锂渣、粉煤灰高性能混凝土早期抗裂性能试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第 1期 (总 第 2 6 7 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERL L AND ADM I NI CLE 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 2 0 1 0 2 0 锂渣、 粉煤灰高性能混凝土早期抗裂性能试验研究 杨恒阳，周海雷，侍克斌，吴福飞 ( 新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 5 2 ) 摘要： 利用刀口法研究了水胶比、 锂渣掺量、 粉煤灰掺量和锂渣细度对复掺锂渣 、 粉煤灰高性能混凝土早期塑性收缩裂缝的影响， 试 验结果表明水胶比对混凝土早期抗裂性能影响较大， 粉煤灰掺量和锂渣掺量分别次之。 在相同条件下， 复掺锂渣、 粉煤灰高性能混凝土的 早期抗裂性能优于普通水泥混凝土， 锂渣细度的适度增加会在一定程度上提高混凝土的早期抗裂性能。 关键词： 高性能混凝土；锂渣；粉煤灰；刀1：3 法；水胶比；掺量；早期抗裂性能 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 6 5 0 3 E xpe r i m e nt a l s t udy on t he c r ac k i n g r e s i s t a nc e a t e ar l y ag es o f hi gh p er f or manc e c on c r e t e a dde d wi t h l i t hi um s l ag an d f l y a sh Y ANG Hc n g - y a n g， Z H OUHa i l e i ， S HI Ke b i n， W U Fu 一 玎 ( Co l l e g eo f Hy d r a u l i c a n dC i v i l E n g i n e e r i n g ， X i n j i a n g Ag r i c u l t u r a l U n iv e r s i t y ， U mmq i 8 3 0 0 5 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I t s t u d i e s t h e c o n t r i b u t i o n o f wa t e r t o b i n de r r a t i o， l i t h i u m s l a g d o s a g e， fl y a s h d o s a g e a n d l i t h i um s l a g f i n e n e s s t o t h e e a r l y - a g e p l a s t i c s h r i n ka g e a n d c r a c k i n g o fh i g h p e rfo r manc e c o n c r e t e a dd e d、 i t l 1 l i t h i u m s l a g an d fly a s hTh e e x p e r i me n t de mo n s t r a t e s the wa t e r t o b i n d e r r a t i o h a s t h e mo s t i n fl u e n c e a mo n g the t h r e e f a c t o r s ， a n d the l i t h i um s l a g d o s a g e h a s the l e a s t T h e c rac k i n g r e s i s t a n c e a t e arl y a g e s o f h i 曲 p e r f o r man c e c o n c r e t e a d d e d、 v i t h l i t h i u m s l a g an d fly a s h i s b e t t e r t h a n t h a t o f c o mmo n c e m e n t c o n c r e t e i n the s a me c o n d i t i o n To s o m e e x t e n t th e i n c r e a s e o f l ithi um s l a g fi n e n e s s c a l l i mp r o v e the cra c k i n g r e s i s t a n c e a t e a r l y a g e s O f h i g h p e r f o r manc e c o n cre t e K e ywo r d s ： h i 曲 p e r f o rm anc e c o n c r e t e ； l i thi um s l a g ； fl ya s h； k n i f e e d g eme tho d ； wa t e r t ob i n d e r r a ti o ； p o r a v e r ； c rac k i n g r e s i s t a n c e ate arl y a g e s 0 引言 混凝土作为一种重要的工程材料已被广泛应用于工程建 设和工业生产中， 尤其是自2 0 世纪 9 O年代初高性能混凝土这 一 概念被提出以来， 随着一些重大工程项 目的开工建设 ， 混凝 土材料的大规模使用已使之成为当今世界上用量最大、 用途最 为广泛的工程材料 l _ 。 然而， 混凝土结构在使用过程中总是不可 避免地会出现裂缝问题 ， 混凝土结构的裂缝产生会加速混凝 土的碳化、 有害离子侵蚀以及钢筋的锈蚀进程 ， 对建筑物结构 的正常使用和耐久性产生极其不利的影响， 甚至会导致建筑物 的失稳破坏 ， 严重威胁着人民生命财产的安全。 因此， 混凝土抗 裂性能的研究具有十分重要的意义。 关于混凝土早期开裂以及性能劣化的研究最早起源于 1 9 8 9年 R I L E M 成立的关于混凝土早期温度裂缝的委员会阁， 在此后许多年的时间里国内外诸多学者围绕着混凝土裂缝问 题做了大量的研究工作 ， 包括导致混凝土产生裂缝的影响因素、 混凝土裂缝的评价方法和混凝土结构裂缝的修复等方面。 事实 上， 针对矿物掺料对混凝土早期裂缝影响的试验研究多集中在 粉煤灰、 硅粉和磨细矿渣的单掺和复掺， 对于复掺锂渣、 粉煤灰 高性能混凝土早期抗裂性能的研究至今仍较少。 同时， 以往学者 对于混凝土裂缝研究的试验方法多采用平板法、 圆环法【5 ， 试件 生成裂缝形状以及开裂方向多为不规则裂缝 ， 往往会增加测量 工作的难度， 导致测量误差的增大。 本试验采用刀口法对复掺锂渣、 粉煤灰高性能混凝土的早 期抗裂性能进行研究， 分析了水灰比、 锂渣掺量、 粉煤灰掺量以 及锂渣细度等因素对混凝土早期抗裂性能的影响， 从而为减少 或者避免混凝土结构开裂提供理论依据。 1 试验概 况 1 1 试验原材料 水泥： 新疆天山水泥厂生产的P O4 2 5 R级水泥， 实测 2 8 d 抗压强度为 5 0 5 3 M： P a 。 细骨料 ： 乌鲁木 齐河河砂 ， 级配 良好的中砂 ， 细度模数为 2 9 2。 粗骨料： 乌鲁木齐河河卵石， 连续级配， 粒径范围5 2 5 m m。 锂渣： 新疆锂盐厂锂渣 ， 比表面积为 4 0 0 m2 k g原渣和 7 7 0 、 1 0 8 0m2 k g 磨细锂渣。 粉煤灰 新疆玛纳斯电厂 级粉煤灰。 外加剂： 新疆格辉科技有限公司生产的萘系高效减水剂。 1 2 试验 装 置 刀口法试验装置为图 1 所示的钢制模具， 模具内沿长度方向均 匀设置 7 根裂缝诱导器， 试件尺寸为 8 0 0 r m n x 6 0 0 m mx l O 0 m m， 与模具浇筑成一个整体。 1 3 试 验 方法 试验在( 2 0 2 )、 相对湿度为( 6 0 5 ) 的恒温恒湿实验室 进行， 试件成型 3 0mi n后， 调整风扇位置和风速 ， 使风向平行于 收稿 日期 ：2 0 1 l o 7 3 基金项目：国家高等学校博士点专项科研基金资助课题( 2 0 0 8 0 7 5 8 0 0 0 7 ) ； 新疆水利水电工程重点科研基金资助项目( X J Z D X K - 2 0 1 0 0 2 - 1 2 ) 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m o o 目= o _ _ 鼍 o o o 8 o 800 短侧板 螺栓 加强肋 裂 缝 诱导 器 底板 图 1 混凝土早期抗裂试验装置图示意图( 单位 ： mm) 试件表面和裂缝诱导器， 并确保试件表面中心正上方 1 0 c m处 风速为( 5 0 5 ) m s 。 自加水拌和开始计时， 在 2 4h 测读裂缝。 1 4试验设 计 本试验选取水胶比、 锂渣掺量和粉煤灰掺量 3个因素 ， 每 种因素选取 3 个水平， 采用 ( 3 ) 正交表安排试验， 试验共浇筑 9组混凝土， 每组 2 个试件， 如表 1 和表 2 所示。 表 1 正交表 因素水胶t L ( A)锂渣掺量( B ) 粉煤灰掺量( c ) 空白( D) 2 试验 结果 与分析 2 1正 交试 验 正交试验采用比表面积为4 0 0 m2 k g 原渣进行试验， 试验选 用裂缝最大宽度 和单位面积总开裂面积 c作为评价混凝土 试件早期抗裂性能的指标， 取每组两个试件的平均值作为该组 的试验结果 ， 见表 3 。 分别对最大裂缝宽度 和单位面积总开裂面积 c进行正 交分析， 由结果( 见表 3 ) 可以看出， 水胶比、 锂渣掺量和粉煤灰 掺量三个因素中， 水胶比对混凝土早期开裂影响最大， 粉煤灰 掺量次之， 锂渣掺量影响最小。 最大裂缝宽度 和单位面积总 开裂面积 c均随着水胶比的增大而减小， 随着锂渣掺量的增大 先减小后增大， 随着粉煤灰掺量的增大而增大， 如图2 、 3所示。 6 6 表 3 试验数据 因素水 平 图 2 裂缝宽度正交分析效应 曲线 因素水平 图 3 开裂面积正交分析效应 曲线 2 2对 比试验 为了研究复掺锂渣 、 粉煤灰高性能混凝土早期抗裂性能 与普通水泥混凝土的区别以及锂渣细度对混凝土早期抗裂性 能的影响， 以正交试验中的 L P 0 6号试验为基础设计了对比试 验， 即采用相同水胶比和砂率 ， 分别采用纯水泥和比表面积为 7 7 0、 1 0 8 0 m2 k g的磨细锂渣与粉煤灰复掺进行试验 ， 结果见 表 4 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 4 对 比试验数据 试验编号 水胶比 水泥掺量 锂渣掺量 粉煤灰掺量 最大裂缝宽度 W mm 单位面积总开裂面积 C ( m m 2 1 m )锂渣比表面积 ( m2&g ) 由对比试验数据可以看出， 在相同水胶比和砂率的条件下， 复掺锂渣、 粉煤灰高性能混凝土的早期抗裂性能优于普通水泥 混凝土 ； 在相同掺量和配合 比的条件下 ， 混凝土的早期抗裂性 能随着锂渣细度的增加先提高后降低。 3结 论 通过正交试验和对比试验综合分析了水胶比、 锂渣掺量和 粉煤灰掺量三种因素以及锂渣细度对混凝土早期抗裂性能的 影响， 得出以下结论 ： ( 1 ) 在同等条件下， 复掺锂渣、 粉煤灰高性能混凝土早期抗 裂性能优于普通水泥混凝土。 ( 2 ) 在水胶比、 锂渣掺量和粉煤灰掺量三种因素中， 水胶比 对混凝土早期抗裂性能的影响最大， 粉煤灰掺量次之， 锂渣掺 量的影响最小 。 ( 3 ) 混凝土早期抗裂性能在一定程度上随着水胶比的增大 而提高 ， 随着粉煤灰掺量的增加而降低， 随着锂渣掺量的增加 先提高后降低。 ( 4 ) 在相同掺量和配合比的前提下 ， 锂渣细度的增加能够 上接第 6 4页 中比表面积为 3 0 0 mV k g的膨胀剂对强度的降低程度较其他两 个比表面积的降低幅度大。 从 B组看出 C S A膨胀剂粉磨的比 表面积对强度的变化规律有 比表面积大对强度的影响较小。 虽 然不同细度的 C S A膨胀剂对砂浆的强度有一定的降低作用 ， 但是他们的在 7 、 2 8 d时的抗压强度均符合 J C 4 7 6 -2 0 0 9规定 的 7 d 2 0 MP a ， 2 8 d 4 0 MP a的规定。 膨胀剂在没有约束条件 下的水泥基材料中水化水化生成的钙矾石等膨胀物质会使试 体本身产生自由膨胀， 材料内部的毛细孑 L 不但没有得到很好的 填充， 并且在在 自由膨胀状态时材料内部的微细孔有增多的趋 势。 这是无限制条件下材料强度降低的主要原因。 3结 论 ( 1 ) 当硫铝酸盐水泥熟料： 硬石膏的比例提高时， C S A膨胀 剂的粉磨时间增长， 易磨性降低。 ( 2 ) 当硫铝酸盐水泥熟料： 硬石膏 = 5 0 ； 5 0时， A组不同比 表 面积 的 C S A膨 胀剂 的膨 胀 性能 呈现 出这 样 的规 律 ： 一 E E A 2 ； 当硫铝酸盐水泥熟料： 硬石膏 = 5 5 ：4 5时， B组的各膨胀 的膨胀性能呈： l E s 3 E m 。 ( 3 ) 通过对 B组硫铝酸盐水泥熟料 ： 硬石膏 = 5 5 ： 4 5与A组 硫铝酸盐水泥熟料： 硬石膏 = 5 0 ： 5 0的横向比较 ， 得出在相同比表 面积下， 膨胀剂的膨胀陛能E有 E A ， E m E a z ， E E A 3 的规律。 ( 4 ) C S A膨胀剂的掺加降低水泥胶砂的强度， 其中比表面 积大、 细度较细时， C S A膨胀剂对水泥胶砂的强度影响较小。 使得混凝土早期抗裂性能先提高后降低。 参考文献 ： 1 冯乃谦 新实用混凝土大全【 M E 京： 科学出版社， 2 0 0 5 2 冯乃谦， 顾睛霞， 郝挺宇 混凝土结构的裂缝与对策【 M 】 E 京 ： 机械工 业出版社， 2 0 0 6 【 3 3 沈新普， 黄志强， 鲍又博， 等 混凝土断裂的理论与试验研究f M 】 北 京 ： 中国水利水电出版社， 2 0 0 8 【 4 】 韩素芳， 耿维恕， 等 冈 筋混凝土结构裂缝控制指南( 第二版) 【 M 】 北 京 ： 化学工业出版社， 2 0 0 5 ( 5 1 谢成新 ， 郑建岚 高性能混凝土的抗裂性能研究评述 J 】 福州大学学 报 ： 自然科学版， 2 0 0 5 ( 3 3 ) ： 2 9 7 3 0 0 作者简介 联系地址 联系电话 杨恒1 B ( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向掺加复合粉提 高混凝土强度和早期抗裂性能。 乌鲁木齐币南昌路4 2 号 新疆农业大学 2 8 8 引言稽( 8 3 0 0 5 2 ) 1 3 9 9 9 8 2 6 4 9 5 2 】 吴中伟 补偿收缩混凝土【 M 】 E 京： 中国建筑工业出版社， 1 9 7 9 3 N A G A T A K I S ， G O MI HE x p a n s i v e a d m i x t u r e ( ma i n l y e t t r i n g i t e ) l J C e m e n t C o n c r e t e ， C m o s i t e s ， 1 9 9 8 ， 2 0 ( 2 3 ) 4 C O L L E P A RD I M， B O B S O I A， C O L L E P A R D I s ， e t a 1 E f f e c t s o f S h ri n k a g e Re d u c i n g A d mix t u r e i n S h ri n k a g e C o m p e n s a t i n g C o n c r e t e J T r o l i E N- C O， E n g i n e e ri n g c o n c r e t e ， P o n z a n o V e n e t o ， ( T V ) ， I t a l y 5 游 宝坤 ， 李光明， 黄春江， 等 铝酸钙一 硫铝酸钙膨胀剂 ： 中 国， 0 2 1 0 3 8 9 9 P 2 0 0 2 6 赵顺增， 游宝坤 混凝： 亡 膨胀剂行业的现状和发展方向 c 第五届全 国混凝土膨胀剂学术交 流会论文集， 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： 6 - 1 0 7 Y AMA Z AK I Y， K AMI AK A H， K OB AY A S H I S ， e t a 1 E x p a n s i o n m e c h a - n i s m a n d h y d r a t i o n o f e x p a n s i v e c e me n t J C A J R e v i e w of t h e 3 4 t h Ge n e r a l M e e t i n g ， 1 9 8 0 ( 3 4 1) ： 5 9 6 1 8 HE I N Z D， L U D WI G U Me c h a n i s m o f s u b s e q u e n t e t t r i n g i t e f o r m a t i o n i n mo r t a r s a n d c o n c r e t e s a f t e r h e a t t r e a t me n t C P r o c e e d i n g s o f t h e 8 t h I n - t e r n a t i o n a l Co n g r e s s O U t h e C he mi s t r y o f C e me n t Ri o De J a n e i m， Ma y 1 9 8 6： 1 8 9 1 9 4 9 L A WR E NC E C D Mo r t a r e x p a n s i o n s d u e t o d e l a y e d e t t r i n g i t e f o r ma t i o n - E ff e c t o f c u ri n g p e n o d a n d t e mp e r a t u r e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 4 ) ： 9 0 3 9 1 4 1 0 DI A MON D S D e l a y e d e t t r i n g i t e f o r ma t i o n - p r o c e s s a n d p r o b l e ms J C e - m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 1 9 9 6 ( 1 8 ) ： 2 0 5 2 1 5 作者简介 参考文献： 1 A L I T C I N P C C e m e n t s o f y e s t e r d d y a n d【 0 d a y ： c 。 n c r e t e。 f t o m o r r 0 w 联系地址 C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 9 ) 审 电话 蔺喜( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 高性能混凝土 及混凝土外加剂。 北京市海淀区学院路丁 1 1 号( 1 0 0 0 8 3 ) 1 3 8 1 0 4 3 9 4 7 5 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m