含水率对粉煤灰混凝土力学性能影响的研究.pdf

2014 年第 6 期 含水率对粉煤灰混凝土力学性能影响的研究 董浩 渊中国矿业大学徐海学院袁江苏徐州221000冤 摘要院 通过试验研究混凝土内部不同含水率对不同粉煤灰掺量混凝土的主要物理性能混凝土强度尧弹性模量影响规律袁来对 粉煤灰混凝土力学性能进行分析遥 关键词院 粉煤灰混凝土曰 含水率曰 力学曰 研究 中图分类号院 TU522.32 文献标志码院 A 文章编号院 1674要3024渊2014冤6要8要02 1研究背景研究意义 混凝土以其耐久性好尧来源丰富尧抗压强度高尧易成型等 特点袁成为当前最重要的土木工程材料之一遥 随着我国粉煤灰 排放量急剧增加袁粉煤灰替代水泥掺入到混凝土中袁不仅可以 提高废弃物利用率袁而且能改善混凝土力学及耐久性能遥 对于 水工混凝土结构袁其水对其力学性能和耐久性重要影响遥 因此 有必要通过试验来研究水对掺入粉煤灰混凝土材料性能的影 响遥 国内外研究现状院 黄山等人通过试验研究了粉煤灰混凝土的力学性能袁主 要研究不同粉煤灰掺量尧不同水胶比情况下混凝土的工作性尧 抗压与抗折强度以及坍落度遥 结果表明院粉煤灰掺量对混凝土 的强度(抗压和抗折)影响是最大的袁水胶比影响次之袁胶凝材 料掺量影响最小遥 王书云通过大量的试验分析总结出了各种强度等级粉煤 灰混凝土的物理性能尧 力学性能尧 耐久性能等方面的试验成 果遥 研究证明袁 粉煤灰混凝土不仅可以改善混凝土的各项性 能袁延长混凝土结构的使用寿命袁同时可以大幅度减小水泥用 量遥 Hover 等研究了水对混凝土性能的影响袁得到水虽然只占 混凝土重量的不到 10豫袁但体积却占到了 20豫以上袁混凝土的 性能和水密切相关袁水泥需要水用来水化袁但水占据了空间也 产生了毛孔遥 毛孔中充满了水同样造成了混凝土各种机制的 劣化袁混凝土的各种力学性能和变形也依赖水含量遥 Hamernik 研究了粉煤灰对混凝土的作用袁研究表明院粉煤 灰的最大掺量可以达到 45%曰 粉煤灰显著增加了混凝土的凝 结时间遥 目前缺乏不同因素对粉煤灰混凝土内部含水率影响的试 验研究袁如大气温度尧混凝土强度等级尧粉煤灰掺量尧粉煤灰等 级对粉煤灰混凝土内部含水率的影响需进一步研究曰 已有学 者进行了水对混凝土弹性模量的影响规律的试验研究袁 并已 取得一些成果袁 但缺乏含水率对粉煤灰混凝土弹性模量的影 响规律的试验研究遥 2主要研究内容 本文主要通过试验研究混凝土内部不同含水率对不同粉 煤灰掺量混凝土的主要物理性能混凝土强度尧 弹性模量影响 规律遥 2.1 含水率对粉煤灰混凝土强度影响规律的研究 将相同强度等级的粉煤灰混凝土 渊粉煤灰掺量分别为 0尧 15%尧30%尧45%冤试块袁控制其达到不同含水率要求渊考虑完全 饱和尧完全干燥 T=20益袁H=80%尧T=40益袁H=40%四种含水率冤袁 通过压力机测定其强度袁 建立粉煤灰混凝土强度与含水率之 间的关系遥 按国标 GBJ146-90 规定袁 本试验采用超量取代法掺用粉 煤灰遥 渊1冤试验过程概述 试件尺寸为 100伊100伊100mm袁实验分为四组袁分别考虑粉 煤灰掺量和含水率等的影响遥 分别制备试验试件袁之后编号袁 拆模遥随后标准养护室养护遥分别作浸泡至饱和袁烘干等状态袁 根据 GB/T 50081-2002叶普通混凝土力学性能试验方法标准曳袁 分别用压力机测试混凝土的抗压强度袁 并建立粉煤灰混凝土 强度与含水率之间的关系遥 渊用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数遥 换 算系数为 0.95冤 渊2冤分析实验结果和机理 标准养护条件下袁试件强度随着含水率的增高而下降袁开 始含水率的升高时试件表面吸水的作用袁 对试件结构本身性 能影响不很大,后来当水分进入试件内部时袁试件抗压强度迅 速下降遥 粉煤灰掺量不同时袁即使在同一含水率的状态下袁混 凝土试块的抗压强度也表现出不同变化遥 在实验过程的粉煤 灰掺量为 15%的试块袁抗压强度均值达到最大遥 完全干燥与完 全饱和差 11.14Mpa遥 由于粉煤灰的密实填充作用以及火山灰效应袁 使混凝土 的孔隙率比基准混凝土降低袁混凝土试块的强度明显提高遥 粉 煤灰掺量增加袁混凝土毛细孔隙率和总孔隙率有所减小袁但粗 毛细孔和气孔隙率略有增大袁强度低于基准混凝土强度遥 当混 凝土孔隙和外界大气环境达到平衡时袁 所有孔隙直径小于开 尔文直径的孔隙被水所充满袁 而大于开尔文直径的孔隙表面 将被覆盖一层厚度为 w 的水膜遥 环境相对湿度越高袁开尔文直 径越大袁小于开尔文直径而被水所充满的孔隙越多袁大于开尔 文直径的孔隙表面覆盖的水膜越厚袁 从而混凝土孔隙水饱和 度越大袁混凝土强度相对较小遥 2.2 含水率对粉煤灰混凝土弹性模量影响规律的研究 将相同强度等级的粉煤灰混凝土 渊粉煤灰掺量分别为 0尧 15%尧30%尧45%冤试件袁控制其达到不同含水率要求渊考虑完全 饱和尧 完全干燥尧T=20益袁H=80%尧T=40益袁H=40%四种含水 率冤袁通过千分表和压力机测定其弹性模量袁建立粉煤灰混凝 土弹性模量与含水率之间的关系遥 渊1冤实验概述 试验所用的混凝土与强度试验所采用的为同一批混凝 土遥 采用标准试验方法制作各种粉煤灰掺量的混凝土试块 100伊100伊300mm 各 7 个袁 三个用于测试混凝土的轴心抗压强 度袁三个用于测定混凝土的弹性模量袁一个用于控制混凝土内 部微环境与人工气候箱环境平衡遥 渊下转第 11 页冤 材料应用 8建筑建材装饰 2014 年第 6 期 渊上接第 8 页冤 试件尺寸为 100伊100伊300mm袁根据 GB/T 50081-2002叶普 通混凝土力学性能试验方法标准曳袁每组试块制作 6 块遥 分别 制备试验试件袁之后编号袁拆模遥随后标准养护室养护遥分别作 浸泡至饱和袁烘干等状态袁根据 GB/T 50081-2002叶普通混凝土 力学性能试验方法标准曳袁分别用 A 组的 3 个试件测定混凝土 的轴心抗压强度袁另 B 组的 3 个试件用于测定弹性模量袁建立 粉煤灰混凝土弹性模量与含水率之间的关系并进行机理分 析遥 其换算系数仍为 0.95遥 渊2冤分析试验结果和机理 由于试件制作过程的因素和压力试验机的因素袁 再加上 试件表面略微不平整遥 在实验过程中袁 当试件受压应力为 0.5Mpa 时袁 所做实验的试件基本没有达到两边千分表开始变 化的袁此时只有压力增加袁变形没有变袁不能算作是弹性受压 阶段袁不符合弹性模量的定义遥 随着含水率和粉煤灰掺量的增加袁 通过数据分析看出试 件的弹性模量是逐渐降低的袁在低含水率和高含水率状态时袁 曲线有明显的跳跃袁 这说明含水率和粉煤灰掺量对试件弹性 模量的影响还是比较显著的遥 混凝土试块掺入粉煤灰后袁在含水率较高的情况下袁游离 水进入水泥混凝土的毛细孔袁 在一定的程度上能够增进试块 的进一步水化能够与混凝土内部的不利成分 Ca (OH)2发生二 次水化反应袁生成有利的 C-S-H 凝胶袁有利改善混凝土的微 观结构袁混凝土试块的弹性模量增加遥 而在将试块由自然条件 到完全烘干袁 参与水泥水化反应的只是开始阶段的少量游离 水袁 大量的游离水蒸发会给水泥混凝土带来更多的毛细孔和 微裂缝袁从而导致水泥混凝土的弹性模量相对较小遥 3展望 此次的实验只用了自来水袁 没考虑到含有不同成分的水 对混凝土的性能力学性能的影响遥 实验试件还是偏少袁难以总 结出公式为以后的工程实际提供指导作用袁 含水率对混凝土 力学性能的影响还有待进一步深入研究遥 参考文献院 1黄山援粉煤灰混凝土力学性能研究及早期预测D援湖北 武汉院武汉理工大学袁2008 2王书云援粉煤灰混凝土配合比研究D援山东院山东大学袁 2005 3Hover. The influence of water on the performance of con鄄 creteJ. Construction and Building materials袁2011渊25冤 4Hamernik. Strength of concrete containing municipal solid waste fly ashJ.Materials Journal袁1991渊88冤 5GBJ146-90 粉煤灰混凝土应用技术规程S 3砼养护 3.1 冬季养护 渊1冤当气温小于 5益时切忌向砼面洒水袁并及时的铺设土 工布或塑料膜来进行保温养护袁从而防止裂缝的出现袁而且在 养护过程中要保证砼与表面接触物的温度不能太大袁 否则会 出现温度裂缝遥 渊2冤如果出现了地表水和结构物接触的现象袁那么应该适 当的延长拆模时间袁 从而保证砼在浇筑之后的一段时间内不 会受到海水侵蚀袁保证砼的强度遥 3.2 夏季养护 渊1冤当砼收面完成之后应该立即对表面进行洒水养护袁同 时并保证砼表面湿润性遥 当砼初凝之后则应该覆盖并进行保 水保护袁在条件允许的情况下还可以采用储水养护的方式袁养 护时间一般不少于一周遥 同时袁对于大体积承台表面来说使用 淡水其养护效果更好袁而且成本较低遥 渊2冤在温度较高的条件下袁采用两层喷淋系统对砼进行喷 淋保湿养护也能够起到良好的效果袁 这一方式能够保证砼表 面不会形成干湿循环的问题袁时间一般控制在一周以上遥 4结语 总而言之袁 高性能海工砼施工抗裂措施的应用必须要在 符合砼强度及相关规范要求的前提下进行袁 同时还应该对海 工砼的配合比设计加以优化袁 尽可能使砼水热化温峰推迟并 降低水热化效果遥 尤其是在夏季施工过程中袁应该采取多种措 施来降低砼的入模温度袁 并结合内排外保等措施来调节砼内 外温差袁进而达到砼养护的良好效果袁防止裂缝的出现遥 参考文献院 1蒋新利援浅谈桥梁混凝土的裂缝及预防措施J援辽宁交 通科技袁2005渊1冤 2罗彬援大体积混凝土裂缝分析与预防措施J援铁道建筑袁 2005渊1冤 3肖育权援桥梁大体积砼的施工温度与裂缝控制J援公路 与汽运袁2007渊4冤 材料应用 渊上接第 9 页冤 超过两处遥 接头处滤膜应以上套下遥 渊3冤严格按施工图设计的 位置尧间距进行测放塑料排水板插设位置袁并作好标志袁严格 控制塑料排水板间距袁严禁随意施插遥 塑料排水板端头必须采 用桩靴袁以防破坏排水板端头的防渗水固结作用遥 渊4冤施工中 注意检测排水板回带现象遥 当回带较大时袁及时清理套管内的 泥土杂质或将导管插深一些袁使超深部分约等于回带长度袁保 证施打深度满足设计要求遥 渊5冤塑料排水板在插设过程中袁必 须有专人做好各项记录尧施工日志等遥 3软基处理成效数据 按照设计文件尧施工合同及会议纪要等有关要求袁紧随工 程施工进度进行沉降观测等工作袁 自 2012 年 12 月份对上述 路段堆载预压沉降观测以来袁所有沉降板尧位移桩观测工作进 展正常袁截止目前最大累计沉降量发生在半岛北路 K1+600 段 基底测站点袁累计沉降量为 1.5m袁最小累计沉降量为半岛北路 K0+150 段基底测站点袁累计沉降量为 0.5m,从各测点的历时 位移过程线可见袁测点沉降量比较均匀袁观测数据趋于稳定袁 通过对地基处