膨胀剂对无熟料混凝土力学收缩性能试验研究

王晓博 裴长春*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

膨胀剂对无熟料混凝土力学收缩性能试验研究

王晓博 裴长春*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

为了降低无熟料水泥混凝土的早期收缩量，试验研究了不同掺合率膨胀剂对使用粉煤灰、矿渣等工业废弃物无熟料水泥混凝土性能的影响，其结果表明：在水胶比为0.35和0.45时，随着膨胀剂掺合率增加，混凝土流动性有所起伏，但均低于OPC，随着膨胀剂掺合率增加，混凝土的强度得到提高，其中膨胀剂掺合率为5%时28 d抗压强度增进效果比较显著，且使混凝土的收缩率降低到良好的范围内。

无熟料水泥混凝土，膨胀剂，抗压强度，干缩率

目前，我国城市化建设飞速发展、建设规模逐步扩大，水泥的需求量增长迅速。一般在水泥生产中排放大量粉尘、烟尘和酸性氧化物，继而造成了严重环境污染及资源浪费，破坏生态平衡，加速了“地球温暖化”。还有火力发电厂排放的粉煤灰、炼钢中产生的矿渣等工业废弃物作为固体废物排放堆存，容易起尘、污染环境、占用大量土地、污染耕地环境和水资源[1-6]。有效地利用粉煤灰、矿渣等工业废弃物作为混凝土材料是解决水泥资源枯竭问题、减少环境污染的重要途径。但使用这些工业废弃物作为胶凝材料配制的混凝土有早期强度低、干缩严重等质量问题。本文中为了降低无熟料水泥混凝土的早期收缩量，提高混凝土的耐久性，做不同掺合率膨胀剂对使用粉煤灰、矿渣等工业废弃物无熟料水泥混凝土性能试验，为无熟料水泥混凝土的配制应用提供参考。

1 试验方案设计及方法

1.1 试验方案设计

本试验中以水胶比为0.35和0.45，以质量比同时掺合粉煤灰47.5%、矿渣47.5%、低纯度石灰粉5%作为胶凝体，使用KOH及NaOH复合激发剂掺总胶凝体质量的7.5%(其中KOH占2.5%，NaOH占5%)的混凝土作为基准混凝土进行配合比设计。并对基准混凝土改变膨胀剂掺合率0%，2.5%，5%，7.5%，又为了与其性能比较，配制使用100%普通硅酸盐水泥的混凝土(以下称为OPC)，共计划10组试验。并在塑性状态下测定混凝土的扩展度，在硬化状态下测定混凝土不同龄期的抗压强度和干缩值。试验采用的混凝土配合比如表1所示。

1.2 原材料的选择

表1 无熟料混凝土配合比

本试验采用的水泥是延边地区汪清县庙岭所生产的庙岭牌P.C32.5水泥(密度3 115 kg/m3)；粉煤灰选择延吉市龙华国电有限公司生产的粉煤灰(密度2 200 kg/m3)；矿渣选择济南市历城区荣兴达矿粉厂生产的矿渣(密度为2 890 kg/m3)。低纯度石灰粉选择吉林富强有限责任公司生产的石灰粉(密度为2.7 g/cm3)，骨料使用吉林省延吉产河砂(密度为2.53 g/cm3)及天然石子(密度为2.78 g/cm3)。减水剂使用粉状聚羧酸高效减水剂(密度为550 kg/m3)；膨胀剂(密度2.7 g/cm3)；水为来自实验室普通自来水；激发剂使用NaOH(质量分数为96.0%)和KOH(质量分数为82.0%)。

1.3 试验方法

试验中混凝土搅拌时采用单卧单轴强制式搅拌机。按照表1要求配合比，将胶凝材料、粗骨料、细骨料在搅拌机中干拌1 min,再加入水和激发剂溶液湿拌3 min。出料后塑性状态下按照GB/T 50080—2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准规定测定混凝土扩展度。硬化状态下按照GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法的规定测定抗压强度。按照GB/T 50082—2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法进行伸缩试验，浇筑、振动成型为带不锈钢测头的100 mm×100 mm×515 mm棱柱体试件。成型后的试件表面用塑料薄膜覆盖,采用保湿养护,1 d后拆模,标准养护后,在龄期3 d测定试件的初始长度,移入恒温恒湿室(温度20 ℃±2 ℃,湿度60%±5%)观测试件在1 d,3 d,5 d,7 d,14 d,21 d,28 d,35 d,45 d,60 d,90 d,150 d,180 d的干燥收缩值，测试仪器采用SP-175型立式收缩仪,测量精度0.001 mm。混凝土收缩值按下式计算:εst=(L0-Lt)/Lb。其中，εst为试验期为t天的混凝土收缩值，t从测定初始长度算起；Lb为试件的测量标距，用混凝土收缩仪测定时应等于两测头内侧的距离，即等于混凝土试件的长度(不计测头凸出部分)减去2倍测头埋入深度，mm；L0为试件长度的初始读数，mm；Lt为试件在试验期为t天时测得的长度读数，mm。

2 试验结果与分析

2.1 流动性

图1为W/B分别为0.35，0.45时膨胀剂掺合率变化下的无熟料水泥混凝土扩展度。首先当W/B=0.35时未掺膨胀剂的基准混凝土扩展度为380 mm，与使用100%普通硅酸盐水泥的OPC扩展度相差比较大。这是因为矿渣粉和粉煤灰在强碱激发剂的作用下分别发生潜在水硬性反应和火山灰反应，使混凝土结构逐步形成，降低了混凝土流动性。随着膨胀剂掺合率的变化混凝土的流动性相差不大。当W/B=0.45时基准混凝土扩展度为530 mm，与使用100%普通硅酸盐水泥的OPC扩展度相差比较大。随着膨胀剂掺合率的变化混凝土的流动性逐步降低，这是因为膨胀剂在碱性环境中水化生成的钙矾石晶体使混凝土结构进一步加速形成，降低了混凝土流动性。

2.2 抗压强度

图2，图3分别为W/B=0.35时膨胀剂掺合率变化下的3 d，7 d，28 d的抗压强度和相对OPC抗压强度百分比。从图中可知，在龄期3 d时,基准混凝土强度达到17.5 MPa，达到OPC强度的71.2%。随着龄期的增长强度提高的幅度逐步增大。当龄期28 d时，基准混凝土强度值达到28.6 MPa，强度发挥到OPC的68.7%。这是因为在碱性激发剂作用下，在无熟料水泥胶凝体中磨细矿渣粒子玻璃体被击碎，使矿渣发生潜在水硬性反应,粉煤灰发生火山灰反应，生成了相对较多的水化物，致使混凝土强度得到提高。随着膨胀剂掺合率的增加虽然有一些起伏，但相对于基准混凝土有所提高。特别是在龄期28 d时，掺合5%膨胀剂的35-U5比基准混凝土提高了13.0%，达到OPC混凝土90%水准，强度提高效果比较显著。这是因为膨胀剂在碱性环境中发生水化反应，生成的针状钙矾石填充混凝土中的孔隙，改善了混凝土的孔结构，从而提高了混凝土强度。

图4，图5分别为W/B=0.45时膨胀剂掺入率变化下的3 d，7 d，28 d的抗压强度和相对OPC抗压强度百分比。在龄期3 d时,基准混凝土强度达到13.2 MPa，随着龄期增长强度逐步提高，在龄期28 d时，基准混凝土强度值达到25.1 MPa，达到OPC的77.3%。随着膨胀剂掺合率变化，掺合5%膨胀剂的45-U5强度值达到26.8 MPa，达到OPC混凝土81.1%水准，强度增进效果显著。

2.3 干燥收缩

图6为W/B=0.35和0.45时不同龄期的混凝土干缩率。首先W/B=0.35时，OPC和基准混凝土因在空气中散失水分而体积有缩变，且随着龄期的增长收缩率大致有相似趋势。随着膨胀剂掺合率的变化混凝土的收缩率逐步降低，在掺合5%膨胀剂的35-U5收缩率降低到215.97×10-6，得到较良好的效果。这是因为膨胀剂在混凝土中发生水化反应，在粒子周围生成排列不规则的针状晶体钙矾石，钙矾石向周围的粒子扩大，结晶压力引起体积膨胀[7]，混凝土得到膨胀补偿，继而降低了总的收缩量。当W/B=0.45时，OPC和基准混凝土随着龄期的增长收缩率发展趋势也相近。随着膨胀剂掺合率的变化混凝土的收缩量逐步降低，且在掺合5%膨胀剂的45-U5收缩率降低到26.84×10-6，接近于初始值，得到较显著的补偿效果。

3 结语

本文中为了降低使用粉煤灰、矿渣为胶凝材料的无熟料水泥混凝土的干缩量，提高混凝土的耐久性，做了不同掺合率膨胀剂对无水泥混凝土的基础特性及收缩性能试验，其试验结果如下：1)基准混凝土的流动性比OPC发生大幅度的降低，随着膨胀剂掺合率增加，混凝土流动性有所起伏，但并没有明显的变化。2)在W/B=0.35和0.45时，基准混凝土的28 d抗压强度分别为28.6 MPa，25.1 MPa，分别达到OPC的68.7%，77.3%。随着膨胀剂掺合率增加混凝土的强度有所提高，其中膨胀剂掺合率为5%时的28 d抗压强度分别达到38.5 MPa，26.8 MPa，强度增进效果比较显著。3)OPC和基准混凝土因在空气中散失水分而体积有缩变，且随着龄期的增长收缩率趋势大致相似。随着膨胀剂掺合率的增加混凝土的收缩率逐步降低。在本试验范围内，掺合5%膨胀剂时膨胀补偿效果发挥比较显著，得到较小的收缩率。

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Expansive agent addition rate on the experimental study on basic properties and shrinkage performance of non clinker concrete

Wang Xiaobo Pei Changchun*

(YanbianUniversity，InstituteofTechnology,Yanji133002,China)

In order to reduce early shrinkage non clinker cement concrete, different blending rate of expansion agent on the use of fly ash, slag and other industrial waste properties of non clinker cement concrete test. The result indicates that the water binder ratio of 0.35 and 0.45, with expansion agent addition rate increased, liquidity has ups and downs, but lower than that of OPC. With expansion agent addition rate increased, the strength of concrete is improved, the expansive agent admixture ratio 5% 28 d compressive strength enhancing effect more obvious, and the shrinkage of concrete to reduce the rate of good range.

non clinker cement concrete， expansive agent， compress strength， dry shrinkage rate

2014-11-22

王晓博(1986- )，男，在读硕士

裴长春(1976- )，男，博士，硕士生导师，讲师

1009-6825(2015)04-0110-03

TU528.042

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