郭江華，侍克斌，吳福飛

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院新疆烏魯木齊830052)

混凝土材料因其可塑性好、強(qiáng)度高、粘聚性好等特點(diǎn)，自問世以來便在建筑行業(yè)中大范圍地使用。近些年隨著高性能混凝土的出現(xiàn)，由于其力學(xué)性能穩(wěn)定，早期強(qiáng)度高，具有較好的韌性和體積穩(wěn)定性等性能，使得一些有難度的大跨高聳結(jié)構(gòu)得以建成［1］。與其他建筑材料一樣，混凝土結(jié)構(gòu)建筑物在建設(shè)和使用的過程中也存在著一些問題和不足，如混凝土結(jié)構(gòu)的開裂，會銹蝕鋼筋，影響建筑物的穩(wěn)定性，隨著時間的推移，很多建筑物都會出現(xiàn)表皮脫落、裂縫、坍塌等現(xiàn)象，這些都嚴(yán)重影響著建筑物的壽命。其中，裂縫是出現(xiàn)這些現(xiàn)象的源頭，其存在也是較為普遍的，當(dāng)混凝土中拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時，混凝土結(jié)構(gòu)就會開裂，產(chǎn)生裂縫［2］。新疆是溫帶大陸性氣候，夏季炎熱干旱，冬季寒冷干燥。由于新疆的這種特殊地域，通過以往的工程實(shí)踐不難發(fā)現(xiàn)，在不同溫度下澆筑的混凝土裂縫有著不同的差距，由于溫度的急劇變化，普通混凝土在如此的環(huán)境下服役，壽命降低是必然的。

長久以來，國內(nèi)外的很多專家和學(xué)者為研究混凝土的裂縫問題做了大量的試驗(yàn)研究，并在混凝土開裂機(jī)理、混凝土早期抗裂試驗(yàn)研究的方法以及抗裂措施等方面取得了顯著地成效。如王國強(qiáng)［3］用平板法，張善德［4］用圓環(huán)法對單摻鋰渣混凝土在常溫(20±3)℃下的早期抗裂進(jìn)行了研究。針對新疆而言溫度也影響著混凝土的裂縫，因此，本文針對新疆的特殊地理區(qū)域氣候干燥，利用刀口法選取兩個特殊溫度20℃和30℃，對單摻鋰渣高性能混凝土早期抗裂進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

水泥:P.O 42.5R級水泥，其化學(xué)成分見表1;鋰渣:烘干鋰渣，呈粉狀、淺黃白色主要化學(xué)成分見表1，物理技術(shù)指標(biāo)見表2;細(xì)骨料:選擇級配良好細(xì)度模數(shù)為2.76的中砂，含泥量0.4%;粗骨料:采用級配連續(xù)，粒徑為5mm～25mm的小石;外加劑:高效減水劑。

表1 P.O 42.5R水泥與鋰渣化學(xué)成分 /%

表2 鋰渣的物理技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計

為了研究不同溫度對鋰渣高性能混凝土的早期抗裂影響，本試驗(yàn)選取了4個水膠比，分別是0.27、0.30、0.35和0.40?？紤]鋰渣的自然狀態(tài)，試驗(yàn)采用烘干原渣替代同質(zhì)量的水泥直接摻入混凝土中，鋰渣摻量定為0、10%、30%、50%和70%這5個。將試件分別至于(20±2)℃和(30±2)℃的溫度下，其余外界環(huán)境相同。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082-2009)，在保證砂率和減水劑的用量在規(guī)定范圍內(nèi)使坍落度在160mm～180mm之間，并以試件上出現(xiàn)的最大裂縫寬度和單位面積上總開裂面積來衡量混凝土的早期抗裂性能，根據(jù)規(guī)范GB/T50082-2009每組試件3個，選取3者平均值作為該組試驗(yàn)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

表3 鋰渣高性能混凝土早期抗裂試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)規(guī)范GB/T50082-2009，依照表3中的數(shù)據(jù)來安排試驗(yàn)，得到不同溫度下混凝土早期抗裂試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)參見表3。由表3中的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出:在30℃時鋰渣高性能混凝土的單位面積裂縫數(shù)目總體比20℃時要少;30℃時混凝土裂縫的平均面積比20℃時略大些。

比較表3中的數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)在每一組水膠比下，單摻鋰渣混凝土的單位面積總開裂面積在摻量為30%時最小。

單摻鋰渣高性能混凝土在不同溫度時表現(xiàn)不同的原因如下:(1)鋰渣中含有較高的CaO，其活性也較高，且含有較高的SO3，CaO、SO3都參與水泥的水化反應(yīng)，并與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣(Ca(OH)2)反應(yīng)生成具有微膨脹性的二水石膏(CaSO4·2H2O)，同時石膏能夠與水化鋁酸鈣(3CaO·Al2O3·6H2O)反應(yīng)生成高硫型水化硫鋁酸鈣(鈣礬石3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)。由于石膏和高硫型水化硫鋁酸鈣具有膨脹性，其微膨脹性對減少混凝土的自收縮起一定作用，因而可以提高鋰渣混凝土的早期抗裂性能。(2)鋰渣屬于多孔結(jié)構(gòu)且吸水率較高的材料，高溫時混凝土表面的水分遺失得較快，隨著表面水分的遺失混凝土表面的部分水分由其內(nèi)部的自由水和毛細(xì)孔水來補(bǔ)充，更加快了混凝土的自收縮。高溫時的開裂時間也就因此提前，水泥在水化過程中產(chǎn)生的水化熱可以從裂縫中得到釋放，這就降低了因水化反應(yīng)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，減少了裂縫的數(shù)目，卻加大了裂縫的寬度，使得在高溫下的混凝土單位面積總開裂面積大于低溫時。

3 討論

王國強(qiáng)［3］將比表面積為 400m2/kg、550m2/kg、770m2/kg、950m2/kg、1080m2/kg、1280m2/kg 的鋰渣等質(zhì)量代替水泥摻入混凝土中，發(fā)現(xiàn)隨著鋰渣比表面積的增加混凝土的早期抗裂效果也越來越差。將王國強(qiáng)的試驗(yàn)與此次試驗(yàn)對比可以發(fā)現(xiàn)，除鋰渣摻量和外界溫度不同對混凝土的早期抗裂性有影響外，當(dāng)鋰渣細(xì)度不同時對混凝土的早期抗裂性也有影響。隨著鋰渣細(xì)度的增大，鋰渣中的SO3在攪拌過程中更易溶解出來，參加水泥水化反應(yīng)，增加裂縫的開裂數(shù)目、開裂總面積、最大裂縫寬度、總開裂長度，影響混凝土的早期開裂較為明顯，對混凝土的耐久性影響較大。在原鋰渣細(xì)度對早期鋰渣混凝土的開裂在一定摻量范圍內(nèi)可以有效控制混凝土的開裂，而增加鋰渣細(xì)度可以更快的增強(qiáng)鋰渣混凝土的早期強(qiáng)度。

4 結(jié)論

(1)鋰渣摻量在30%時，可以延緩混凝土的早期收縮，降低混凝土早期開裂的總面積、開裂數(shù)目、開裂長度、最大裂寬等。鋰渣參與水泥早期水化反應(yīng)，并生成具有膨脹性的石膏和鈣礬石，可以延緩高性能混凝土的早期塑性收縮。

(2)鋰渣對混凝土的早期抗裂性能的影響不僅表現(xiàn)在鋰渣的摻量和外界溫度上，鋰渣的細(xì)度也會影響混凝土的早期抗裂性能。

(3)在不同溫度，同一水膠比摻量為30%時的混凝土開裂面積達(dá)到最小，且隨著鋰渣的摻量的增加裂縫的面積越大呈增長趨勢，說明單摻鋰渣最優(yōu)為30%。

(4)在高溫狀態(tài)下素混凝土最大裂寬比低溫時最大裂寬大17.0%，鋰渣混凝土的最大裂寬比低溫時最大裂寬大3.8%，由此不難看出在高溫季節(jié)鋰渣混凝土在30℃以內(nèi)可以施工，溫度對鋰渣混凝土的耐久性影響不是很明顯。

［1］ 張?zhí)m芳.高性能鋰渣混凝土的試驗(yàn)研究［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2007，(6):876-880

［2］ 楊恒陽.鋰渣-粉煤灰高性能混凝土早期抗裂機(jī)理研究［J］粉煤灰綜合利用，2013，(4):3-5.

［3］ 王國強(qiáng)，努爾開力·依孜特羅甫，侍克斌，等.鋰渣細(xì)度對鋰渣混凝土早期抗裂性能影響及分形評價［J］粉煤灰綜合利用，2010，(05):23-25.

［4］ 張善德.鋰渣高性能混凝土強(qiáng)度預(yù)測及圓環(huán)法早期抗裂性試驗(yàn)研究［D］新疆:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，2011

［5］ WU Fu-fei，SHI Ke-bin，DONG Shuang-kuai.Properties and Microstructure of HPC with Lithium-slag and Fly ash［J］.Key Engineering Materials.2014(599):70-73.

［6］ Guo-qiang WANG，Ke-bin SHI，Yi-xiong GE.Study On Crack Resistance of High Performance Concrete with Lithium-slag［C］.Lushan，ICETCE，2011，vol6:6746-6749.