 F A 0 E A组的抗折强度降低了 1 7 5 和 3 1 5 。 图 2 ( b ) 显 示 , 对于粉煤灰掺量 1 5 和 3 0 的混凝土, 掺入 5 的膨胀剂 对于提高混凝土的2 8 d劈裂抗
20、拉强度有一定的作用,但随着 膨胀剂掺量的继续增大, 混凝土的2 8 d劈裂抗拉强度降低 , 其中 3 0 F A 一 1 0 E A组的 2 8 d劈裂抗拉强度比 3 0 F A 0 E A组的 2 8 d 劈裂抗拉强度降低了 3 7 0 。 对于粉煤灰掺量为 4 5 的混 凝土, 膨胀剂的掺量对其 2 8 d 劈裂抗拉强度的影响比较小。 总体 而言 , 膨胀剂对粉煤灰混凝土的劈裂抗拉强度的影响规律与对 抗折强度的影响规律相似, 掺加适量的膨胀剂能起到有利的作用 , 但膨胀剂的掺量过大会使有利作用减弱, 甚至起到不利的作用。 2 3 膨胀剂对粉煤灰混凝土弹性模量的影响 图3显示了膨胀剂掺量对粉
21、煤灰混凝土弹性模量的影响。 膨胀 剂掺 量 膨胀 剂掺量 , ( a ) 龄期7 d ( b ) 龄期2 8 d 图 2 膨胀剂掺量对粉煤灰混凝土劈裂抗拉强度的影响 如图3 ( a ) 所示, 膨胀剂对混凝土 7 d弹性模量的影响规律基本 一 致: 膨胀剂掺量从 0到 5 时, 混凝土 7 d的弹性模量略有增 大, 但膨胀剂掺量从 5 到 l o o o ,-j - , 混凝土 7 d 弹性模量明显降低。 如图 3 ( b ) 所示, 膨胀剂掺量对混凝土 2 8 d弹性模量的影响 与 7 d结果差别很大: 粉煤灰替代量 1 5 和 3 0 时, 随着膨胀剂 掺量从 0增加到 1 0 , 混凝土
22、 2 8 d弹性模量基本呈不断减小的 趋势; 而对粉煤灰替代量 4 5 的混凝土, 膨胀剂掺量从 0到 5 时, 混凝土的 2 8 d弹性模量增大 , 掺量从 5 到 1 0 时, 混凝土 的 2 8 d弹性模量明显减小。 膨胀剂 掺量 膨 胀剂掺 量 , ( a ) 龄期7 d ( b ) 龄期2 8 d 图 3 膨胀剂掺量对粉煤 灰混凝土弹性模量的影响 2 4 膨胀剂对粉煤灰混凝土干燥收缩的影响 图4显示了膨胀剂对粉煤灰混凝土干燥收缩的影响。 对于 粉煤灰掺量 1 5 和 3 0 的混凝土, 掺人 5 的膨胀剂对于减小混 凝土的 7 、 2 8 d干燥收缩都有比较 明显的作用 , 1 5
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