高性能绿色混凝土抗裂性能试验剖析

杜浩

摘 要：在建筑材料领域，“性能”与“环保”已经成为未来发展的主要方向。高性能混凝土，相比普通混凝土在力学性能与使用性能等方面，均具有更为理想的表现。为了进一步提升此类混凝土材料的抗裂能力，故而对不同掺合料配比下的混凝土抗裂性能进行分析，并且结合实验过程，剖析了粉煤灰在掺和混凝土中所起到的作用，促进材料的科研创新，并供同行业工作者参考。

关键词：高性能绿色混凝土；抗裂性能；剖析

中图分类号：TU528.59 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）06-0056-01

高性能绿色混凝土能通过掺入工业废料使混凝土结构优化并改善其性能[1]。而掺入的工业废料又能替换出混凝土中的水泥，从而节约了大量建设资金。在环保绿色理念不断深化的大背景下，对这种混凝土材料的配比与性能进行试验和改进，具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料来源

以本地自来水作为实验用水，选用上海亨鑫化工有限公司所提供的，减水能力可达30%的减水剂作为外加剂，并取河南克功建材有限公司所提供的聚合物纤维抗裂防水剂，以模数为2.8的中砂作为细集料，以粒径在5～20 mm间的单粒碎石作为粗集料，另选湖南益阳电厂所生产的Ⅰ级粉煤灰，和中材水泥有限责任公司所提供的P052.5级水泥。

1.2 实验方法

根据我国关于混凝土性能实验的相关标准，摘 要：在建筑材料领域，“性能”与“环保”已经成为未来发展的主要方向。高性能混凝土，相比普通混凝土在力学性能与使用性能等方面，均具有更为理想的表现。为了进一步提升此类混凝土材料的抗裂能力，故而对不同掺合料配比下的混凝土抗裂性能进行分析，并且结合实验过程，剖析了粉煤灰在掺和混凝土中所起到的作用，促进材料的科研创新，并供同行业工作者参考。

关键词：高性能绿色混凝土；抗裂性能；剖析

中图分类号：TU528.59 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）06-0056-01针对样本混凝土的抗裂性能加以约束条件，并采取分组对照的形式进行探究。以粉煤灰的掺入量作为变量，观察在不同掺入量的前提下，绿色混凝土在实验中的抗裂表现。

A组：粉煤灰掺入比例为50%，凝胶材料质量为350 kg/m3；

B组：粉煤灰掺入比例为40%，超细矿粉（P800）掺入10%，凝胶材料质量为400 kg/m3；

C组：粉煤灰掺入比例为40%，超细矿粉（P1000）掺入10%，凝胶材料质量为450 kg/m3；

D组：粉煤灰掺入比例为40%，CAK掺入10%，凝胶质量为500 kg/m3。

A、B、C、D四组， 均以凝胶总质量作为标准衡量掺入物在其中所占的比例。四组的砂率均为34%左右，塌落度平均（190±11）mm。

2 实验结果

实验结果，见表1、表2。

实验表明，将粉煤灰掺入高性能绿色混凝土（GHPC）中，能使CHPC的抗裂性能显著提升。这一方面是由于粉煤灰能在混凝度凝固时提供水化热，另一方面则对混凝土的收缩起到抑制作用。GHPC中不规则的水泥石会在凝固时形成缝隙，而二次水化则能封堵这些缝隙，优化GHPC的结构，使其抗裂性能提升。

单纯掺入粉煤灰的GHPC，其开裂面积与凝胶材料的用量之间存在正相关关系，即材料用量提升则开裂面积也会有所增加。在实验结果中可以清晰看到，材料用量为450 kg/m3时，其开裂面积开始扩大，而当用量增加至500 kg/m3，则开裂面积相比450 kg/m3时增加了1.2倍左右，相比用量为350 kg/m3，增加了2.5倍。此外，不仅开裂面积会随着凝胶材料用量的提升而增加，裂缝的宽度与凝胶材料用量之间也有显著相关性。以350 kg/m3为基准，则当用量达到400 kg/m3时， 裂缝宽度开始增加，达到 500 kg/m3时，裂缝宽度相比350 kg/m3增加了80%左右。然而裂缝数量的变化，与凝胶材料用量之间并无明确的相关关系。

GHPC中超细矿粉是保证绿色混凝土性能的重要材料。混凝土在凝固过程中因水泥石不规则所形成的孔隙，能被超细矿粉更进一步的填充。从而降低混凝土的收缩量，并防止土体因过分收缩而导致开裂。

实验结果显示，凝胶材料与开裂面积之间有着密切关联。若超细矿粉处在较低的比表面积水平，则其开裂面积相比比表面积大者明显较小。凝胶材料超过400 kg/m3时，开裂面积开始增加，此时对比不同掺入材料还能发现掺入P800的试件的开裂率相比P1000减少50%。

3 GHPC抗裂性能实验剖析

3.1 掺合料在混凝土中的作用

混凝土中所掺入的材料，大都是工业废渣。通过掺合料处理后，混凝土中的水泥量最高可减少50%[2]。并且土体的内部结构不会因掺和废料而产生有害影响，反而能提升土体的抗裂性能、耐久性能等力学与使用性能。在环保理念的影响更为深入的今天，建筑工程领域中，无论是出于节省水泥原材料还是合理处理工业废料的目的，都应该在施工建设中广泛采用掺和混凝土。

目前常用的掺和原料主要有粉煤灰、高炉矿渣以及硅灰等，而绿色混凝土就是基于环保和高性能理念，在普通混凝土中掺入工业废料，来改善混凝土性质并优化其结构。

3.2 粉煤灰在GHPC的作用

3.2.1 粉煤灰的形态效应

粉煤灰的成分以KiO2、CaO、Fc2O3等为主，具有吸附能力强、颗粒表面光滑等特点。能结合水泥熟料中的矿物，并形成化合物渗入混凝土中起到提高土体活性。

粉煤灰的颗粒表面致密度高、粒度细、光滑性好。而GHPC中存有许多水泥颗粒，这些颗粒之间的摩擦力会影响混凝土的均匀融合。将粉煤灰掺入混凝土中，这些类似玻璃珠一样表面光滑的颗粒，就会渗透进入到水泥颗粒之间，使拌合混凝土的和易性显著改善，并减少拌合时所需的水量。待混凝土硬化时，其抗裂性能就会得到提升。此外，掺入的粉煤灰还可以将水泥从混凝土中替换出来，从而使混凝土的砂率减小，提升粗骨料所占比重，使骨料的比表面积减少，拌合时用同样的水量能获得更高的流动性。

3.2.2 粉煤灰的微集料效用

粉煤灰是在高温环境下生成的，经过炉中煅烧后获得较高强度。掺入混凝土中，可以在水泥颗粒间形成“润滑”效果，增加搅拌时水泥颗粒间的均匀性，并防止颗粒的过度分散与过度黏聚。在水泥水化时粉煤灰还能将混凝土结构中的裂缝、空隙和毛细管进行填充，使孔结构得到良好的改善和优化。并增加胶体的密实度与使用寿命。

4 结 语

粉煤灰以其特殊的形态效应、微集料效应和火山灰效应，在被当做掺合料掺入后，能使混凝土的结构与性能都得到优化。在当前，可持续发展与绿色环保理念，已经深入到建筑工程领域。而GHPC以其力学性能好、使用寿命长等特点得到了广泛采用，随着技术的进步，期待未来建筑材料能在节能与环保等方面，取得新的突破。

参考文献：

[1] 孙述彬.高性能绿色混凝土抗裂性能的试验研究[J].安徽建筑，2014，（3）.