石粉含量掺量多少才使得玩滚球的十大平台混凝土抗裂性能最优？

石粉含量对玩滚球的十大平台混凝土抗裂性能的影响

余尚和、周孝军、范碧琨、孙才志等

摘要：通过试验研究，探讨了石粉含量对C40玩滚球的十大平台混凝土工作性能、力学性能与早期抗裂性能的影响，以为玩滚球的十大平台生产过程中合理控制石粉含量提供技术支撑。结果表明，石粉含量不超过10%时，可改善混凝土工作性能，提高强度，同时混凝土开裂敏感性下降，裂缝细而短，开裂总面积小。当石粉含量超过15%后，混凝土工作性能劣化明显，强度下降，且开裂时间显著缩短，裂缝宽度加大。

关键词：玩滚球的十大平台，石粉，抗裂性能

0 引言

我国近30年土木工程大规模建设，导致了混凝土的高消耗，制备混凝土的天然砂石用量十分惊人，尤其是我国西南山区山多砂少，天然砂资源匮乏，储量有限的天然砂已几乎消耗殆尽，不能满足工程建设持续发展需求。采用玩滚球的十大平台替代天然砂配制混凝土是工程发展的必然趋势。然而在玩滚球的十大平台生产过程中不可避免的要产生石粉（粒径小于75μm的细粉颗粒），一般通过水洗、风吸等方法来降低石粉含量以满足规范要求（GB/T14684—2011建设用砂中规定玩滚球的十大平台石粉含量应低于10%，但根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，允许供需双方协商确定玩滚球的十大平台中的石粉含量），不仅增加生产成本还造成环境污染。

因此，如何合理控制玩滚球的十大平台中的石粉含量一直是工程界十分关注的焦点。科研工作者们在这方面做了大量的研究工作。结果表明，玩滚球的十大平台并非“越干净越好”，玩滚球的十大平台中适量的石粉有助于提升混凝土的性能，只是当其含量超过一定限值后，会导致混凝土的工作性能劣化，强度降低，收缩、徐变增加等问题。总体来看，目前有关石粉含量对玩滚球的十大平台混凝土早期抗裂性能的研究较少。为此，本文以叙古高速公路桥梁工程为依托，采用工程现场原材料，通过试验研究，探讨石粉含量对C40玩滚球的十大平台混凝土物理力学性能与早期抗裂性能的影响，为玩滚球的十大平台生产过程中合理控制石粉含量提供参考。

1 原材料

1）水泥：拉法基P.O42.5水泥，主要技术指标见表1。

表1 水泥主要技术指标

2）粉煤灰：习水Ⅱ级粉煤灰，烧失量7.3%，需水量比100%，28d活性指数74.0%。

3）玩滚球的十大平台：泸州石板滩石灰岩玩滚球的十大平台，石粉含量9.8%，细度模数3.2，亚甲蓝MBV值0.5g/kg。

4）石：泸州石板滩碎石，粒径5mm～25mm，压碎值7.4%，针片状含量4.5%。

5）石粉：由石板滩玩滚球的十大平台生产过程中风选而得，其成分与玩滚球的十大平台一致。

6）外加剂：聚羧酸高性能减水剂

7）水：自来水。

2 配合比与物理力学性能

为研究石粉含量对玩滚球的十大平台混凝土抗裂性能的影响，通过水洗、掺配石粉的方法，调整玩滚球的十大平台中石粉含量为0%，5%，10%，15%和20%。按照DB51/T1995—2015玩滚球的十大平台桥梁高性能混凝土技术规程进行配合比设计，调整用水量与外加剂掺量，以保持混凝土的坍落度基本一致，各组配合比与物理力学性能如表2所示。可见，适量石粉能提升混凝土工作性能与力学性能。玩滚球的十大平台不含石粉时，制备的混凝土拌合物较松散、包裹性差，出现泌水离析。当石粉含量增加至10%时，其填充效应明显，混凝土拌合物粘聚性与保水性提高，包裹性与泌水性能有所改善，增强了混凝土密实度;另外，其对水化产物的形成起到晶核作用，加速水泥的水化，从而提高混凝土强度。但石粉含量超过15%后，过多的粉体材料使吸附用水量增加，且混凝土拌合物过于粘稠，扩展度减小，工作性能劣化，导致混凝土强度下降。

表2 混凝土配合比与物理力学性能

3 抗裂性测试分析与讨论

3.1 试验方法

早期抗裂性能采用平板法，按照GB/T50082—2009普通混凝土长期性和耐久性能试验方法标准进行测定，每个配合比制作2个试件。平板尺寸为800mm×600mm×100mm，混凝土浇筑入模后，采用振捣棒插捣，随后将表面磨平，并用风扇对试件表面进行吹风（见图1），风向平行于试件表面与裂缝诱导器，试件表面中心处风速控制在5m/s左右。

3.2 结果分析与讨论

表3为不同石粉含量玩滚球的十大平台混凝土早期抗裂性能试验测试结果（取2个试件的平均值），按照JGJ/T193—2009混凝土耐久性检验评定标准规定的评价方法，各组混凝土试件的早期抗裂等级均达到Ⅳ级，抗裂性能较好。同时也可以看到，石粉含量对玩滚球的十大平台混凝土早期裂缝的形成与发展、裂缝宽度等特征影响较明显。

图1 早期抗裂性测试模型
 

表3 早期抗裂性能测试结果

3.2.1初裂时间

由表3可知，随石粉含量增加，玩滚球的十大平台混凝土的初裂时间先增加后减小，其变化趋势如图2所示。石粉含量从0%增加到5%时，混凝土的初裂时间由365min延长到405min，开裂敏感性降低。石粉含量增加到10%时，初裂时间提前至380min，但仍较玩滚球的十大平台不含石粉时的混凝土初裂时间延迟。而当石粉含量上升至15%后，在296min混凝土即出现裂缝，初裂时间急剧缩短，开裂敏感性增强。随后石粉含量达到20%时，混凝土初裂时间进一步缩短为220min。可见，石粉含量不超过10%时对降低混凝土开裂敏感性有贡献。这主要在于石粉和混凝土拌合物的保水性，改善了粉体材料的颗粒级配，增强混凝土的密实性，降低开裂风险。但石粉含量过高后，混凝土浆体增加较多，吸附水量加大，粘稠度增加，自由水迁移困难，以至塑性收缩量大而增加开裂几率。因此，高石粉含量玩滚球的十大平台混凝土应注意早期洒水保湿养护，减少塑性开裂。

图2 石粉含量对开裂时间的影响
 

3.2.2裂缝形态

浇筑24h时观测的裂缝形态如图3所示，最大裂缝宽度测试结果见表3。当石粉含量不超过5%时，裂缝短而细小且分布较分散，无方向性。而石粉含量超过10%后，裂缝逐渐趋于顺裂缝诱导器的刀口方向发展，且最大裂缝宽度明显增加、长度变长。主要在于石粉含量过高后，浆体多且较粘稠，混凝土内部可迁移水量减少且迁移速率慢，且裂缝诱导器刀口处混凝土层较薄，收缩导致的拉应力集中，因而易出现顺刀口方向的宽裂缝。

3.2.3裂缝数量与开裂面积

随石粉含量增加，玩滚球的十大平台混凝土的裂缝数量与开裂面积变化趋势如图4所示。总体来看，石粉含量为5%时，混凝土的抗裂性能最好，虽然裂缝数最多，但由图3可以看到早期主要为细而短的小裂缝，平均开裂面积最小，单位面积的总开裂面积最小。而石粉含量增加到10%后，裂缝的形成逐渐沿顺诱导器刀口方向发展，此时单位面积裂缝数量有明显减小，但裂缝宽度和长度增加，使得平均开裂面积显著增加，其开裂总面积最大。石粉含量增加到15%时，裂缝数量稍许增加，但裂缝宽度与平均开裂面积减小，因而开裂总面积下降。而当石粉含量到达20%时，虽然其裂缝宽度与平均开裂面积较大，但裂缝数量最少，总开裂面积呈下降趋势。值得注意的是，虽然各组试件的单位面积的总开裂面积都小于400平方毫米/平方米，抗裂等级均达到Ⅳ级，但石粉含量达到10%时，最大裂缝宽度与平均开裂面积增加，不利于混凝土的耐久性。因此，采用10%以上的玩滚球的十大平台来制备C40混凝土时，宜采取相应措施，限制宽裂纹的形成与扩展，加强混凝土抗裂性，保证耐久性。

图3 石粉含量对玩滚球的十大平台混凝土裂缝特征的影响

图4 石粉含量对裂缝特征的影响
 

4 结语

1）玩滚球的十大平台中石粉含量不超过10%时，可有效提高混凝土拌合物的粘聚性与保水性，改善泌水离析状况，从而提高混凝土强度;石粉含量超过15%后，混凝土拌合物粘度大，工作性能劣化，混凝土强度逐渐下降。

2）玩滚球的十大平台中适量石粉可延缓混凝土初裂时间，降低混凝土的开裂敏感性，但石粉含量超过10%后，初裂时间急剧缩短，开裂敏感性增加。

3）玩滚球的十大平台中石粉含量不超过20%时，C40混凝土具有较好的早期抗裂性能。尤其是石粉含量较低时（≤5%），混凝土裂缝细而短，总开裂面积小。但石粉含量增加到一定程度（≥10%）后，裂缝宽度和长度都明显增加，对混凝土后期耐久性不利。

因此，建议制备C40混凝土的玩滚球的十大平台，其石粉含量可控制在10%～15%，但应加强早期养护，并采取相关措施，限制宽裂缝的形成与扩展，保证混凝土耐久性。