成 丹 畢芳華

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051； 2.天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，天津 300051)

礦粉對(duì)水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂的改善

成 丹1畢芳華2

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051； 2.天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，天津 300051)

依據(jù)相關(guān)理論進(jìn)行了砂漿抗裂性能試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析討論，研究了礦粉對(duì)水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂性能的影響，結(jié)果表明礦粉可延遲水泥基膠凝材料的開裂時(shí)間，隨著礦粉摻量的增加，延遲效果越明顯。

礦粉，水泥，石灰石粉，開裂

混凝土結(jié)構(gòu)的早期裂縫是指混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用前，甚至施工荷載作用前，或拆模后不久就出現(xiàn)的裂縫。早期開裂對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)危害極大，因?yàn)樵缙诳沽研圆畹幕炷猎诤笃诟菀组_裂。而且早期可見與不可見的裂縫會(huì)在混凝土內(nèi)部造成結(jié)構(gòu)損傷[1,2]，是各種有害介質(zhì)后期侵入混凝土的通道，嚴(yán)重威脅著混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性[3,4]。因此，開展水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂性能研究具有重要意義。文獻(xiàn)[5][6]指出水泥膠凝材料中的礦物摻合料，如粉煤灰，硅灰，高爐礦渣等，對(duì)新拌水泥膠凝材料的各種性能都具有較大影響。文獻(xiàn)[7][8]指出不同礦物摻合料的種類、摻量以及復(fù)摻，對(duì)水泥膠凝材料的早期裂縫的影響也不同。有關(guān)礦粉對(duì)水泥—石灰石粉復(fù)合膠凝材料的早期抗裂性能的影響方面的研究較少且不系統(tǒng)。因此，開展礦粉對(duì)水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂性能的影響研究具有重要意義。本文主要研究礦粉對(duì)水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂性能的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：采用北京興發(fā)水泥有限公司生產(chǎn)的P.I42.5拉法基瑞安基準(zhǔn)水泥；石灰石粉：采用湖南華西投資有限公司產(chǎn)1250目重質(zhì)碳酸鈣粉；礦粉：采用益陽(yáng)南方環(huán)保公司S95級(jí)粒化高爐礦渣微粉超細(xì)粉；砂：湘江河砂，細(xì)度模數(shù)2.4，屬Ⅱ區(qū)中砂；水：采用自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)方法

砂漿抗裂性能實(shí)驗(yàn)參考JC/T 951-2005水泥砂漿抗裂性能試驗(yàn)方法進(jìn)行。開裂指數(shù)和抗開裂性能比按照式(1)、式(2)計(jì)算：

Wi=∑(Ai×li)

(1)

(2)

其中，Wi為開裂指數(shù)，mm；Ai為權(quán)重值；li為裂縫長(zhǎng)度，mm；γ為抗開裂性能比(正值表示提高，負(fù)值表示降低)，%；W1為開裂指數(shù)的平均值，mm；W0為基準(zhǔn)砂漿的開裂指數(shù)的平均值，mm。裂縫權(quán)重值見表1，水泥—石灰石粉—礦粉膠砂試驗(yàn)配合比見表2。

表1 裂縫權(quán)重值

表2 水泥—石灰石粉—礦粉膠砂試驗(yàn)配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

水泥膠砂的早期開裂先增加后減緩，6 h已有微裂縫出現(xiàn)，6 h～1 d裂縫發(fā)展迅速，1 d內(nèi)的開裂基本達(dá)到了3 d開裂的95%左右。隨著礦粉摻量增加，水泥—石灰石粉膠砂在不同齡期的開裂均呈現(xiàn)出裂縫由長(zhǎng)變短、由寬變窄、裂縫數(shù)目逐漸減少的規(guī)律。這說(shuō)明粉煤灰對(duì)水泥—石灰石粉膠凝材料早期開裂有明顯的抑制作用。表3和圖1為礦粉摻量對(duì)水泥—石灰石粉膠砂早期開裂性能的影響。

表3 礦粉摻量對(duì)水泥—石灰石粉膠凝材料性能的影響

由表3及圖1可知，隨著礦粉摻量的增加，試件首次開裂時(shí)間隨之增加，L10S10，L10S20，L10S30分別比L10S0增加了15.4%，20.5%，28.2%。由此可見，礦粉可以延遲水泥膠砂的開裂時(shí)間，這是因?yàn)榈V粉在早齡期并不表現(xiàn)出其活性，由于礦粉取代了部分水泥熟料，從而早齡期的水化膠凝材料減少，降低了硬化漿體自收縮值，延遲了開裂時(shí)間。

由表3可知，0 h～6 h齡期內(nèi)，L10S0，L10S10，L10S20和L10S30四組開裂程度占3 d齡期的68.0%，81.9%,76.0%，81.5%；0 d～1 d齡期內(nèi)，L10S0，L10S10，L10S20和L10S30四組開裂程度占3 d齡期的98.5%，97.9%，96.1%，96.8%。由此可見，礦粉會(huì)延遲水泥—石灰石粉膠砂6 h的開裂情況，1 d內(nèi)的開裂基本達(dá)到了3 d早期開裂的90%左右，后期裂縫發(fā)展會(huì)較微弱。隨著礦粉摻量的增加，膠砂的開裂指數(shù)逐漸減小，6 h齡期時(shí)，L10S10，L10S20和L10S30的抗裂指數(shù)分別比L10S0組減少了45.5%，56%，70.6%，1 d齡期時(shí)，L10S10，L10S20和L10S30的抗裂指數(shù)分別比L10S0組減少了55%，61.5%，75.9%，2 d齡期時(shí)，L10S10，L10S20和L10S30的抗裂指數(shù)分別比L10S0組減少了54.6%，60.9%，75.5%，3 d齡期時(shí)，L10S10，L10S20和L10S30的抗裂指數(shù)分別比L10S0組減少了54.7%，60.6%，75.4%。

礦粉可以改善水泥—石灰石粉膠凝材料的早期開裂是因其具備形態(tài)效應(yīng)和活性效應(yīng)。摻入礦粉相當(dāng)于在早期用水量不變的情況下降低水泥用量，礦粉的潛在活性可以促使早期單位體積漿體水泥水化速度降低，減緩早期收縮的產(chǎn)生，開裂延遲。同時(shí)，水泥水化量的減少使早期膠砂內(nèi)部水量損失降低，減少了自收縮；水化后產(chǎn)生的膠凝體量減少使得干燥收縮降低；延緩水化速率使得膠砂在早期具有較強(qiáng)的徐變松弛能力，早期彈性模量發(fā)展相對(duì)緩慢，早期開裂明顯降低。

3 結(jié)語(yǔ)

1)礦粉可延遲水泥—石灰石粉膠砂的開裂時(shí)間，隨著礦粉摻量的增加，延遲效應(yīng)越明顯，當(dāng)摻量達(dá)到30%時(shí)，比不摻礦粉延遲28.2%。 2)礦粉可延遲水泥—石灰石粉膠砂6 h的開裂性能，且早期延遲效應(yīng)明顯。不摻礦粉時(shí)，1 d內(nèi)的開裂基本達(dá)到3 d早期開裂的95%左右，摻有礦粉時(shí)，1 d的開裂可降低到3 d早期開裂的90%左右，并且后期裂縫發(fā)展會(huì)較微弱。3)石灰石粉、粉煤灰、礦粉復(fù)摻的情況下，1 d內(nèi)的開裂基本達(dá)到了3 d早期開裂的95%左右，后期裂縫發(fā)展會(huì)較微弱。4)礦粉摻量會(huì)影響各齡期水泥膠砂的開裂情況，且各齡期開裂規(guī)律表現(xiàn)一致，隨著礦粉摻量的增加，試件裂縫長(zhǎng)度由長(zhǎng)變短，對(duì)應(yīng)的裂縫寬度由寬變窄，且裂縫數(shù)目逐漸減少，膠砂的開裂指數(shù)逐漸減小。

[1] Meddah M S,Tagnit-Hamou A.Effect of mineral admixtures on shrinkage measured on massive concrete elements[A].Proceedings of the 8th International Conference on Creep, Shrinkage and Durability Mechanics of Concrete and Concrete Structures[C].2008:381-386.

[2] 江云安,吳學(xué)禮.影響混凝土早期抗裂性能的幾個(gè)因素的研究[A].中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)水泥基材料論文集(下冊(cè))[C].2003.

[3] Thompson S R,Olsen M P J,Dempsey B J.Synthesis report: D-cracking in portland cement concrete pavements[J].Civil Engineering Studies,Jul. 1979-Mar. 1980 Illinois Univ., Urbana-Champaign.Dept. of Civil Engineering.,1980(1):72-73.

[4] 朱安民.混凝土碳化與鋼筋混凝土耐久性[J].混凝土,1992(6):18-22.

[5] Shi K B,Zhang S D.Ring Method Test on the early-Age Anti-Cracking Capability of High-Performance Lithium Slag Concrete[J].Applied Mechanics and Materials,2011(94):782-785.

[6] 翁家瑞,鄭建嵐,王雪芳.粉煤灰摻量對(duì)高性能混凝土收縮的影響[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,33(S1):143-146.

[7] 張德成,丁 鑄,侯憲欽,等.超細(xì)礦渣高性能混凝土試驗(yàn)及水化研究[J].山東建材學(xué)院學(xué)報(bào),1998,12(2)：99-102.

[8] 馬燁紅,吳笑梅,樊粵明.石灰石粉作摻合料對(duì)混凝土工作性能的影響[J].混凝土,2007(7):56-59.

Mineralpowderimprovingearlycrackingofcement-limestoneflourcementingmaterial

CHENGDan1BIFang-hua2

(1.TianjinMunicipalEngineeringDesignAcademy,Tianjin300051,China; 2.CollegeofEnvironmentandChemicalEngineering,TianjinUniversityofIndustry,Tianjin300051,China)

According to relevant theories, the article carries out mortar anti-cracking performance test, analyzes experimental results, and studies the impact of mineral powder upon early cracking performance of cement-limestone flour cementing material. Results show that: mineral powder can delay cement cementing material cracking time: with the mineral powder increasing, the delay effect will be more obvious.

mineral powder, cement, limestone flour, crackin

1009-6825(2014)33-0104-02

2014-09-17

成 丹(1990- )，男，碩士，助理工程師； 畢芳華(1987- )，女，在讀碩士

TU525

：A