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粉煤灰對(duì)混凝土早期裂縫的影響

文檔作者：曹冬梅，謝賢頌文檔來(lái)源：浙江工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院衢州學(xué)院建工系		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年04月20日
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粉煤灰綜合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 2010 NO．5粉煤灰對(duì)混凝土早期裂縫的影響 Influence of Fly Ash on Early Cracking of Concrete曹冬梅，謝賢頌(浙江工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院衢州學(xué)院建工系，衢州324000)摘要：通過(guò)對(duì)混凝土試驗(yàn)早期表面裂縫的觀測(cè)以及對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)參數(shù)，并根據(jù)抗裂性評(píng)價(jià)方法建立表格并繪成圖表進(jìn)行有效的對(duì)比，初步分析粉煤灰對(duì)混凝土早期表面裂縫的影響，并對(duì)粉煤灰在商品混凝土中的最優(yōu)摻量給出一個(gè)參考范圍。關(guān)鍵詞：粉煤灰；早期；裂縫；混凝土中圖分類(lèi)號(hào)：TU528．01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005—8249(2010)05-0029-04混凝土裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重病害。貫穿裂縫和深層裂縫會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的整體性，改變混凝土的受力條件，從而有使局部甚至整體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的可能，嚴(yán)重影響建筑物的質(zhì)量和運(yùn)行安全性?；炷猎缙诒砻媪芽p在以后氣溫驟降形成的溫度應(yīng)力和外力作用下，表面裂縫可發(fā)展成具有破壞性的貫穿裂縫和深層裂縫。混凝土早期表面收縮開(kāi)裂必將為以后侵蝕性物質(zhì)的進(jìn)入提供通道而危及鋼筋產(chǎn)銹蝕，降低混凝土的整體性，加劇混凝土的破壞，從而會(huì)引起耐久性的降低并加速混凝土的劣化進(jìn)程，這一問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注，是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。如何從原材料方面改善混凝土早期表面裂縫對(duì)工程造成的重大影響呢?影響混凝土抗裂性的主要原因無(wú)疑是膠凝材料體系，包括水泥本身和各種摻合料及外加劑和水膠比，在各種摻合料中，粉煤灰是首選。為此進(jìn)行試驗(yàn)，試研究粉煤灰對(duì)混凝土早期表面裂縫產(chǎn)生的影響。1 試驗(yàn)1．1試驗(yàn)原材料試驗(yàn)原材料包括：巨化牌P．0 42．5級(jí)水泥(密度3100 kg／m3，實(shí)際第一作者：■冬梅：1980．6浙江工業(yè)大學(xué)在讀。衢州學(xué)院建筑工程系。講師。Email：plum．．_626@yahoo．eom．∞收稿日期：2010-04-29強(qiáng)度45．0MPa)、河砂(中砂，級(jí)配良好，表觀密度2620kg／m3)、卵石(表觀密度2670 kg／m3)、粉煤灰(巨化熱電廠(chǎng)Ⅱ級(jí)灰，表觀密度2200 kg／m3)、外加劑(J．I'一38高效泵送劑，摻量均為水泥重量的0．8％，減水率為】6％、混凝土坍落度為120ram～150 mm)1．2試驗(yàn)方案主要通過(guò)平板試驗(yàn)來(lái)研究粉煤灰與混凝土早期裂縫相關(guān)的因素：(1)試驗(yàn)準(zhǔn)備：普通硅酸鹽混凝土(粗骨料采用卵石)，砂率保持40％不變，用水量均為4．44kg，保持水灰比40％不變，當(dāng)粉煤灰(FA)摻量不同時(shí)(0％、7．5％、15％、22．5％、30％、45％)進(jìn)行觀察研究；(2)進(jìn)行平板試驗(yàn)，觀測(cè)混凝土的開(kāi)裂參數(shù)的變化情況；(3)建模分析：混凝土早期裂縫與粉煤灰摻量因素之間的關(guān)系及規(guī)律，并尋求一個(gè)合理的摻量范圍。1．3 試驗(yàn)裝置及步驟(1)試驗(yàn)裝置： 試驗(yàn)裝置主要有：試模、滑動(dòng)塑料薄膜、加熱源、風(fēng)扇、測(cè)速儀、50倍讀數(shù)放大鏡等。其中抗裂性試模采用600 lnlTl×600 inm×63 mill的鋼制平板試模，如圖1。(2)試驗(yàn)步驟： 將滑動(dòng)塑料薄膜鋪放在水平平面上，再將試模放在塑料薄膜上，擰緊固定模框螺栓，并固定混凝土錨固螺栓。澆注試件時(shí)將混凝土拌合物分兩層澆入模具中，并用平板振動(dòng)器振實(shí)抹平，每個(gè)配合比成型2個(gè)試件，密封養(yǎng)護(hù)到初凝(2 h)時(shí)，揭去塑料布將兩個(gè)試件連同模具置于吹風(fēng)條件下，保持環(huán)境·29·萬(wàn)方數(shù)據(jù)2010 NO．5粉煤灰綜合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTⅡ，IZATIoN溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度為(60±5)％，用調(diào)速風(fēng)扇產(chǎn)生5 m／s的風(fēng)速，然后觀察并記錄24 h內(nèi)試件裂縫出現(xiàn)的條數(shù)、時(shí)間、部位以及每條裂縫的長(zhǎng)度與寬度。在開(kāi)始的3 h內(nèi)，每5 min觀察一次；當(dāng)有裂縫出現(xiàn)后改為每10 min觀察一次；當(dāng)混凝土表面出現(xiàn)貫穿裂縫后很少會(huì)再有新的裂縫出現(xiàn)，這時(shí)改為每30 min觀察一次；若24 h未出現(xiàn)裂縫，延長(zhǎng)時(shí)間，每隔8 h觀察一次，最長(zhǎng)為72 h(到1 d后，每0．5 d觀察一次直到齡期3 d為止)。圖1 四邊布栓釘?shù)钠桨逶囼?yàn)?zāi)＞邎D(單位啪)2試驗(yàn)觀測(cè)第一塊混凝土(粉煤灰摻量為0％)成型后經(jīng)過(guò)將近lh。在板角處出現(xiàn)了第一條長(zhǎng)28 mm的裂縫，緊接著開(kāi)始出現(xiàn)其他裂縫，這些裂縫長(zhǎng)度不一，但相差不大，裂縫寬度細(xì)小，不仔細(xì)觀察不易發(fā)覺(jué)，均出現(xiàn)在板角處。2 h后在板的中心區(qū)域開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，而且開(kāi)裂的程度較板角處的裂縫深，經(jīng)過(guò)24 h后得到試驗(yàn)混凝土模塊，為了能夠較清楚的辨認(rèn)出裂縫所在位置，用顏料筆在裂縫處做出標(biāo)記，如圖2(a)。根據(jù)此圖裂縫分布情況來(lái)看，裂縫分布區(qū)域密集區(qū)有兩個(gè)，4角附近處及沿每邊中央相互連接成的”十”字形區(qū)域。通過(guò)對(duì)混凝土板開(kāi)裂過(guò)程的觀察發(fā)現(xiàn)：一般較大裂縫都出現(xiàn)在”十”字形區(qū)域，而4角處有大量的細(xì)小裂縫，混凝土表面還出現(xiàn)一些分布不規(guī)則的細(xì)小裂紋。隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土試塊的裂縫分布也出現(xiàn)了同樣的情況，但裂縫寬度和條數(shù)卻有著相對(duì)的減少，當(dāng)粉煤灰摻量為22．5％時(shí)，試塊的中心區(qū)域的”十”字形裂縫沒(méi)有出現(xiàn)，只有在四個(gè)板角處出現(xiàn)較少裂縫，且裂紋非常細(xì)小，如圖2(b)。·30·而當(dāng)粉煤灰摻量為30％時(shí)，混凝土表面的中間區(qū)域又出現(xiàn)了裂縫，如圖2(c)。而且表面不規(guī)則的裂縫出現(xiàn)較為明顯，4個(gè)板角處也出現(xiàn)了比較細(xì)小的裂紋。但隨后進(jìn)行的試驗(yàn)中，當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到45％，混凝土板上的中間區(qū)域的裂縫又明顯的減少了，而且從顏色上觀察隨著粉煤灰的摻量的增多，其表面的顏色越深，當(dāng)摻量為45％時(shí)，顏色明顯變暗，而且混凝土表面還有黑色斑點(diǎn)，如圖2(d)。圖2混凝土試塊裂縫變化3試驗(yàn)結(jié)果分析及建議3．1抗裂性能的評(píng)價(jià)方法試件早期的抗裂性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則為：(1)僅有非常細(xì)的裂紋；(2)平均裂開(kāi)面積<10 mm2；(3)單位面積開(kāi)裂裂縫數(shù)目<10彬m2；(4)單位面積總裂開(kāi)面積<100 mm2／m2。按照上述4個(gè)準(zhǔn)則，將抗裂性劃分為5個(gè)等級(jí)：I級(jí)：全部滿(mǎn)足上述4個(gè)條件；II級(jí)：滿(mǎn)足上述4個(gè)條件中的3個(gè)；III級(jí)：滿(mǎn)足上述4個(gè)條件中的2個(gè)；IV級(jí)：滿(mǎn)足上述4個(gè)條件中的1個(gè)；V級(jí)：一個(gè)也不滿(mǎn)足。3．2試驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)試驗(yàn)的觀察及對(duì)其所記錄的數(shù)據(jù)，我們可以進(jìn)行有比較的分析，由第一組試驗(yàn)所記錄的數(shù)據(jù)和根據(jù)抗裂性能的評(píng)價(jià)方法，對(duì)這組混凝土試塊抗裂性的幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算并列出表格，如表1。萬(wàn)方數(shù)據(jù)粉煤灰綜合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTⅡ。IZATIoN 2010 NO．5表1粉煤灰平均開(kāi)裂面單位面積的開(kāi)裂裂縫單位面積的總開(kāi)裂 裂縫總條等級(jí)摻鰱／％積(8)mm2數(shù)目(b)根mm2／m2 面積(c)Iiilll2／m2 數(shù)(n)根評(píng)定從表1可知：從平均開(kāi)裂面積分析，粉煤灰的摻量從0％到22．5％，平均開(kāi)裂面積依次減少。而當(dāng)摻量達(dá)到30％時(shí)，平均開(kāi)裂面積相比又有所增加，當(dāng)摻量為45％時(shí)，平均開(kāi)裂面積又相對(duì)30％時(shí)有所減少。由于試模不變，所以單位面積不變，而單位面積裂縫的開(kāi)裂數(shù)目取決于裂縫總條數(shù)。表1中裂縫條數(shù)基本上相差不大，只有當(dāng)摻量為45％時(shí)裂縫總條數(shù)最少為8條。根據(jù)網(wǎng)2、表1，可以直觀地得出結(jié)論：當(dāng)粉煤灰摻量從0％，7．5％，15％，22．5％這4個(gè)數(shù)值依次增加時(shí)，而單位面積平板的開(kāi)裂總面積卻成階梯形式減少，然而當(dāng)摻量為30％時(shí)，單位面積乎板的開(kāi)裂總面積卻增加的很多，而當(dāng)摻量為45％時(shí)，單位面積平板的開(kāi)裂總面積卻又相對(duì)的減少，而且相對(duì)減少的幅度較大。3．3結(jié)論(1)根據(jù)圖2表1可初步判斷： ①在其他條件相同情況下，摻有粉煤灰的混凝土比沒(méi)摻粉煤灰的混凝土單位面積開(kāi)裂的總面積要?。虎谙嗤瑮l件下，粉煤灰摻量從0％到15％，單位面積平板開(kāi)裂總面積隨著摻量的增加而減少；③相同條件下，粉煤灰摻量從15％到30％階段，單位面積平板開(kāi)裂的總面積呈現(xiàn)”U”型的狀態(tài)，即粉煤灰摻量在15％到30％之間，理論上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)單位面積平板開(kāi)裂總面積的最小值；④相同條件下，在粉煤灰摻量從30％到45％這個(gè)階段，單位面積平板的開(kāi)裂總面積又隨著粉煤灰摻量的增加而相對(duì)減少。(2)從以上幾點(diǎn)我們可以歸納初步結(jié)果： ①在其他情況相同條件下，混凝土中摻加粉煤灰時(shí)，混凝土表面裂縫的單位面積開(kāi)裂總面積比沒(méi)有摻加粉煤灰的混凝土少，所以粉煤灰的摻人能夠提高混凝土早期抗裂性能，理論上它存在一個(gè)最優(yōu)摻量值；②粉煤灰摻量的不同對(duì)混凝土抗裂性能有著不同效果的影響，雖然大摻量粉煤灰(摻量=45％)相對(duì)來(lái)說(shuō)在單位面積的開(kāi)裂裂縫數(shù)目上和單位面積的總開(kāi)裂面積上有著相對(duì)優(yōu)勢(shì)，但并不是摻量越多，影響的效果就越顯著，它們不是成正比關(guān)系。(3)粉煤灰的主要作用可以包括以下幾方面：①填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤(rùn)滑層，由于粉煤灰的容重(表觀密度)只有水泥的2／3左右，而且粒形好(質(zhì)量好的粉煤灰含大量玻璃微珠)，因此能填充得更密實(shí)，在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著。②對(duì)水泥顆粒起物理分散作用，使其分布得更均勻。當(dāng)混凝土水膠比較低時(shí)，水化緩慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。③粉煤灰和富集在骨料顆粒周?chē)臍溲趸}結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng)，不僅生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物(與水泥中硅酸鹽的水化產(chǎn)物相同)，而且加強(qiáng)了薄弱的過(guò)渡區(qū)，對(duì)改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用。④粉煤灰延緩了水化速度，減小混凝土因水化熱引起的溫升，對(duì)防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利。由于粉煤灰能夠延緩水化反應(yīng)速度，從而使混凝土的硬化速率降低，所以混凝土的早期強(qiáng)度會(huì)隨著粉煤灰摻量的增加而降低。而現(xiàn)在建筑工程中對(duì)工期的要求相對(duì)較高，所以雖然大摻量粉煤灰混凝土抗裂性能較好，但是由于其早期強(qiáng)度過(guò)低并不能滿(mǎn)足施工上對(duì)工期的要求，因此不是最適合的。根據(jù)分析來(lái)看，在摻量接近22．5％時(shí)單位面積的總開(kāi)裂面積最少為最優(yōu)摻量值。由于粉煤灰摻量不是很多，混凝土中的水化反應(yīng)不至于太慢，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響不大，從而不會(huì)影響到施工進(jìn)度。4建議粉煤灰的摻入對(duì)混凝土表面裂縫起著良好的控制效果，而且有粉煤灰摻人的混凝土后期的強(qiáng)度比不摻粉煤灰的混凝土強(qiáng)度高。但由于其早期強(qiáng)度較低，因此現(xiàn)場(chǎng)施工更應(yīng)該要嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)是造成混凝土收縮開(kāi)裂一個(gè)重要的原因，混凝土澆筑后，若表面不及時(shí)覆蓋、澆水養(yǎng)護(hù)，表面水分迅速蒸發(fā)，很容易產(chǎn)生收縮裂縫。特別是在氣溫高、相對(duì)濕度低、風(fēng)速大的情況下，干縮更容易發(fā)生。有資料表明，當(dāng)風(fēng)速為16m／s時(shí)，混凝土中的水分蒸發(fā)速度為無(wú)風(fēng)時(shí)的4倍。(下轉(zhuǎn)第34頁(yè))·31·萬(wàn)方數(shù)據(jù)2010 NO．5粉煤灰綜合利用FLY ASH CoMPREHENSIVE UTILlZATION交換性能減弱。因此，最佳脫色酸度應(yīng)為pH=9．0。2．4 反應(yīng)時(shí)間的影響為考察溶液反應(yīng)時(shí)間對(duì)印染廢水處理效果的影響，取8個(gè)錐形瓶向其中加印染廢水100 mL，再加1．0min時(shí)已經(jīng)達(dá)到 圖6反應(yīng)時(shí)間對(duì)脫色效果的影響97％以上，隨著反應(yīng)時(shí)間的繼續(xù)增加，脫色率又緩慢下降。因此試驗(yàn)的最佳時(shí)間取55 rain。2．5復(fù)合混凝劑的用量對(duì)印染廢水脫色的影響在25℃、pH=9的條件下，于7只燒杯中分別加入不同鼉的復(fù)合混凝劑及100 mL印染廢水，攪拌吸附55 min，離心分離，測(cè)定復(fù)合混凝劑到1．2 g(投加 圖7復(fù)合混凝劑用量對(duì)脫色率的影響濃度為12 g／L)時(shí)，脫色率達(dá)到97％以上，繼續(xù)增加復(fù)合混凝劑的投加量，印染廢水脫色率又下降，原因是復(fù)合混凝劑用量不能過(guò)大，當(dāng)復(fù)合混凝劑用量高于1．6 g(投加濃度為16∥L)時(shí)，脫色效果下降，原因是由于投加量過(guò)多時(shí)，使絮體結(jié)合的阻力增大，架橋作用減弱，發(fā)生了“返渾再穩(wěn)”現(xiàn)象。考慮到處理費(fèi)用，選擇復(fù)合混凝劑的投加濃度為12 g／L為適宜。3結(jié)論(1)復(fù)合混凝劑對(duì)實(shí)際印染廢水的脫色效果好于原粉煤灰和聚二甲基二烯丙基氯化銨的脫色效果。(2)吸附劑的使用量、吸附時(shí)間、廢水酸度和水溫度對(duì)脫色效果都會(huì)有影響，通過(guò)優(yōu)化條件。確定了最佳工藝條件，即復(fù)合混凝劑投加量為1．2 g(投加濃度為12 g／L)，吸附時(shí)間為55 min，pH=9，反應(yīng)溫度為25℃，在此條件下復(fù)合混凝劑對(duì)印染廢水的脫色率可達(dá)97％以上。(3)由于復(fù)合混凝劑中添加了聚二甲基二烯丙基氯化銨，因此吸附脫色后的廢水能在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到澄清。參考文獻(xiàn)[1] 閆金霞，成慶利．印染廢水治理技術(shù)綜述[J]．染料與染色，2007。44(2)：48～51．[2] 鄒龍生，歐光川，張敏等．印染廢水處理技術(shù)及進(jìn)展[J]．山東化工，2005，34(6)：15一18．[3] 趙華章，欒兆坤，岳欽艷等．PDMDAAC系列絮凝劑的脫色性能研究[J]．環(huán)境化學(xué)，2002，21(2)：149—154．[4] 劉旭東，胡桂玲，解英麗，等．改性粉煤灰處理印染廢水的試驗(yàn)研究[J]．工業(yè)安全與環(huán)保，2008，34(4)：14～16．[5] 隋智慧．粉煤灰基混凝劑處理印染廢水[J]．印染，2004，30(20)：11一13．[6] 鄧書(shū)平．陽(yáng)離子PDMDAAC改性粉煤灰處理印染廢水的試驗(yàn)研究[J]．粉煤灰綜合利用，2008，24(4)：22—24．(上接第31頁(yè))一些高層建筑的樓面為什么更容易產(chǎn)生裂縫，就是因?yàn)楦呖罩械娘L(fēng)速比地面大，所以現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)也是導(dǎo)致裂縫開(kāi)裂程度的一個(gè)重要因素。另外對(duì)混凝土中粉煤灰的摻量要有一定的控制，從本次試驗(yàn)分析來(lái)看，考慮各種因素(如：早期強(qiáng)度等)影響，工程中可以選擇的粉·34·煤灰最優(yōu)摻量應(yīng)在15％到30％之間，接近22．5％。目前對(duì)混凝土中粉煤灰的最優(yōu)摻量的研究還沒(méi)有非常成熟，本次試驗(yàn)只是初步探索粉煤灰摻入的不同對(duì)混凝土早期裂縫的影響，期待更進(jìn)一步的研究。

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