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大掺量粉煤灰混凝土早龄期力学性能研究 摘要通过分析在变温养护条件下大掺量粉煤灰混凝土的早龄期时抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度及三点抗弯荷载应力挠度关系曲线等力学性能指标，同时讨论了等效龄期与早龄期抗压强度的关系。研究结果表明：大掺量粉煤灰的力学性能在模拟的实际结构的变温条件下养护比在标准条件下养护有明显的提高。 关键词混凝土，粉煤灰，力学性能，养护温度 Early age mechanical properties of the high volume fly ash concrete gaojihong (China Ocean Engineering Construction General Bureau ,Dalian,116024) AbstractThis paper presents a study on the high volume fly ash (HVFA) concrete which was cured in the simulated conditions in real structures and in standard condition mechanical properte compressive strength, flexural strength and splitting-tensile strengths, were measured from the time of setting till 7 usly according to the adiabatic temperature rising cu is introduced to understand the progress of early age mechanical properties of variable temperature curing concrete 1前言 目前，可持续发展成为社会倍受关注的热点，混凝土材料作为主要的建筑材料，其对环境的影响日益受到人们的重视。大掺量粉煤灰混凝土被认为是绿色混凝土，成为研究的热点之一。大掺量粉煤灰混凝土早龄期阶段的力学性能直接影响其在工程中的应用。本文研究在正常的养护制度和模拟实际结构中混凝土温度变化一般规律的变温养护条件下分析在掺量粉煤灰混凝土早龄期时抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度等力学指标。 2实验 2.1原料 水泥为大连小野田水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥PO42.5，粉煤灰为辽宁抚顺一级粉煤灰，高效减水剂为大连建筑科学研究院外加剂公司生产的聚羧酸高效水剂SK3301。砂为河砂细度模数3.0，石子为大连石灰石矿产青碎石，级配5-20mm。原料化学成分如表1所示。混凝土配合比按JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程设计，具体结果如表2所示。 表1原材料的化学组成（质量%） 原料 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO K2O Na2O MnO2 SO3 LOI 水泥 22.80 4.55 65.34 2.82 2.74 0.52 0.25 - 2.92 3.97 粉煤灰 58.09 23.69 2.99 7.20 1.32 1.33 3.18 - - 1.14 表2混凝土配合比 编号 硅酸盐水泥 Kg/m3 粉煤灰 Kg/m3 砂 Kg/m3 石子 Kg/m3 用水量 Kg/m3 高效减水剂 Kg/m3 坍落度 /cm C1 368.0 681.0 1111.1 195.0 8.2 C2 294.4 73.6 682.3 1111.3 184.0 7.0 C3 147.2 220.8 791.3 1186.9 95.7 4.78 22.0 2.2实验设备 实验所用混凝土绝热温升仪和变温养护箱为清华大学建材研究所研制，采用计算机自动数据采集，5min采集一次，控温算法采用PID算法，温度控制精度误差小于0.1；温度最小分辨率0.02，德国Toni Technik公司的Toni Norm series 2000电液伺服应力。试样尺寸100mm100mm100mm测试抗压强度和劈裂抗拉强度，100mm100mm400mm测度抗折强度。 3实验结果分析 3.1养护制度的确立 根据实际结构中混凝土的温度变化规律，以混凝土的绝热温升曲线为基础，考虑混凝土中的散热，养护温度达到最高温度后采取一定的速率降温如图1所示，当温度达到室外温度后，放入标准养护室203，相对湿度90%中继续养护到相应的龄期，相应的对比试样放入标准养护室养护。 2.2变温养护条件下混凝土力学指标的发展 考虑到早龄期混凝土的抗压强度相对较低，加压速率控制在3000N/s，每组取三个试样的平均值为该龄期混凝土的力学指标的代表值。 2.2.1抗压强度 从图2中可以看出在标准条件下养护，在7天前，C1和C2的强度发展情况差不多，主要是降低水胶比，使粉煤灰混凝土的早期强度没有受掺加粉煤灰的影响，但是在28天时，C2的强度就显著高于C1，常温养护大掺量粉煤灰混凝土C3，其早龄期强度较高，增加速率较快。变温养护下，没有掺加粉煤灰的C1普通混凝土早期强度快速增加，7天基本达到28天的强度，而后强度增加很小，C2混凝土的7天之前强度增加速率与C1相近，且28天强度仍有较大的增加，C3的情况与C2相似，说明掺加粉煤灰的混凝土在变温条件下养护其早龄期抗压强度有较大的提高，同时后期强度仍继续增加。 2.2.2抗折强度和劈裂抗拉强度 混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度如表3所示，从表3可以看出7天之前，在标准养护条件下C2的抗折强度和劈裂抗拉强度都低于C1，C3明显高于C1和C2。在变温养护条件下和标准养护条件下相比，C1，C2，C3的抗折强度和劈裂抗拉强度都有不同程度的增加，但是掺加粉煤灰的C2和C3增加幅度要比C1明显大些。 表3抗折强度和劈裂抗拉强度/MPa Time(h) 24 48 72 96 120 168 抗折强度（标准养护） C1 1.35 2.93 3.47 3.60 3.82 4.32 C2 1.02 2.25 2.69 3.21 3.68 3.97 C3 3.84 5.02 5.59 6.20 6.62 7.19 劈裂抗拉强度（标准养护） C1 1.07 1.6 2.45 2.47 2.89 3.16 C2 0.72 1.32 2.12 2.31 2.52 2.90 C3 2.14 2.49 3.19 3.31 3.82 4.61 抗折强度（变温养护） C1 2.61 3.36 3.43 3.82 4.11 5.05 C2 2.31 2.72 3.42 4.23 4.78 5.11 C3 4.23 5.18 5.79 7.81 9.00 9.66 劈裂抗拉强度（变温养护） C1 1.54 2.38 3.01 3.13 3.32 3.53 C2 1.01 1.86 2.39 2.55 3.05 3.10 C3 2.98 3.79 3.90 4.35 5.02 6.15 利用Toni Norm series 2000电液伺服应力试验机，加载方式为位移控制法，0.1mm/min，100mm100mm400mm试件，跨距为350mm。从图3可以看出，大掺量粉煤灰混凝土在变温养护条件下随着龄期的增加，相同荷载时挠度下降，变形能力下降，其断裂能G3d=3678.8Nmm,G7d2888.2Nmm。3天龄期时曲线有时显的下降段，7天龄期时曲线没有下降段，混凝土明显脆断，表明养护温度的提高有利用于大掺量粉煤灰早龄期力学性能的增加，同时脆性亦增加。 3.3等效龄期和混凝土早龄期抗压强度的关系 混凝土等效龄期的计算与强度的关系，通过等效龄期把变温养护和恒温养护的强度联系起来，根据混凝土表观活化能随温度的变化规律据文式（1）及等效龄期公式（2）可以把变温养护条件下的抗压强度和等效龄期建立起关系式，由文献有公式（3） （1） 式中： E（T）：混凝土活化能，J/温度， （2） 式中： 等效龄期，h. 参考温度，一般取20 R现想气体常数，8.314 J/(时间间隔，h. （3） 式中： R相对强度；S：抗压强度，MPa； 在参考龄期时的抗压强度，MPa； 在参考温度下的速率常数，1/h； 在参考温度下的等效龄期，h； 在参考温度下强度开始增长的龄期，h. 进行等效龄期的计算时， ，利用（1）（2）计算出等效龄期，以变温养护7天为参考龄期，利用最小二乘法求出公式（3）中混凝土的参数，如表4所示，可以看出，反应的参数中在20条件下，掺加粉煤灰使 减小， 增加，曲线的拟合如图4所示。 表4反应常数 C1 C2 C3 /(h-1) 0.0379 0.0303 0.0259 Tor/h 12.5409 14.5717 20.6492 图4相对强度和等效龄期的关系 4结论 比较了正常养护和变温养护条件下，普通混凝土，一般粉煤灰掺量的混凝土和大掺量粉煤灰混凝土三种混凝土的早龄期力学性能指标的发展，掺加粉煤灰的混凝土在变温养护条件下力学性能指标有较明显的提高，且后期仍然增加。 参考文献 P.Kumar Metainable developmevelopment&concrete technol High-performance, high volume fly ash concrlopm金贤玉，沈毅，李宗津.高强混凝土的早龄期特性试验研究.混凝土与水泥制品，2003(10):5-7 Jonasson, J.E., Groth, P. and Hedlund, H.