不同粉煤灰掺量对船闸混凝土变形性能的影响_建

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

不同粉煤灰掺量对船闸混凝土变形性能的影响

张晓辉

【摘 要】本文研究了不同掺量下粉煤灰对船闸混凝土化学减缩、干缩和自生体积变形等变形性能的影响。研究表明，对于船闸混凝土，适当提高粉煤灰掺量有利于其体积稳定性，同时，加强混凝土早期的湿养护可有效降低混凝土的干缩，降低开裂风险。

【关键词】粉煤灰掺量 船闸混凝土 变形

1 前言

影响混凝土变形性能的因素比较复杂，大致可归纳为三方面即：原材料（主要是胶凝材料）的性能、混凝土配合比以及施工环境和工艺。胶凝材料在水化、硬化过程中的各个阶段都存在体积变形，主要类型有化学减缩、塑性收缩、自收缩、干燥收缩、温度收缩等。

闸室墙和廊道等结构为船闸主体，其中廊道结构复杂、体积较大，是典型的异型大体积混凝土结构，温度应力易导致出现裂缝；闸室墙为大面积薄壁结构，该部位在施工过程中养护不当易出现干缩裂缝，这些问题在船闸工程中较为常见[1~3]。

塑性收缩、干缩以及温度变形是这些结构产生裂缝的主要原因。一般研究认为粉煤灰由于其具有“微集料效应”，对于干燥收缩体现出正效应。随着水化龄期的延长和粉煤灰掺量的增加，这种“微集料效应”对于收缩的正效应更为明显，因此表现出来的粉煤灰在长龄期和高掺量时对于收缩（尤其是干燥收缩）的抑制效果更为明显[4][5]。同时，较大掺量的粉煤灰加入水泥基胶凝体系后，可显著降低材料的水化热温升，降低其由于温度应力造成的开裂风险，提高体积稳定性。

但是，考虑到船闸混凝土普遍设计强度低（一般强度等级以C25设计），且设计者存在粉煤灰不利于抗冲磨耐久性的误区，目前江苏省内船闸钢筋混凝土设计要求粉煤灰掺量不宜过高。

本文针对船闸混凝土，考虑不同粉煤灰掺量，探讨粉煤灰掺量对船闸混凝土的变形性能影响。

2 原材料和试验设计

2.1 原材料

水泥为泰州扬湾海螺水泥有限责任公司海螺牌P.O42.5水泥，粉煤灰为华维振扬新型材料有限公司Ⅱ级灰，其化学成分见下表1。

细骨料：长江砂，细度模数2.61；粗骨料：人工碎石，5mm～25mm。

外加剂为TMS-YJ型高性能减水剂。

试验测试不同粉煤灰掺量下浆体或混凝土的化学减缩、干缩和自生体积变形，其中浆体的化学减缩依据《Standard Test Method for chemical shrinkage of hydraulic cement paste》（ASTM C1608-05）进行，混凝土干缩和自生体积变形试验依据《水运工程混凝土试验规程》（JTJ270-98）进行。

3 结果分析

3.1化学减缩

不同粉煤灰掺量的净浆的化学减缩试验结果如下图1。

结果显示，在8%~25%的粉煤灰掺量范围内，随着粉煤灰掺量增加，净浆的化学减缩呈增大趋势，但至20h后，粉煤灰掺量为15%和25%的试验组其化学减缩值逐渐减少，与粉煤灰掺量为8%的试验组相当。水泥的化学减缩的绝对数值和相对速度反映了材料的水化速度和程度。水泥的水化速度加快，其水化物的结构粗大、缺陷增多，对体积稳定和耐久性产生不利的影响。因此，粉煤灰掺量从8%提至15%和25%后，从化学减缩角度分析，并未对浆体的体积稳定性产生明显影响。

3.3干缩

混凝土干缩试验分为标准试验方法和14d湿养护后标准试验方法两种方式，后一种方式与船闸混凝土现场施工条件更为相似，试验结果更具有参考价值。结果见下表3。

结果显示，在标准试验方法条件下，不同粉煤灰掺量对混凝土干缩影响不显著，随着粉煤灰掺量增加，混凝土早期和后期干缩率略有下降；采用14d湿养护后标准试验方法的方式后，14d前混凝土表现为一定量的膨胀，随后开始收缩，60d前的干缩率较标准试验方法有明显降低，90d后的干缩率与标准试验方法相比略有下降。因此在船闸混凝土工程，尤其是闸室墙工程的施工过程中，加强混凝土早期的养护可有效降低混凝土的干缩，降低开裂风险。

3.3自生体积变形

不同粉煤灰掺量混凝土的自生体积变形试验结果见图2。3d前混凝土有少量膨胀，到90d为止，自生体积变形均为略微收缩性的，8%~15%的粉煤灰掺量范围内，不同粉煤灰掺量对混凝土自生体积变形的影响不明显，粉煤灰掺量提高至25%后，混凝土自生体积变形增加较为明显。

 

4 结论

通过对不同粉煤灰掺量的混凝土变形性能分析，可得到以下结论，

（1）适当提高船闸混凝土中提高粉煤灰掺量，从有利于提高船闸混凝土体积稳定性。

（2）对于掺粉煤灰的船闸混凝土，加强混凝土早期的湿养护可有效降低混凝土的干缩，降低开裂风险。

参考文献

[1] 苏宁.船闸大体积混凝土裂缝的控制与预防[J].中国水运.2008, 8(1):128~129

[2] 朱平,王海滨.刘宏新.船闸工程闸室侧墙裂缝分析与处理[J]. 水运工程.2006(8):116~119

[3] 聂霞.京杭运河谏壁二线船闸闸室墙防裂措施试验研究[J]. 江苏交通工程.2002(1): 27- 32

[4]肖瑞敏,张雄,乐嘉麟.胶凝材料对混凝土干缩影响的研究[J], 混凝土与水泥制品,2002,(5):11~13

[5]蔡永太.粉煤灰混凝土收缩性能研究[J], 工程质量,2006,(2):42~45