水工混凝土抗裂性能中粉煤灰的影响

朱永明

（广西中水工程检测有限公司 广西南宁 530001）

引言

水工混凝土结构的作用稳定性，是保证所处水利工程项目建设使用安全可靠性的关键。为保证混凝土的强度与抗裂性能效果，研究人员通过掺入粉煤灰来进行优化控制。而实际使用过程，粉煤灰易受施工环境复杂与技术局限等问题的影响，进而降低粉煤灰的作用效果。为此，相关建设者应在明确粉煤灰对水工混凝土抗裂性能影响作用原理的情况下，明确具体的影响因素。如此，就可在水工混凝土的实际建设过程对粉煤灰的作用质量进行有效控制，进而提升水工建筑物建设使用的安全稳定性。

1 研究水工混凝土抗裂性能中粉煤灰影响的现实意义

据分析统计，粉煤灰是在20世纪30年代开始作用于水工混凝土的，其能最大程度的降低混凝土的水化热温度。随着经济发展进程的不断加快，水工建筑物中运用粉煤灰的含量越来越高，这就使其在该类工程项目中占据着越来越重要的位置。到目标截面，掺入大量的粉煤灰已经成为保障水工混凝土抗裂性能的关键。然而，在实践过程中，因使用方法不当导致混凝土结构出现了裂缝病害，这不仅会对混凝土工程的耐久性造成威胁，还会降低整个水工建筑项目建设使用的安全可靠性。为此，相关建设者应在明确粉煤灰对水工混凝土抗裂性能影响原理的情况下，确定具体的粉煤灰作用因素。如此，水工混凝土结构建设者应将得出的结果进行实践控制，以提高工程项目建设使用的质量效果[1]。

2 粉煤灰对水工混凝土抗裂性能影响的作用原理

研究表明，水工混凝土掺杂粉煤灰后，能够大幅提升混凝土的抗裂性能，其具体的作用原理为：

（1）水工混凝土中粉煤灰的形态塑造功能，能够将其减水效果充分发挥出来，进而降低混凝土单位的用水量。如此，不仅能够保证水工混凝土结构基本的强度效果，还能降低施工造价成本。这里造价成本控制效果，是因为粉煤灰的掺入减少了混凝土水化热的温升值，且降低了混凝土结构温度变形的发生几率。此外，水工混凝土掺入粉煤灰后，还提升了其结构的致密效果，进而使混凝土的抗裂能力得到了大幅度的提升[2]。

（2）粉煤灰运用后的火山灰效应能够增加水工混凝土结构的反应势能，进而强化混凝土的后期作用强度。在此作用背景下，混凝土的抗压强度就得到了提升，进而为混凝土的抗裂性能效果控制提供了重要助力。

（3）作用于水工混凝土结构的粉煤灰，其微集料效应能够产生致密作用，进而降低了混凝土硬化现象的发生机率。这里的硬化现象是指，有害孔，有效保证混凝土结构作用的密实性。此外，在化学作用方面，粉煤灰的水化物能够起到骨架支撑作用，即通过提升了混凝土的粘结强度，进而改善混凝土的地质性能。上述作用过程原理，均能提升水工建筑混凝土结构的抗裂性能效果[3]。

3 水工混凝土抗裂性能中粉煤灰的影响分析

3.1 水泥脆性系数影响

水工混凝土掺杂粉煤灰后的水泥脆性系数是指，水泥胶砂抗压强度与抗折强度的比知识，本文用K来表示。经分析，其取值的大小易受水泥品种、水泥矿物成分、混合材料品种以及水化龄期等因素的影响。为此，研究人员采用试验方法分析粉煤灰运用对水工混凝土抗裂性能的影响，即将等量的粉煤灰代替水泥，来找出差异[4]。如表1所示，为具体试验结果。

表1 掺入粉煤灰水泥脆性系数

表中F是指：粉煤灰用量；B是指：胶凝材料用量；F/B是指：粉煤灰掺量。水泥脆性系数是随着粉煤灰掺入量的增加而减少的；在龄期方面，是随其增加而增大的。因此，可以判断粉煤灰能够起到降低混凝土水泥脆性的作用。

3.2 混凝土弹性模量影响

水泥混凝土环境中，低弹性模量能够使混凝土出现变形时降低应力，进而规避裂缝问题出现的可能性。经分析统计，粉煤灰掺量增加后，混凝土弹性模量将下降。且一定抗压强度范围内，轴向抗拉强度会随着粉煤灰掺量的增加而增加的趋势。

3.3 降低混凝土温度影响

水工混凝土结构中，粉煤灰作为掺合料能够取代水泥，进而降低混凝土的绝热温升值。当粉煤灰的掺量增加时，混凝土的绝热温升会越小。此外，当绝热温升值下降后，混凝土的水化热温升与内外温差也会缩小，大幅降低了混凝土的温度应力影响。此环境背景下，不仅能够提升混凝土早期的抗裂能力，还能有效防止混凝土表面出现贯穿裂缝。在温控方面，在降低了3～10℃的水化热温升后，将对混凝土起到与冷却水管相同的作用[5]。

3.4 混凝土干缩影响

当水工混凝土内部水分减少后，干缩问题就会导致混凝土体积出现收缩问题。此外，如混凝土处在钢筋厚实相邻构件的约束状态，当产生拉应力后且超出抗拉强度，就会出现开裂病害。经研究人员对不同掺量的粉煤灰对混凝土的干缩变形影响进行数据分析发现，干缩变形程度会随着期龄、掺量的增加而增加，会随着干缩变形而减小。如水工混凝土的干缩变形减少就会对混凝土表面的拉应力造成影响，进而提升混凝土结构的抗裂性能。

3.5 混凝土徐变影响

徐变能使建筑物混凝土的内部应力及变形不断发生重分布，并能使建筑物中局部应力集中现象得到缓和，对混凝土的抗裂性能的提高是有利的。徐变对水工大体积混凝土的温度应力的缓解也起着有利作用，尤其是在温度变化程度变小时，局部的温度变形就会被抵消，进而降低温度变形问题所带来的负面影响。

3.6 自生体积变形影响

水工混凝土在硬化过程中，会因胶凝材料的水化而对混凝土结构的体积造成变化影响，此过程，就被业内人士称为滋生体积变形。混凝土自生体积的变形被归纳在收缩变形类型中，其会导致混凝土内部应力减少。原型观测的结果有膨胀也有收缩，当粉煤灰掺量达到49%时，混凝土原型观测（＞400d）自生体积变形为一72×10-6，表现为收缩；而掺量为51%时则为54×10-6，表现为膨胀，这可能受介质温度、湿度、干缩等因素的影响。但总的来说，提高粉煤灰掺量将改善混凝土的自生体积变形[6]。

4 结束语

综上所述，粉煤灰的水泥脆性系数、弹性模量、混凝土温度、混凝土干缩、混凝土徐变以及自生体积变形等因素均会对水工混凝土抗裂性能造成影响。为此，相关建设人员应根据试验获得的数据分析结果对粉煤灰的使用方法、用量以及针对性进行控制，进而满足水工建筑物对混凝土结构作用强度、可靠性以及施工质量等需求。

参考文献

[1]张磊，田斌，卢晓春，焦雨起，郭志杰.养护环境及粉煤灰对水工混凝土导电性能影响研究[J].三峡大学学报（自然科学版），2017，39（06）：31～34.

[2]周厚贵，张振宇.水工超高掺粉煤灰混凝土设计与试验研究[J].水力发电学报，2017，36（05）：1～9.

[3]白转转.水工混凝土中粉煤灰掺合料对混凝土性能的影响[J].山西水利科技，2016（04）：79～81.

[4]刘娟，徐怡，张细和.超高粉煤灰掺量水工混凝土徐变及预测分析[J].人民黄河，2015，37（08）：133～136.

[5]李维维，陈昌礼，方坤河，陈荣妃.粉煤灰对外掺氧化镁混凝土压蒸膨胀变形和孔隙结构的影响[J].建筑技术，2014，45（01）：80～83.

[6]张守杰，李学英，李凤泉.掺粉煤灰水工混凝土的工作性和抗压强度[J].低温建筑技术，2013，35（12）：12～13.