第３６卷第２期 四川建筑科学研究 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２３７ ２０１０年４月 大体积混凝土抗裂性能研究 叶成杰 ，殷志祥 ，高早亮 （１．辽宁工程技术大学土木建筑学院，辽宁阜新２．黑龙江科技学院建筑工程学院，黑龙江哈尔滨摘１２３０００； １５００２７） 要：为了解决大体积混凝土开裂问题，采用一级粉煤灰，掺加高效缓凝保塑减水剂来配制混凝土，在改变粉煤灰掺量 （０％，２０％，３０％，４０％，５０％）、水泥和粉煤灰总用量的条件下进行试验研究。通过混凝土绝热升温试验、掺粉煤灰水泥水化 热试验和混凝土干缩性能试验，发现混凝土的抗裂性能随着粉煤灰掺量在一定范围内的上升而加强。如果将粉煤灰掺量控 制在一定范围内，可以满足混凝土的抗裂性能，对大体积混凝土的应用提供了质量保证，防止了大体积混凝土的开裂产生。 关键词：混凝土；粉煤灰；抗开裂性能 中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—１９３３（２０１０）０２—２３７—０３ Ｓｔｕｄｙ ａｎｔｉ－ｃｒａｃｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ＹＥ Ｃｈｅｎｇｊｉｅ ，ＹＩＮ Ｚｈｉｘｉａｎｇ ，ＧＡ０ Ｚａｏｌｉａｎｇ （１．Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＣｏＵｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｆｕｘｉｎ １２３０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＣｏＵｅｇｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ １５００２７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｍａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ，ｕｓｉｎｇ ａ ｆｌｙ ａｓｈ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｈｉｃｈ ａｄｄｉｎｇ ｓｌｏｗ ｓｅｔｔｉｎｇ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｌａｓｔｉｃ ｗａｔｅｒ ｒｅｄｕｃｅｒ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｆｌｙ ａｓｈ（０％，２０％，３０％，４０％，５０％），ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｌｆｙ ａｓｈ ａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｒｍｉｎｇ ｏｆ ｌｆｙ ａｓｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｅｓｔ，ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｏｆ ｄｏｐｅｄ ｆｌｙ ａｓｈ ｃｅｍｅｎｔ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｅｓｔ，ｉｔ ｆｏｕｎｄ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｃｒａｃｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｆｌｙ ａｓｈ ｌｅｖｅｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｉｆ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ，ｉｔ Ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔｎｃｅ，ｆａｏｒ ｔｈｅ ｍａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕａｌｉｔｙ ａｓｓｕｒａｎｃｅ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｍａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｆｌｙ ａｓｈ；ａｎｔｉ—ｃｒａｃｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ０ 前言 透、扩散、侵蚀，加速了｝昆凝土的老化过程。毋庸置 疑，裂缝对大体积混凝土的安全和耐久性有着严重 的影响和不可轻视的危害 。 大体积混凝土开裂防治问题一直影响着土木工 程施工，就其解决办法，学者提出了很多方法 ，但 仍无法根治，这对大体积混凝土施工和使用有很大 影响。 大体积混凝土多用于坝体混凝土和高层建筑的 基础底板，大体积混凝土的深层和贯穿裂缝，会使混 大体积混凝土开裂原因主要是混凝土成型过程 中体积收缩、温差变化和水泥安定性不合格等原 因 Ｊ。目前，对大体积混凝土抗裂研究主要以我国 著名的裂缝控制专家王铁梦教授的研究成果为指 导，运用综合研究方法，结合设计、施工、材料、地基、 环境等条件，提出了“抗”与“放”的设计原则，统一 了留缝与不留缝的两种设计流派的技术观点，并结 合实践提出伸缩缝及裂缝控制的计算公式。再者， 中国建筑材料科学研究院吴中伟院士所提出的“混 凝土补偿收缩模式”，指导了ＵＥＡ等混凝土膨胀剂 凝土制品刚度降低，在外力作用下变形会加大，并产 生不利的附加应力。直通的裂缝，易成为渗漏水通 道，会给运行管理带来影响和不便，甚至会危及混凝 土制品的安全。裂缝会加速外界环境对混凝土的风 化和侵蚀。如碳酸气碳化、干湿交替影响、冻融剥蚀 和环境水溶蚀等，无时无刻不经裂缝侵入到内部对 混凝土施加破坏性作用。水及有害物质沿裂缝渗 收稿日期：２００８—１１—１７ 作者简介：叶成杰（１９７４一），男，黑龙江勃利人，副教授，硕士，主要 的研究，为我国在大体积混凝土中采用ＵＥＡ混凝土 膨胀剂，有效地解决混凝土的干缩和冷缩裂缝等问 题奠定了很好的基础 。 本研究从节约资源、变废为宝的角度出发，基于 从事土木工程教学与空间结构研究。 基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究基金项目（１１５１３０９４； １１５１１３４３） Ｅ—ｍａｌｌ：ｑｆｅｎｇｘｙ＠１６３．ｔｏｍ ＿大体积混凝土开裂的三种原因，立足于解决大体积 混凝土开裂问题，研究了掺粉煤灰解决混凝土开裂 方法，在试验中采用一级粉煤灰，同时掺加ＵＮＦ高 ２３８ 四川建筑科学研究 第３６卷 Ｈ心 效缓凝保塑减水剂配制大体积混凝土。探讨改变水 泥和粉煤灰的总用量、粉煤灰掺量等试验参数，寻求 解决混凝土开裂的最佳配合比，以解决大体积混凝 土抗开裂的难题，实现充分利用粉煤灰的经济效果。 粥¨ 钙 （２）粉煤灰：采用Ｉ级粉煤灰，细度５．５％，烧失 量３．９％，三氧化硫含量１．８％，需水比９８％，其化 学成分见表２。 Ｏ Ｏ Ｏ ９ ９ ９ ８ ８ ８ ２ ２ ２ Ｚ ２ Ｚ 姗 姗 撇 ｍ ｍ 表２粉煤灰的化学成分 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｌｙ ａｓｈ ｆ１原材料及试验 １．１试验原材料 成分 ＳｉＯ２ ｓ， Ａｉ２０３ Ｆｅ２０３ ＳＯ３ ＣａＯ烧失量 ２ ２ ２ ２ ２ ２ ５ ５ ５ ８ Ｂ Ｂ ）） ｍ 跏螂 （３）砂子：采用中砂，Ｍ ＝２．７，含泥量＜２％，泥 块含量＜ｌ％。 如如如∞如∞∞∞如∞卯∞∞∞∞ ¨¨¨ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ¨ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ （１）水泥和外加剂 水泥：采用４２．５普通硅酸盐水泥。其主要指标 见表１。 （４）石子：采用５～３１．５ ｍｍ的碎石，连续级配， 表１试验用水泥的技术指标 含泥量＜１．０％，泥块含量＜０．５％。 Ｔａｂｌｅ １ Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｃｅｍｅｎｔ １．２试验方法 塑塑塑塑１ ｌ １ １ １ １ ２ ２ ２ ３ ｄ２ ８ ｄ３ ｄ２ ８ ｄ ／％一一～ 安定性 （１）配合比设计 ０ ０ ０ ４２．５普通硅酸盐水泥４．８ ６．８ ２１．３ ５０．８ １．８合格 粉煤灰等量取代水泥，掺量有０％，２０％，３０％， ４０％，５０％五种，水胶比在０．４～０．５之间，具体的混 外加剂：采用ＵＮＦ高效缓凝保塑减水剂。 凝土配合比见表３。 表３试件混凝土配合比 Ｔａｂｌｅ ３ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｒａｔｉｏ 编号 ／（ｋＭ ｃ肘 Ｍ ｃ Ｍ 粉煤 ｍ３ ， ｋ￣／ｍ３ Ｅ／ｍ ｇ／ｍ 、 ／ ，呵。 代率Ｗ／（Ｃ＋，）一 ｌ５２ ０．４Ｏ０ １７１ 一５ ５ ５ ８ ８ ８ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ ０．４５０ １９Ｏ Ｏ．５ｏｏ １６Ｏ．４ ０．４００ １８Ｏ．５ ０．４５０ ２００．５ ０．５０ｏ １６４．８ Ｏ Ｏ Ｏ加加加∞如∞∞∞∞如如如 ０．４Ｏ０ １８５．４ ０．４５０ ２０６ Ｏ．５ｏ０ １６６．８ Ｏ．４ｏｏ １８７．７ ０．４５０ ２０８．５ Ｏ．５００ １６９．６ ０．４００ １９０．８ ０．４５０ ２１２ Ｏ．５ｏｏ （２）试验方法 随着粉煤灰的掺量增加，混凝土的绝热升温值降低， 试件成型、养护及试验按水工混凝土试验规程 说明混凝土水化放热随粉煤灰掺量的增加而降低。 （ＳＬ ３５２—２００６）执行。 由图２数据可知，粉煤灰掺量对水泥水化热的降低 ２试验结果分析 有积极影响，说明混凝土成型过程中如果加入粉煤 混凝土内部温度应力发展分三个阶段：早期，由 于胶凝材料水化释放大量水化热，温度场急剧变化， 混凝土弹性模量亦急剧变化。温度应力由压应力向 拉应力转化。在这一阶段，混凝土弹性模量较小，徐 变较大，对温度应力有较大的松弛。中期，混凝土进 入降温阶段，混凝土弹性模量变化幅度减小。温度 应力的产生主要由混凝土自身冷却和外界温度变化 引起，应力松驰相应减小。晚期，混凝土内部温度已 图１ 粉煤灰混凝土绝热升温试验结果 经平衡，温度应力主要由外界气温突变而产生。由 Ｆｉｇ．１ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｒｍｉｎｇ ｏｆ ｌｆｙ ａｓｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ 试验结果数据，从图１可以看出，当水胶比一定时， ｒｅｓｕｌｔｓ 叶成杰，等：大体积混凝土抗裂性能研究 ２３９ 灰，会使水化过程升温值降低，且粉煤灰的掺量增 姗 忸竖逝赣 ＊鲁赠繁 鑫 加，升温有下降趋势，粉煤灰取代率在３０％～４０％ 如 加 时，绝热升温试验结果最理想。大体积混凝土的成 型过程，水化热温度随结构厚度增加而加大，这样， 混凝土内外形成一定的温度梯度。无论升温阶段或 降温阶段，混凝土中心温度总是高于混凝土表面温 度＿２ Ｊ。因此，粉煤灰的加人，显著地改善了环境温 度对粉煤灰混凝土成型的影响。 期龄／ｄ 图２掺粉煤灰水泥水化热试验结果 Ｆｉｇ．２ Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｏｆ ｄｏｐｅｄ ｆｌｙ ａｓｈ ｃｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ 随着水泥水化反应的结束及混凝土的不断散 热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段，温度 降低混凝土体积收缩。降温收缩产生的拉应力易在 混凝土中心部位形成较高拉应力区，若此时的混凝 土拉应力大于混凝土此龄期的抗拉强度，则大体积 混凝土产生收缩裂缝 Ｊ。由图３可以看出，掺入粉 煤灰的混凝土的干缩性能降低，并随着粉煤灰掺量 的增加，呈降低趋势，粉煤灰取代率在４０％的时候 干缩率最低，５０％的时候有突变可以舍去。所以，掺 人粉煤灰可以改善混凝土的干缩性能，粉煤灰取代 率在４０％时，抗干缩性能最好。从干缩性能和绝热 升温的相关性分析，相关度达０．９以上，说明掺粉煤 灰可以改善混凝土的收缩变形，从混凝土的内部温 度应力的发展上看，结合试验结果，掺人粉煤灰特别 是粉煤灰取代率在３０％～４０％时，大体积混凝土抗 裂性能最佳。 ０ 图３ 混凝土千缩试验结果 Ｆｉｇ．３ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ３ 结 语 上述试验研究可以得出以下结论： （１）掺粉煤灰可以改善大体积混凝土的抗裂性 能，粉煤灰取代水泥率为３０％～４０％，水胶比在 ０．４５一Ｏ．５之间，粉煤灰混凝土绝热升温值最理想， 内部温度应力最小，对抗裂性能效果最好； （２）施工应用过程中，严格控制粉煤灰取代率 和水胶比，粉煤灰取代率在４０％以下，混凝土抗裂 性能最佳，利于保证混凝土质量。 参考文献： ［１］周志勇．大体积混凝土裂缝产生的原因及预防措施［Ｊ］．科学 之友，２００８，１７（６）：３２－３３． ［２］ 高友良．大体积混凝土的裂缝形成原因及防治措施［Ｊ］．科技 创新导报，２００８，２２：７４－７６． ［３］夏锦红．大体积混凝土温度裂缝的防控措施［Ｊ］．河南大学学 报（自然科学版），２００８，３８（４）：４３７－４３９． ［４］邢林生，聂广明．混凝土坝坝体溶蚀病害及治理［Ｊ］．水力发 电，２００３，（１１）：６０－６３． ［５］杨和礼．原材料对基础大体积混凝土裂缝的影响与控制［Ｄ］． 武汉：武汉大学，２００４：１－４． ［６］ 邢世海．粉煤灰混凝土技术［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨地图出版社， ２０００． ［７］李亚杰．建筑材料［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００１．５９— ７０． ［８］陆继超．筏板基础大体积混凝土温度裂缝及其控制［Ｊ］．西南 林学院学报。２００８。（６）：７１－７５．
