掺合料对混凝土自收缩性能的影响研究_周旭肖.pdf

广东建材2023年第2期0 引言我国是世界上建设规模最大的国家之一，混凝土的使用量非常大。虽然混凝土极大促进了建筑工程行业的发展，但水泥作为混凝土主要传统原材料，其生产过程给环境带来极大的资源消耗，以及加大了二氧化碳排放，不利于环境保护，因此，为了更好地走绿色可持续发展道路，国家鼓励将矿物掺合料应用于混凝土中。矿物掺合料作为胶凝材料取代水泥，可以降低水泥用量，减少水化热，促进二次水化，改善混凝土工作性，提高耐久性等，既可以有效提高废弃物利用率，又使得混凝土材料性能有所提高。目前，粉煤灰和矿渣粉的应用技术已相对成熟，但随着建设规模的增加，出现了供不应求的现象，而因受制于技术，我国石灰石粉在混凝土中的利用率极低。如果可以将质量合格的石灰石粉大范围在混凝土中推广应用，不仅可以有效缓解粉煤灰和矿渣粉供应不足的问题，还可以解决废弃石灰石粉堆积引起的环境污染问题。虽然掺石灰石粉的混凝土的基本性能研究成果较多，但是关于复掺石灰石粉、粉煤灰和矿渣对混凝土的收缩性能影响的研究相对较少，这也就阻碍了多掺复合石灰石粉混凝土的推广应用。因此，有必要开展复掺石灰石粉、粉煤灰和矿渣混凝土的收缩性能，揭示水胶比、矿物掺合料等因素对复合石灰石粉混凝土收缩性能影响规律，为复合石灰石粉混凝土的实际推广应用提供一定的技术参考。1 原材料及试验方法1.1 原材料水泥：选用江西万年青P.042.5水泥，其物理性能指标见表1。石灰石粉：选用江西石灰石粉，钙含量70%，比表面积为650m2/kg，粉煤灰：选用级粉煤灰，其性能指标均满足规范要求，28d活性指数81%。矿渣粉：选用S95级，比表面积为392m2/kg，28d抗压强度比98%。骨料：采用级配范围为 531.5mm的碎石，以及细度模数2.82的机制砂。外加剂：选用江西混凝土创高性能聚羧酸减水剂，其性能指标均满足规范要求。水：普通饮用水。1.2 试验方法混凝土自收缩性能和干燥收缩性能试验根据 GB50082-2009 普通混凝土长期性性能与耐久性能试验方法标准 规定进行。自收缩试验采用非接触方法，测试初始零点为混凝土初凝时间，测取 072h 的自收缩变形。掺合料对混凝土自收缩性能的影响研究周旭肖（1 中交一公局厦门工程有限公司；2 中交绿建（厦门）科技有限公司）【摘要】选取掺合料石灰石粉、粉煤灰、矿渣粉，设计不同水胶比的配合比，选取龄期为3h、8h、12h、24h、72h时的数据为特征值，研究不同水胶比、复合矿物掺合料对混凝土自收缩的影响规律。试验结果表明：混凝土的自收缩率在72h内的变化规律为先快速，后平缓；未掺矿物掺合料和掺矿物掺合料的混凝土的自收缩率均随水胶比变小而增大；矿物掺合料可以起到抑制混凝土自收缩性能的作用。【关键词】水胶比；掺合料；自收缩标准稠度用水量/%27.4凝结时间/min初凝175终凝286抗压强度/MPa3d31.928d47.6比表面积/（m2/kg）354.35表1 江西万年青P.O42.5水泥物理性能指标材料研究与应用-9广东建材2023年第2期2 试验设计试验主要是研究不同水胶比、矿物掺合料对复合石灰石粉混凝土自收缩的影响规律，设计水胶比分别为（0.48、0.43、0.38、0.33），掺合料分别控制两个掺量，石灰石粉（L）控制掺量为0、20%，粉煤灰（F）控制掺量为0、15%，矿渣（S）控制掺量为0、15%。详细配合比见表2。编号0.48-F0S0L00.48-F0S15L200.48-F15S15L200.43-F0S0L00.43-F0S15L200.43-F15S15L200.38-F0S0L00.38-F0S15L200.38-F15S15L200.33-F0S0L00.33-F0S15L200.33-F15S15L20水胶比0.480.430.380.33水泥（kg/m3）354230177384250192426277213478311239掺合料（kg/m3）粉煤灰0053005700640072矿渣05353057570646407272石灰石粉07171077770858509595砂（kg/m3）755755755775775775761761761696696696碎石（kg/m3）110011001100107410741074108010801080109810981098水（kg/m3）170170170165165165162162162158158158减水剂（kg/m3）3.453.453.453.843.843.844.264.264.264.784.784.78表2 试验详细配合比3 结果分析3.1 水胶比对自收缩性能的影响规律为了便于分析，研究对比掺合料取代比例相同时，不同水胶比对混凝土自收缩率的影响，选取龄期为3h、8h、12h、24h、72h时的数据为特征值，研究自收缩率及相对增长率，试验数据见表3。从表3可知，混凝土的的自收缩率在72h内的变化试件类型F0S0L0F0S15L20F15S15L20水胶比0.480.430.380.330.480.430.380.330.480.430.380.33自收缩率(10-6）/相对增长率(%)3h28.3/047.7/68.641.0/44.934.7/22.628.9/035.5/22.814.2/-50.933.7/16.622.3/029.5/32.343.6/95.534.9/56.58h85.6/096.7/13.087.7/2.586.7/1.380.1/051.9/-35.250.9/-36.583.7/4.546.8/057.8/23.567.6/44.473.6/57.312h96/0113.7/18.4114.4/19.2112.6/17.392.2/061.4/-33.466.4/-28.0106.5/15.552.1/083.8/60.890.1/72.989.1/71.024h123.8/0145.6/17.6161.0/30.0180.5/45.8120.4/099.5/-17.4114.6/-4.8141.4/17.482.0/0100.3/22.3118.9/45.0127.3/55.272h163.7/0186.0/13.6205.6/25.6218.1/33.2133.2/0141.7/6.4153.6/15.3168.7/26.7120.4/0133.4/10.8144.5/20.0161.5/34.1表3 不同水胶比混凝土自收缩率及相对增长率材料研究与应用-10广东建材2023年第2期规律为先快速，后平缓。试件类型为F0S0L0的基准混凝土，其自收缩率随水胶比变小而增大，水胶比为0.48时，其自收缩率最小。相较于水胶比为0.48自收缩率，水胶比为0.43时，龄期为3h的自收缩率相对增长率最大，达到了68.6%，龄期为 12h、24h、72h 时，其自收缩率相对增长率分别为13.0%、18.4%、17.6%、13.6%，相对于3h的自收缩率相对增长率较为平缓；水胶比为0.38时，8h时混凝土的自收缩率相对增长率仅为2.5%，3h、24h、72h时则在25%45%之间，8h时混凝土的自收缩率相对增长率最小；水胶比为0.33时，混凝土的自收缩率最大，并且在24h之后，其相对增长率仍处在 30%45%之间，增长较大。对于掺加矿物掺合料的混凝土，一方面，同样存在自收缩率随水胶比变小而增大的规律，水胶比为0.48时自收缩率最小，水胶比为0.33时自收缩率最大；另一方面，整体自收缩率比无掺合料 F0S0L0的要小。对于F0S15L20试验组，以水胶比为0.48的试件为对比，水胶比为0.43和0.38时，龄期为8h、12h、24h时自收缩率相对增长率均为负增长，72h时开始出现正增长；水胶比为0.33 时，不同龄期的收缩率比对照组分别增加了16.6%、4.5%、15.5%、17.4%、26.7%。对于 F15S15L20试验组，以水胶比为0.48的试件为对比，其他水胶比试件在龄期24h前，其自收缩率相对增长率较大，最高达到了95.5%。综上所述，混凝土自收缩率随水胶比变小而增大。这是由于胶凝材料与毛细孔中的游离水发生水化反应，游离水变成了化学结合水，促使混凝土内部产生自干燥效应，产生自收缩应力。水胶比越小，游离水越少，自干燥效应越明显。从配合比角度分析，一方面，水胶比越低，单位体积中的水泥占比就越大，发生水化反应的水泥就越多，而水化产物相较于水泥本身，体积较小，这就导致了宏观上混凝土体积发生收缩的现象，这也是收缩率随水胶比变小而增大的原因；另一方面，从孔结构分析，水胶比越低，混凝土内部的孔洞就越密实，毛细孔孔径越小，当毛细孔中的水分减少时，毛细孔产生的负压越大，进一步促使混凝土的收缩增大。3.2 矿物掺合料对自收缩性能的影响规律为了便于分析，研究同水胶比下不同矿物掺合料比例对混凝土自收缩率的影响，选取龄期为3h、8h、12h、24h、72h时的数据为特征值，研究自收缩率及相对增长率，试验数据见表4：由表4可以看出，基准混凝土和掺矿物掺合料的混凝土的自收缩率在 72h 内的变化规律均为先快速，后平缓。水胶比为 0.48 时，以基准混凝土 F0S0L0为对比，F0S15L20试验组（掺石灰石粉和矿渣）的自收缩率较低，其中，在龄期8h24h时，自收缩率相对增长率为-2%-7%之间，72h时达到最大值为-18.6%；对于F15S15L20试验组（掺石灰石粉、粉煤灰和矿渣），其自收缩率最小，龄期为 3h、8h、12h、24h、72h 时自收缩率相对增长率在-20%-46%范围内，其中，在8h、12h 时达到-45%左右。水胶比为0.43、0.38、0.33时，自收缩发展规律与水胶比为0.48时相类似，整体规律为：掺加矿物掺合料的混凝土自收缩要比基准混凝土小，且三掺混凝土F15S15L20（掺石灰石粉、粉煤灰和矿渣）的自收缩小于双掺混凝土F0S15L20（掺石灰石粉和矿渣）。综上所述，矿物掺合料可以起到抑制混凝土自收缩性能的作用。粉煤灰和矿渣粉能够抑制混凝土自收缩的研究已经很多1，这里不再阐述。对于石灰石粉，一方面，石灰石粉的表面较为光滑，需水量较小，可以使整个混凝土体系中的游离水相对较多，从而降低了自收缩；另一方面，石灰石粉主要成分为 CaCO3，水泥中的C3A与CaCO3反应生成的产物体积有所增大，可以起到一定的膨胀补偿收缩2。此外，掺石灰石粉、粉煤灰和矿渣的混凝土自收缩最小，这是因为矿渣、石灰石粉和粉煤灰的活性均较低，基本上不参与早期水化反应，在早期72h内仅起到惰性填充作用，所以混凝土的自收缩性能：F15S15L20F0S15L20F0S0L0。4 结论混凝土的自收缩率发展曲线前期比较快速，后期逐渐趋于平缓。未掺矿物掺合料和掺矿物掺合料的混凝土的自收缩率均随水胶比变小而增大。矿物掺合料可以起到抑制混凝土自收缩性能的作用，混凝土的自收缩性能：F15S15L20F0S15L20F0S0L0。【参考文献】1 费治华,乔艳静,田倩,等.混凝土早期自收缩性能的实验研究J.混凝土与水泥制品,2008(02):21-23.2 肖佳,勾成福,金勇刚,等.石灰石粉水泥基材料自干燥与自收缩研究J.混凝土与水泥制品,2011(8):20-24.材料研究与应用-11