粉煤灰和矿渣粉对混凝土抗裂性影响的试验研究

李洁，王起帆，赵之彬，黄育

（1重庆大学建筑设计研究院，重庆 400045；2后勤工程学院军事建筑工程系；重庆 401311；3解放军某部，江苏南京 210042）

粉煤灰和矿渣粉对混凝土抗裂性影响的试验研究

李洁1，王起帆2，赵之彬3，黄育3

（1重庆大学建筑设计研究院，重庆 400045；2后勤工程学院军事建筑工程系；重庆 401311；3解放军某部，江苏南京 210042）

该文分别研究了粉煤灰、矿渣粉和两者混和物对混凝土抗裂性的影响，共做了7组试块。研究结果表明：适量优质粉煤灰或适量矿渣粉或双掺掺合料的掺加有利于减缓混凝土早期干缩开裂现象的发生；但若继续增加，则对提高混凝土早期抗裂性不利。

粉煤灰；矿渣粉；混凝土；抗裂性

0 引言

随着混凝土在海港、桥梁等交通工程、部分水利工程及地铁工程中的广泛应用，混凝土的早期抗裂性问题越来越引起人们的注意。开裂是影响混凝土耐久性的重要因素，当裂缝数量和尺寸达到一定程度时，混凝土会因环境中腐蚀性物质的侵入而加速劣化。因此，如何减少混凝土的开裂是混凝土领域中一项重要的研究课题[1]。

混凝土的开裂是因为混凝土中拉应力大于混凝土的抗拉强度，或因为拉伸应变达到或超过混凝土的极限拉伸值而造成的。混凝土是一种非均质不连续的多相复合材料，结构内部主要薄弱面为骨料与水泥浆体之间的界面处，因为水泥浆体泌水性大，浆体中的水分向上部迁移，遇骨料后受阻，其下部形成水膜从而消弱了界面的粘结性，因此混凝土开裂时微裂缝主要在界面处形成。从本质上讲，提高混凝土的抗裂性应改善其内部结构，改善水泥浆体与骨料之间的界面结构和性能，减少内部微裂缝，强化界面之间的粘结。影响混凝土抗裂性的因素很多，一般认为，抗裂性好的混凝土具有抗拉强度高、弹性模量低、极限拉伸值大等特点[2]。本文通过混凝土力学性能试验和膨胀干缩率试验，研究粉煤灰和矿渣粉的掺量对混凝土抗裂性的影响。

1 实验原材料及配合比

水泥采用32.5普硅水泥；砂的表观密度2.68g/cm3，细度模数2.64，含泥量0.25%；碎石为一般碎石；粉煤灰采用某公司一级粉煤灰；矿渣粉为某公司矿渣粉；水为自来水。

本试验为比较粉煤灰、矿渣粉和两者混和物对高性能混凝土抗裂性的影响，在水胶比一样的情况下做了三组试块，以A为基准配合比；B1为单掺30%粉煤灰混凝土；B2为单掺40%粉煤灰混凝土；C1为单掺40%矿渣粉混凝土；C2为单掺60%矿渣粉混凝土；D1为双掺20%粉煤灰+40%矿渣粉混凝土；D2为双掺30%粉煤灰+40%矿渣粉混凝土；配料见表1。

表1 试验混凝土配合比

2 试验结果及分析

2.1 混凝土力学性能

混凝土力学性能根据混凝土试验规程进行测试。本试验主要测试了混凝土的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、极限拉伸值等指标。结果见表2所示。

表2 试验结果

由表2知，所有配合比混凝土28d抗压强度均满足C30的强度要求；在掺入粉煤灰和矿渣粉后，通过水胶比的调整，混凝土28d抗压强度和弹性模量与没掺入粉煤灰和矿渣粉的混凝土相比均有提高；单掺和双掺粉煤灰和矿渣粉对抗拉强度影响不大。单掺粉煤灰，混凝土极限拉伸值略有降低，而单掺矿渣粉和双掺粉煤灰加粉煤灰对混凝土极限拉伸值略有提高。

2.2 干缩（膨胀）试验

混凝土试件2d龄期时拆模，然后测其初长，再浸于20±3℃水中养护，分别测1d、7d和14d长度，然后移入干缩室中，测定28d和90d试件长度，结果如表3。

表3 混凝土干缩（膨胀）试验结果

结果用图表示如下：

图1 粉煤灰掺量对混凝土膨胀干缩率的影响

图2 矿渣掺量对混凝土膨胀干缩率的影响

图3 双掺量对混凝土膨胀干缩率的影响

由图1可见，在混凝土中掺加优质粉煤灰取代部分水泥后，混凝土早期膨胀率有所增加，相应混凝土干缩率有所降低。优质粉煤灰的掺加有利于减缓混凝土早期干缩开裂现象的发生。粉煤灰掺量的继续增加，对提高混凝土早期抗裂性不利；由图2可见，在混凝土中掺加矿渣粉取代部分水泥后，混凝土早期膨胀率有所增加，并随矿渣粉掺量的增加而增加，试验结果表明适量掺加矿渣粉可减缓混凝土早期干缩开裂现象的发生；由图3可见，在混凝土中采用双掺粉煤灰加矿渣粉取代部分水泥后，混凝土早期膨胀率有所增加，并随双掺掺合料掺量的增加而增加，试验结果表明适量双掺掺合料可减缓混凝土早期干缩开裂现象的发生。

混凝土凝胶体中钙矾石的数量由混凝土胶凝材料中有效铝酸根、硫酸根和钙离子含量决定。有关研究表明，只有Ca（OH）2能充分供给时，才会产生大膨胀，在Ca(OH)2不足的情况下，水化硫铝酸钙形成时膨胀就很小，而且不会发展为一坚固的基体[3]。在采用Ⅰ级粉煤灰取代28%水泥后，胶凝材料中有效Al2O3含量降低，钙矾石转化为单硫型硫铝酸钙的比例减少，混凝土早期膨胀量增加。随着粉煤灰取代量提高到37%，虽然胶凝材料中有效A l2O3含量降低更多，但凝胶孔中Ca(OH)2含量大幅降低，可能是造成混凝土早期膨胀量减少，低于粉煤灰取代28%水泥混凝土试件膨胀量的主要原因；在采用矿渣粉取代部分水泥后，由于矿渣粉中外掺3%CaSO4·2H2O，胶凝材料中硫酸钙含量充足，且氧化钙含量较丰富，所以凝胶体中钙矾石含量较多[4]，混凝土试件早期膨胀量较大，并随着矿渣粉取代水泥量的增加混凝土早期膨胀量增加。基于上述同样的原因，采用双掺粉煤灰加矿渣粉取代部分水泥后，混凝土早期膨胀率有所增加，并随双掺掺合料掺量的增加而增加。

3 结论

（1）在混凝土中掺入粉煤灰、矿渣或两者混合掺入可显著改善混凝土的微结构，使C-S-H胶凝相对增加，消除或减少界面原生微裂缝，混凝土抗裂性得到提高。

（2）单掺粉煤灰、单掺矿渣粉或双掺粉煤灰和矿渣粉对混凝土的极限拉伸值的影响不大；混凝土28d抗压强度和弹性模量与没有掺入粉煤灰和矿渣粉的混凝土相比均有提高；单掺矿渣粉和双掺粉煤灰加粉煤灰对混凝土极限拉伸值略有提高。

（3）适量优质粉煤灰、适量矿渣粉及适量双掺掺合料的掺加有利于减缓混凝土早期干缩开裂现象的发生，但掺量若继续增加，对提高混凝土早期抗裂性则不利。

[1]杨华全，周世华，董维佳.混凝土抗裂性的分析、评价与研究展望[J].混凝土，2007，36(10)：46-50.

[2]孙海燕，何真.混凝土抗裂性能的评价指标及其提高措施[J].水利水电工程设计，2009，28(1)：45-48.

[3]张国栋，彭刚.现代混凝土理论与设计[M].武汉：武汉理工大学出版社，2002.

[4]唐修生，蔡跃波.大掺量磨细矿渣高性能混凝土抗裂性能的改善[J].建筑材料学报，2009年，12(5)：613-616.

Experimental Study on Impactof Fly Ash and Slag Powderon Crack Resistance of Concrete

The impact of fly ash,slag powder and them ixture of the twomaterialson crack resistance of concrete is studied in the paper through seven groupsofexperimentson concrete samples.The resultsshow thatproper amountof high quality fly ash,slag powder ormixture can improve the crack resistanceof concrete,but reduce crack resistance if theamount isexcessive.

fly ash;slag powder;concrete;crack resistance

TU5

B

1671-9107（2012）10-0053-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2012.10.053

2012-06-14

李洁(1981-)，女，重庆南川人，本科，工程师，主要从事建筑工程设计与研究。

王起帆(1979-)，男，河南新野人，博士生，讲师，主要从事防护工程研究。

孙苏

知识窗