[摘要] 在保持水膠比不變和7 天抗壓強度不變的條件下,分別研究了粉煤灰摻量對混凝土自生收縮的影響。研究結果顯示:一定的范圍內,在等水膠比和等強度條件下,混凝土的自生收縮都隨著粉煤灰摻量的增大而減小。
[關鍵詞] 粉煤灰;自生收縮;等水膠比;等強度
0 前言
在與外界沒有水分交換的條件下,混凝土內部相對濕度隨水泥水化的進行而降低,稱為自干燥作用。自干燥造成毛細孔中自由水的飽和蒸汽壓,形成彎液面,因而引起混凝土的自生收縮。水膠比是影響混凝土的自生收縮的主要因素之一,自生收縮隨水膠比的降低而增大[1 ,2 ,3 ] 。當混凝土的水膠比為0.4時,自收縮約占總收縮的25 % ,已不可忽略;水膠比為0.3 時,自收縮約占總收縮的35 %;水膠比降低至0.19 ,且摻有硅灰時,自收縮的比重上升到75 %[4 ] 。
現代高強混凝土由于采用了高效減水劑,能夠使水膠比大大降低。水膠比的降低使高強混凝土的水化迅速、水泥石結構致密,其體積穩定性與普通混凝土不同,高強混凝土的早期自生收縮大、溫度收縮大,干燥收縮相對較小。
及時、良好的養護可以有效減小干燥收縮,而高強混凝土的內部結構密實,表面的養護水難以滲透到混凝土內,因此加強養護的辦法對減小高強混凝土的自生收縮并沒有太大的效果[4 ] 。很多學者研究了礦物摻合料對混凝土自生收縮的影響,結果顯示,保持混凝土的水膠比不變時,摻入粉煤灰可以明顯減小混凝土的自生收縮,并且隨著摻量的增加,混凝土的自生收縮不斷減小[5 ,6 ] 。本文首先從保持水膠比不變的角度探討粉煤灰摻量對自生收縮的影響,然后從保持混凝土強度不變的角度深入研究粉煤灰摻量對自生收縮的影響。
1 原材料
試驗所用的水泥為北京水泥廠生產的京都牌P. O.42.5普通硅酸鹽水泥,粉煤灰為內蒙古元寶山發電廠生產的Ⅰ級粉煤灰,二者的化學組成如表1 所示。粗骨料采用北京門頭溝地區的石灰石碎石,粒徑5～25mm。細骨料采用北京懷柔區紫荊關的中砂,砂子的細度模數為3.1 ,含泥量小于3 % ,在使用前用孔徑5.0mm 的方孔篩篩除大于5mm 的顆粒。減水劑采用Sika 3301 聚羧酸鹽高效減水劑。
2 自生收縮的測量方法
混凝土試件采用塑料布包裹,與模具的上部沒有接觸,模具的底部墊有聚四氟乙烯墊板,墊板和模具內部的側面都涂凡士林以減小摩擦。在混凝土初凝之后抽掉試件四周的墊板,二次密封后開始測量,這樣即可以避免混凝土試件與外界的水分交換,消除了干縮的影響,又盡可能地減小了摩擦阻力的影響。室溫保持在20 ℃,測量收縮的同時,使用Pt100 溫度傳感器測量室溫和試件內部溫度,以消除溫度變形的影響。使用LVDT位移傳感器采集試件長度變化,精度可達±1×10- 6 。
本研究使用的自收縮測量裝置由三部分組成(如圖1 所示) : (a) 測量模具與傳感器; ( b) 數字巡檢儀; (c) 自動采集軟件。LVDT 和Pt100 傳感器采集到的位移與溫度數值,通過數字巡檢儀(也可通過液晶面板人工讀數) 傳入計算機,可實時顯示收縮和溫度的變化情況。采集數據的間隔為1 分鐘,因而可以獲得大量連續的數據,反映自收縮發展的真實過程。
3 等水膠比條件下粉煤灰摻量對自生收縮的影響
試驗選用的水膠比為0.34 和0.26 ,針對每一個水膠比,粉煤灰的摻量都為0 %、15 %、30 %和45 %。混凝土配合比及相應的混凝土7 天抗壓強度如表2 、表3 所示。
自生收縮的測量結果如圖2 、圖3 所示,從圖中可以看出,摻入粉煤灰的混凝土同基準混凝土相比,自收縮的明顯降低,并且隨著粉煤灰摻量的增加自收縮降低得更多。混凝土的自生收縮絕大部分發生在初凝后的1 天內,摻入粉煤灰的混凝土自生收縮的減少也主要發生在初凝后1 天齡期內,而自生收縮在初凝后2～7 天齡期內的增長幾乎相同。粉煤灰早期基本上不參加水化反應,因此在保持水膠比不變的條件下,增加粉煤灰的摻量相當于減少了早期參加水化反應的膠凝材料量。由于用水量不變,所以水化產物所需要填充
的空間基本不變。粉煤灰替代部分水泥后,膠凝材料早期的水化程度降低,水化產物對內部結構的填充作用減弱。因此粉煤灰摻量增加,水泥石內部結構變得疏松,粗毛細孔含量提高,細毛細孔含量降低,毛細孔內的自由水含量增多,臨界半徑增大,毛細管負壓降低,因此自生收縮減小。
4 等強度條件下粉煤灰摻量對自生收縮的影響
從表2 、表3 中可以看出,隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土的7 天抗壓強度降低。對于一個特定的工程,混凝土強度預先根據承載力大小和結構形式所確定,因此以降低混凝土早期強度的代價來減小混凝土自生收縮的方法是有局限的。也就是說,保持混凝土水膠比不變,得出混凝土自生收縮隨粉煤灰摻量的增加而減小的結論,并不能直接應用于實際工程中,它只是為我們研究如何減小混凝土自生收縮提供了一個方向。眾所周知,降低水膠比,可以提高混凝土的強度,但會增大混凝土的自生收縮。摻加粉煤灰,會降低混凝土的早期強度,因此,為保持混凝土早期強度不降低,需要適當降低水膠比。那么,在降低水膠比的情況下,混凝土的自生收縮會不會隨著粉煤灰摻量的增加而減小就需要進一步研究。本文研究了7 天抗壓強度為60MPa 和80MPa 的情況。不同強度的混凝土配合比和相應的實測7 天抗壓強度見表4和表5 。由表中可以看出,實測強度與預設的強度相差較小,滿足試驗要求。
圖4 、圖5 分別為7 天抗壓強度60MPa 和80MPa 時混凝土的自生收縮,從圖中可以看出,盡管為保證混凝土早期強度不下降而降低了水膠比,但是增加粉煤灰摻量對減小混凝土自生收縮的作用強于降低水膠比對增大混凝土自生收縮的作用。因此,在等強度條件下,混凝土的自生收縮仍隨著粉煤灰摻量的增加而減小,即保持混凝土早期強度不下降的條件下,摻入粉煤灰對減小混凝土的自生收縮是有效的。
5 結論
一定范圍內,在保持水膠比不變的條件下,混凝土的自生收縮隨粉煤灰摻量的增加而減小;在保持混凝土7 天抗壓強度不變的條件下,盡管隨著粉煤灰摻量的增加需要不斷降低水膠比,但混凝土的自生收縮仍隨著粉煤灰摻量的增加而減小。
參考文獻
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