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高性能混凝土自收缩
类别:混凝土|生产技术  日期:2012-6-12  来源:山东省散装水泥信息网  点击率:37596  打印 关闭
  上世纪80年代以来,基于混凝土技术的进步,高强高性能混凝土越来越普通地应用于各种类型的建筑结构。混凝土材料强度的提高,可以有效的降低建筑物的自重,尤其适宜高层建筑和大跨度桥梁的建造。相对于普通混凝土,使用高性能混凝土还能够减少资源的消耗,有利于可持续发展。但是,不管是在实际工程应用中,还是在试验室都发现,高性能混凝土普遍具有发生早期裂纹的趋势,混凝土结构裂纹的产生大部分是由于混凝土收缩引起的,结构荷载引起的裂缝很少。
  1.混凝土收缩种类
  在实际工程中,人们大都只关心混凝土最终的收缩,但混凝土的最终收缩实际上却包括各种原因引起的收缩。对于普通混凝土,干缩是主要的;而对于高性能混凝土,自收缩问题也不容忽视。区别不同的收缩,有助于采取相应的措施减少收缩,以防止或减少混凝土的开裂。通常,混凝土的收缩主要有以下几种:
  1.1化学收缩
  化学收缩又称水化收缩。水泥水化后,固相体积增加,但水泥—水体系的绝对体积则减小。大部分硅酸盐水泥浆体完全水化后,体积减缩总量为7%~9%。在硬化前,所增加的固相体积填充原来被水所占据的空间,使水泥石密实,而宏观体积减缩;在硬化后,则宏观体积不变而水泥—水体系减缩后形成内部空隙。因此,这种化学减缩在硬化前不影响硬化的混凝土性质,硬化后则随水灰比的不同形成不同孔隙率而影响混凝土的性质。化学收缩与水泥组成有关。对于硅酸盐水泥的每种单矿物而言,C3A水化后的体积减少量可达23%左右,是化学收缩最严重的矿物,其次分别是C4AF、C3S和C2S。从水泥品种上来讲,选用高C3A含量的水泥,对化学收缩是不利的;水泥用量上来讲,水泥用量越大,混凝土的化学收缩和孔隙总量越大。高性能混凝土的水胶比低,水化程度受到制约,故高性能混凝土的化学收缩量会比普通混凝土小。
  1.2塑性收缩
  塑性收缩发生在硬化前的塑性阶段,由它引起的开裂是工程建设阶段最常见的混凝土裂缝,一般发生在混凝土浇筑后2~10h。塑性阶段混凝土由于表面失水而产生的收缩,多见于道路、地坪和楼板等大面积的混凝土工程,并以夏季施工最为普遍。混凝土在新拌状态下,拌合物中颗粒间充满着水,如养护不足,表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时,则会造成毛细管中产生负压,使浆体产生塑性收缩。高性能混凝土的水胶比低,自由水分少,矿物掺合料对水有更高的敏感性,表面水分蒸发快,所以高性能混凝土比普通混凝土更容易产生塑性收缩变形。对于减少塑性收缩的主要措施是合理地加强混凝土的早期养护。
  1.3温度收缩
  温度收缩又称冷缩。温度收缩主要是混凝土内部温度由于水泥水化而升高,最后又冷却到环境温度时产生的收缩。其大小与混凝土的热膨胀系数、混凝土内部最高温度和降温速率等因素有关。温缩多在混凝土浇注后一周内的龄期发生。在绝热状态下,每l00kg水泥水化可使混凝土升温10℃~12℃。高性能混凝土的温升一般可达35℃~40℃,加上初始温度可使最高温度达到70℃~80℃。一般混凝土的热膨胀系数为1×10-6/℃,当温度下降20℃~25℃时造成的收缩量为(2~2.5)×10-4。因此,冷缩常引起高性能混凝土开裂。降低温升、提高混凝土抗拉强度、使用热膨胀系数降低的集料等措施有利于减少冷缩和防止开裂。
  1.4干燥收缩
  干燥收缩是指混凝土停止养护后,在不饱和的空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩,它不同于干湿交替引起的可逆收缩。影响干燥收缩主要因素有水灰比和混凝土孔隙率。高性能混凝土具有较低的水灰比,且孔隙率低,有良好的孔分布,不存在或有极少量的100nm以上的有害孔,所以它的干缩比普通混凝土小。
  1.5自收缩
  除搅拌水以外,如果在混凝土成型后不再提供任何附加水,则即使原来的水分不向环境散失,混凝土内部的水也会因水化的消耗而减少。密封的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低,称为自干燥收缩。对于高性能混凝土,由于它的水胶比很低,早期强度较高地发展会使自由水消耗较快,以至使孔体系中的相对湿度低于80%。而高性能混凝土结构较密实,外界水很难渗入补充,在这种条件下开始产生自收缩。研究表明,2个月龄期,水胶比为0.4的高性能混凝土自收缩为1×10-4;水胶比为0.3的高性能混凝土的自收缩为2×10-4;水胶比为0.17的高性能混凝土的自收缩为8×10-4。高性能混凝土的总收缩中干缩和自收缩几乎相等,水胶比越低,掺合料越细,自收缩所占比例越大。根据宫泽伸吾等的试验结果,水胶比为0.4时高性能混凝土自收缩占总收缩的40%;水胶比为0.3时自收缩占50%;水胶比为0.17(掺入硅灰10%)时自收缩占100%。高性能混凝土自收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的头几天,湿度梯度首先引发表面裂缝,随后引发内部微裂缝,若混凝土变形受到约束,则进一步产生收缩裂缝。
  1.6碳化收缩
  大气中的C02与水泥的水化物发生的碳化反应引起的收缩变形称为碳化收缩变形。碳化作用在C02浓度高、干湿交替作用的环境中发展更为显着。因此,影响碳化收缩的两个主要因素是:
  1)混凝土中Ca(OH)2的数量。充分降低Ca(OH)2的数量,无疑是对碳化收缩起到积极的作用;
  2)混凝土的密实度。如果混凝土中水胶比低,孔隙率小,且呈均匀小孔径分布,将有利于减小碳化收缩。
  由以上分析和阐述可见,与普通混凝土相比,高性能混凝土的化学收缩和干燥收缩小些,塑性收缩大些,而温度收缩和自收缩更大些,其中自收缩裂缝是影响高。
  2.自收缩的机理
  到目前为止,对于自收缩产生的真正机理学术界没有统一全面的认识。然而,较普遍的解释是自收缩与硬化水泥浆体内的孔的相对湿度存在一定的关系,通常用毛细管作用力理论解释自收缩的产生机理。
  由于水泥水化反应,水化生成物的体积小于水与未水化水泥的体积,从而在硬化体中产生空隙。当水化初期水泥浆是流态时,水泥水化程度较低,它不能支撑由化学收缩产生的浆体内部的孔隙,从而表现在外部体积的收缩。由于水泥浆体的结构疏松,水泥粒子周围充满了水,外部及周围的水分容易移动,因而,形成的空隙中充满了水。随着水化时间的不断延长,孔隙中的水不断消耗,而且结构不断致密,孔隙水的移动变得困难。当外部没有水分供给时,由于水分不足,孔隙内不能充满水,孔隙内的相对湿度也开始下降,从而在硬化体中发生自生干燥,这样就在空气与水之间形成了弯液面。由于毛细管张力的作用,水泥浆发生自收缩。
  毛细孔负压可以从拉普拉斯公式以及开尔文公式中推导出:
  式中:σ—气-液界面表面张力;θ—固-液接触角;Pc—水压力;Pv—水蒸汽压力。
  式中:V—单位物质的量的水体积;M—水的分子量;R—理想气体常数;T—绝对温度;h—相对湿度。
  对毛细孔半径大于5nm时,从拉普拉斯公式以及开尔文公式可精确地估计毛细孔效应。这些宏观定律,对相对湿度大于80%时是有效的。其中,混凝土相对湿度的测定可以根据美国ASTM标准,其方法是在混凝土中预埋一个塑料管,将相对湿度传感器放置在塑料管中,管口用橡胶圈密封,即可测出混凝土内相对湿度。
  Hua等人使用压汞仪来测定毛细孔的张力,但是该方法只能反映相互连通的孔隙体积,而实际上水泥石内部的毛细孔还有大量的间断孔隙,而且不能测出小于6nm的孔。Hua等人却将已经自干燥的孔隙全部视作相互连通的孔隙,并压入与其相等量的汞量,所测得的值偏大。Jensen通过测定相对湿度来计算毛细管张力并使用毛细管张力理论计算出浇注几天后的自收缩的变化,结果与实验值相一致。
  不过,对于水泥浆体内部的孔尺寸的分布情况,仍然没有办法得知。因而,需要有更深入的理论分析与实验研究来证明自收缩的产生机理。
  3.自收缩研究现状
  3.1自收缩影响因素
  高性能混凝土的自收缩在总收缩中所占比例较大,而且即使在100%的相对湿度下养护仍会发生。混凝土自收缩的根源是水泥凝结硬化后的继续水化,条件是混凝土内部密实而水分迁移困难。因此,凡是加速密实混凝土中水泥水化的因素都能促进混凝土的自收缩。对其它收缩起抑制作用的集料和固体颗粒,对混凝土的自收缩也有抑制作用。根据现有文献报道,高性能混凝土自收缩受到多种因素的影响,如水胶比、水泥类型及水泥细度、掺合料、养护方法、养护温度、外加剂、骨料以及纤维等。
  3.1.1水胶比
  国内谢丽等在常温下分别对水灰比为0.50,0.45,0.40,0.35,0.30的混凝土进行自收缩应变实验,发现自收缩应变随着水灰比的减小而增大,而且早期自收缩应变增长率随着水灰比的较小而增大。水灰比的改变将导致混凝土弹性模量和强度的变化,水灰比越低,弹性模量和强度越高。根据Aitcin等人的研究表明,水胶比高于0.42时,混凝土自收缩不会高,但是水胶比低于0.42时,自收缩会迅速变化,混凝土的自收缩随水胶比的降低而增加,且自收缩所占比例越大,早期自收缩的增长率也越大。新加坡的M.H. Zhang和C.T.Tam研究了普通混凝土和掺加硅粉的混凝土的自收缩实验。所研究的混凝土水灰比为0.26~0.35,硅粉的掺量为水泥重量的0%~10%。实验结果显示,自收缩是随着水灰比的降低而增加,随着硅粉的掺量增加而增加。
  综上所述,水胶比不同使混凝土有不同的密实度,影响混凝土内部空隙结构。水胶比越小,混凝土内部毛细孔越小,所占比例也越高,因此产生的毛细孔作用力越大,故自收缩越大。同时,低水胶使混凝土内部更加密实,影响内部水分的迁移,进一步加重自收缩值。有研究表明,当水胶比达到0.17时,砂浆1d的自收缩达到2500×10-615d就达到4000×106,而且继续发展。
  因此,对于高性能混凝土水胶比越低,耐久性越好的习惯思维应该有些改变。水胶比应该控制在一个适中的范围,保证高性能混凝土有足够的强度以及合理的空隙结构,而不应该片面追求尽量高的强度与尽量小的毛细孔半径尺寸。
  3.1.2水泥品种及细度
  水泥继续水化是自收缩的根本原因。凡是水化速率快的水泥,自收缩都会较大,如早强水泥、铝酸盐水泥等。硅酸盐水泥的矿物组成中,水化速率快的C3A和C4AF对自收缩的影响最大。所以,使用低热水泥或中热水泥制备的混凝土的自收缩比普通硅酸盐水泥混凝土低得多。
  研究表明水泥细度越细,早期自收缩就越大.水泥细度为557m2/kg或更高时,水泥第1d的自收缩达到1000-1200×10-6。对于矿渣水泥,矿渣细度高于400m2/kg时,随着矿渣掺量的增加到70%时,自收缩增加;而当矿渣细度为300m2/kg时,自收缩并没有增加。所以,为了减少自收缩值,水泥的细度不能太高。
  3.1.3矿物掺合料
  矿物掺合料对自收缩的影响主要与该掺合料在水泥中的反应性有关,细度、活性、结构形态等都因影响其反应性而影响混凝土的自收缩。因此,不同的掺合料有不同的表现。
  掺加粉煤灰会减小混凝土的自收缩。粉煤灰虽然是活性材料,但是在水泥浆体中的水化非常缓慢,因此在相同的水胶比条件下,用粉煤灰代替部分水泥,相当于增大了有效水灰比,从而粉煤灰可以有效降低混凝土内部的早期自收缩。后期粉煤灰的继续水化使水泥内部自干燥程度提高,但由于此时混凝土已具有较高的弹性模量和很低的徐变系数,因此其后期自收缩同早期相比小得多。粉煤灰的这种作用相当于“能量滞后释放效应”。根据吴学礼等人的研究:粉煤灰混凝土的自收缩值与时间的关系,大致呈对数函数曲线。随水胶比降低,亦即强度提高,混凝土自收缩值增大。在水胶比为0.32~0.40区间内呈线性关系。同水胶比条件下,掺加粉煤灰能有效降低混凝土的自收缩,掺量越高,降幅越大;早期(3d)降幅高于后期(90d)。
  磨细矿渣对混凝土自收缩的影响与其细度有关,通常使用与水泥细度相当的磨细矿渣时,混凝土自收缩可随矿渣掺量的增加而稍有减少。细度小于400m2/kg时,对减小混凝土自收缩有利,随矿渣掺量的增大,自收缩减小。但当细度大于400m2/kg时,矿渣活性明显提高,引起自收缩增大,混凝土自收缩随其掺量的增大而增大。张树青等人的研究也表明了,与普通矿粉(422m2/kg)相比,同条件下的超细矿粉(730m2/kg)混凝土早期(3d)自收缩显着增加,对早期抗裂性不利。但是,矿渣水泥对自收缩的影响有不同的试验结果:田泽荣一认为,矿渣水泥配制的水泥浆(水胶比0.3),其早期自收缩很小,但是后期增加很快;我国的关英俊则认为,用矿渣500号水泥配制的混凝土不仅不产生自收缩,反而会产生体积膨胀现象。
  硅灰由于其超细的颗粒和很高的活性,可使混凝土的自收缩增加,水胶比很低时更加明显。有研究表明,水泥净浆的自收缩在硅粉掺量为0~20%范围内,随硅粉掺量的增加而增大。水胶比为0.23的水泥净浆在硅粉掺量为10%时,28d的自收缩值约为空白净浆的3倍。由于硅灰的表面积又很大,会导致硅灰与搅拌水很快的结合。加速了水泥石中的孔隙空间的缺水与内部相对湿度的降低,从而增大了自收缩。
  3.1.4养护温度的影响
  由于环境温度对水泥水化的影响,不同温度下的高强、高性能混凝土内部结构的形成和发展各异,与之密切相关的自收缩特性也不同。
  O.M.Jensen等认为提高养护温度可明显加速混凝土早期的自收缩变形,但是,高温条件下混凝土的最终自收缩值并不比具有相同水灰比的混凝土在20℃时的自收缩值大。0.Bernard and E. Bruhwile等对分离混凝土温度变形和自收缩变形的研究中发现,环境温度变化从13℃~20℃,与温度变化从13℃~35℃相比较,在24h收缩应变变化比为10:25,而在48h收缩应变变化为15:30,可以发现比例减少,从而可以得出高温对自收缩应变早期的影响显着。荷兰的Pietro Lura等研究了全约束状态下养护温度和水泥型号对早期混凝土自收缩变形和自收缩应力的影响;研究期间表明更高的温度并不会导致更大的变形,但是导致更快的应变发展和应力发展。
  3.1.5集料
  集料因其弹性模量大于水泥浆体的弹性模量,故在混凝土中起限制变形的作用。集料用量的增加对混凝土自收缩的控制作用随龄期的发展而显着,而且与集料品种有关。不同品种粗集料对收缩抵抗性从大到小排序为:石灰石大于安山岩大于砂岩。使用石灰石为粗集料的混凝土与使用砂岩的混凝土相比,收缩率可以降低20%~30%。
  3.1.6外部约束的影响
  M.Sule等的自收缩应力的研究表明在相同的钢筋配筋率下不同钢筋配置得到相同的应力发展规律。实验水灰比为0.3,养护温度为恒温20℃,在早期,1.34%配筋率的构件应变变化比3.27%的构件应变变化大,在24~72h之间很难区分两者的大小,钢筋配筋率对约束收缩影响较小。
  3.1.7其他因素
  养护温度和湿度、外加剂、试件尺寸等因素都影响混凝土和砂浆的自收缩。配合比相同时,密封养护的比暴露的自收缩小,水养护的比密封养护的自收缩小。掺入超塑化剂后,不同品种超塑化剂的效果稍有差别,但都可使混凝土自收缩减小,并随掺量的增加而减小。掺入收缩抑制剂可有效地减小混凝土自收缩;掺入膨胀剂时,可由于早期的膨胀而补偿自收缩,比掺入收缩抑制剂时自收缩更小,但膨胀结束后自收缩的速率和空白养护的一致。
  3.2.自收缩的试验评价方法
  3.2.1自收缩测量应注意的问题
  高性能混凝土的自收缩测定不仅需要精确的量测方法,而目需要从初凝即开始测定,另外还需要保证被测试体系(试件)与外界无水分交换,因此给测试工作带来了很大的难度。目前,对于高性能混凝土自收缩的测量,世界各国都无统一标准可依,不同学者根据实际条件采用不同的方法。所选取的基准或是从初凝(或终凝)时开始测量,或是从成型1d龄期时开始测量,通常国内绝大多数研究者都是从混凝土成型后1d时开始测量。而高性能混凝土大部分的自收缩发生在早期,这时混凝上抗裂性差,往往会因早期自收缩大而产生微裂纹。因此,对高性能混凝土早期自收缩的测量可能比随后测到的收缩更为重要。主要采用试验方法有:a.千分表法:两端预埋测头测量等;b.传感器法:LVDT传感器、电容式传感器、非接触感应式位移传感器、线振仪、埋入式应变计等;c.光学测量法:激光测量仪、光学显微测量仪;d.体积法:测量体积变化。这些测量方法各有各的特点和适用条件,但通常情况下千分表法与传感器法采用得较多。这是由于千分表法测量自收缩具有操作简单、投资少;而传感器法测量精度高,人为误差小,通常能连续自动记录。
  同时应注意混凝土的自收缩在体积变化中并不是单独出现,因此在测量过程中排除其他引素对自收缩测量的干扰对提高测量的佳确性尤为重要。为此应注意以下几点:
  (1)混凝土自收缩是在恒温和绝湿条件下测定的,测量时要确保恒定室温,且成型试模应采用密闭式。测量早期自收缩时试模均不能拆除,以避免拆模对早期混凝土的损伤,由此还必击考虑成型后试件的密闭性及试模对混凝土表面产生的约束力。聚四氟乙烯材料在固体材料中具有最小的摩擦系数,可用作试模的内衬板,用柔性的聚氯乙烯塑料薄膜做成最里面的一层密封,又可以降低混凝土对衬板的吸附,从而有效降低试模对早期混凝土的约束力。
  (2)必须消除温度变形引起的干扰。这种因温度升降而引起的胀缩取决于温度变化量和混凝土的线膨胀系数,所以测试自收缩的同时,需同步测定混凝土试件在相同条件下内部的温度变化。要注意的是,在水泥水化加速期(即混凝土处于温升阶段)会引起体积膨胀,可以补偿一部分自收缩。
  (3)泌水对早期自收缩测试的影响。对于一些高性能混凝土而言,掺入超塑化剂获得良好工作性能的同时可能也带来了泌水的趋势,这对早期自收缩的测定带来影响。但有关泌水对自收缩的影响有待进一步研究。
  高性能混凝土自收缩的测量方法现在基本上没有一个标准的试验方法,很多研究者都是基于以上试验应注意的事项以及试验基本原理而展开。参考国内外文献,对于混凝土自收缩的测量方法大体分为两种:一种是测量试件的体积变化率,另一种就是测量试件的长度变化率。
   3.2.2长度变化率测试法
  现在较为普遍的自收缩测定方法的在一个密闭的空间内测量混凝土的长度变化率。其基本原理则是参考日本的《自收缩研究委员会报告书》中有关测量混凝土自收缩的规范。
  在日本规范中,其测量长度变化的是千分表。然后国内外学者在其基础上运用了新的科技成果,采用诸如埋入式电阻应变计、电位器式传感器LVDT、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式位移传感器、激光位移传感器等。并同时运用转换器等元件,将这些长度变化信号连接计算机,让其自动处理数据,使测量的精度大幅提高。虽然装置的科技元素得到提高,但是对于自收缩的测试原理没有发生改变。
  3.2.3体积变化率测试法
  对于体积变化率测试法,通常是将水泥浆体注入到一个有韧性的容器中,并将其浸入到水中,通过测试沉浸试件重量的变化来计算出试件体积的变化率。例如,Morin等人就用该方法测试混凝土自收缩,即将新拌混凝土浇注到一个细长的乳胶容器中,并在一个有刻度的吊钩下悬挂着,浸渍于20℃的水浴中。其中,乳胶膜的韧性能允许其能够随着水泥浆体积的变化而变化。然后,每一分钟测一次重量,再通过重量的变化计算出体积的变化。该方法的优点就是浇注后可以立即开始测试。但是,该方法也有其缺点,即由于水泥浆体表面泌水或混入空气的原因,使水泥浆与乳胶容器之间的接触不稳定。同时,在其水化过程中,水将被吸进水泥浆体中,这会产生化学收缩并且内部体积的减少将被错误地看成是外部体积的减少,且化学收缩比自收缩大。因此,所测出的数据偏大。
  目前,也有研究人员使用排液法直接读出水泥浆体的体积变化数值。如国内的鲍光玉等人提出了密封试样细管排液的体积变形测定方法。该方法可实时准确地测出水泥石及混凝土的变形,其基本原理是:置于装水容器中的密封试样,其体积的变化将导致引出细管液面的高度发生变化,因此由液面高度变化而计算得到的液体体积变化即为试样的体积变化值。细管直径越小,试样体积越大,所测得精度就越高。但水泥石泌水对该试验影响显着。并且,在密封试样中测定水泥基胶凝材料的早期体积变形时,被重新吸进水泥石的泌水阻碍了早期的自收缩。当泌水被消耗完毕后,自收缩将大量发生。对于水灰比0.30的水泥石,在24 h时,浆体的泌水已被完全吸收,之前观测的收缩数据以化学收缩为主;24 h后,水泥不断水化,消耗着毛细孔中的水,而水泥石内部毛细孔中的水得不到补充,此时的体积变形数据以自收缩为主。所以,该方法仍然测不出水泥石1d之内的自收缩值。
  3.2.4其他方法
  为了综合体积变化率法和长度变化率法的优点,Jensen和Hansen建议用一种褶皱的模具。在凝结之前,该模具事实上将体积变形转变成了线性变形,同时,也可以在硬化之前开始测量试件的线性长度。其原因是半径方向上的刚度比长度方向上的大。而且,该测试方法也避免了试件的脱模,能够保证试件的密封性良好。国内管娟也在其研究中采用了类似的方法进行混凝土自收缩的测量,只是在其基础上稍加做了改进。
  此外,有研究人员使用了双模具测试试件的自收缩,即参考日本的《自收缩研究委员会报告书》中有关测量混凝土自收缩装置。将厚度为1mm的特富隆塑料板材,压制成标准的收缩试模形状,成型时预先放置在试模内部,浇筑成型完毕放置于恒温室内,待初凝后拆模,由于采用了特富隆衬板而有效避免了拆模对早期仍然脆弱的混凝土试件的损伤,而且特富隆衬板对成型的混凝土试件的约束可以忽略,所以该方法也可以从初凝开始测试。
  综上所述,对于高性能混凝土的自收缩测试方法有待于进一步改进,以便减少一些外来因素的干扰。
  4.自收缩改善措施
  4.1自养护法抑制高性能混凝土自收缩
  自养护指混凝土硬化过程,构成混凝土的某组分将其内部“储存”的水分供给未水化水泥颗粒或活性矿物掺和料,使混凝土继续水化硬化的作用。理论上轻质多孔集料和多孔活性掺合料具有自养护作用。
  日前常用的多孔陶粒等轻质材料浸水饱和后作为骨料掺入到混凝土中,在不影响混凝土拌和物的流动性的基础上,将其内部粗大孔隙(与水泥石内部孔隙相比)中的的水分供给水泥石体系,一方面促进胶凝材料的进一步水化,另一方面可减少因水化引起的内部湿度的降低作用。对于混凝土强度要求较高的高性能混凝土,浸水多孔骨料与普通砂石骨料按一定的比例掺入,在保证强度的条件下,抑制体系的部分自收缩。
  沸石粉等多孔活性掺合料内部含有大量的微孔,在有水的条件下可吸附大量的水分。因此浸水饱和的沸石粉作为掺和料掺入到高性能混凝土内,通过沸石粉自身的活性参加水化反应,将其内部的水分释放出沸石粉的高活性一般不降低混凝土的强度。
  4.2掺入粉煤灰
  混凝土的自收缩大小主要取决于水泥石内部自干燥程度,水泥石的弹性模量及徐变系数。混凝土的早期(初凝至1d)弹性模量低、徐变系数大,因此自干燥速度是决定早期自收缩的主要因素。粉煤灰虽然是活性混合材料,但是在水泥浆体系中的水化非常缓慢。因此在相同的水胶比条件下,用粉煤灰替代部分水泥,相当于增大早期有效水灰比。因此粉煤灰可降低混凝土内部的早期自干燥速度,显着降低早期自收缩。
  安明喆研究表明,水胶比为0.29、胶凝材料用量为550kg/ m3、粉煤灰掺量分别为0%,10% ,20%、30%的高性能混凝土,28d的自收缩分别为273 x10-6、220x10-6、163x10-6、151x10-6,可见自收缩随粉煤灰掺量的增加而降低。试验发现粉煤灰对早期自收缩的降低作用更为明显,1d的自收缩分别为211x10-6、140x10-6、71x10-6、44x10-6。
  惠荣炎等进行的掺粉煤灰水工混凝土的自身收缩测定结果也表明,自身收缩随粉煤灰掺量的增加而降低。
  李家和等研究了硅灰、磨细矿渣、磨细粉煤灰三种掺合料对高性能混凝土自收缩的影响,研究结果表明:硅灰和磨细矿渣粉增大了高性能混凝土3d前的自收缩值,而磨细粉煤灰降低了高性能混凝土3d前的自收缩值。
  4.3掺入合理外加剂
  有机收缩低减剂原用来降低混凝土的十燥收缩。其作用机理是通过降低混凝土内部水表面张力的方法减小干燥收缩。从理论上完全可以用它来减小混凝土
  的自收缩。常见的有机收缩低减剂有丁醇、聚乙二醇、聚醚、低级乙醇环氧化物的衍生物等。安明喆在文章中指出:环氧化物系列收缩低减剂可以有效地抑制水泥净浆的自收缩,而且自收缩的减少率与表面张力的减少率大致相同。
  膨胀剂与水分反应过程体系的宏观体积发生膨胀。利用这种膨胀作用可补偿混凝土体系产生的部分自收缩。膨胀剂按膨胀源可分为钙矶石类和石灰系列膨胀剂等。这两种膨胀剂在水泥浆体系中反应速度较快,早期具有较好的补偿收缩作用,但是后期膨胀剂的膨胀作用并不明显,而目早期其水化膨胀过程消耗大量的水分,因此后期仍产生自收缩。
  4.4骨料或纤维对自收缩的抑制作用
  高性能混凝土中引起自收缩的组分是水泥石,因此混凝土中存在的骨料,约束水泥石的变形,降低体系的自收缩,其作用机理和干燥收缩相同。一方面骨料的掺入相对来说降低了水泥浆用量,另一方面自收缩引起的骨料弹性变形反过来抑制水泥浆的自收缩,因此混凝土的自收缩小于同尺寸水泥浆的自收缩。由此可知骨料的体积含量与弹性模量对自收缩的影响很大。一般情况下高性能混凝土的自收缩均随骨料体积含量的增加而减小,并且同配比的混凝土其自收缩随骨料弹性模量的增加而减少。由此可见,高性能混凝土满足高工作性与高耐久性的条件下,尽量降低胶凝材料用量,增加骨料的掺量,在有条件的情况下选用弹性模量相对较大的骨料,可以减少混凝土的自收缩。
  纤维对高性能混凝土自收缩的抑制作用也类似骨料,通过对水泥石自干燥变形的约束作用减少自收缩。考虑到高性能混凝土的自收缩早期(初凝至1d)很大,而此时水泥石尚无很高的弹性模量,因此采用低弹性模量的聚合物纤维也可以有效抑制早期自收缩。高弹性模量的钢纤维或碳纤维不仅可以有效抑制早期自收缩,还有利于克服后期体系的自收缩。已有研究表明高弹性模量纤维可以抑制高性能混凝土的自收缩。有关纤维抑制自收缩方面的工作尚需要进一步深入进行。
  4.5加强早期养护
  实际施工过程早期养护对高性能混凝土自收缩的影响很大。初凝后立即养护可有效地抑制高性能混凝土的早期自收缩。刘春利[31]等人在文章中指出用钢模板、木模板、塑料模板等进行施工时,与模板相接触的混凝上面,拆模前无法供水养护,而恰恰此时产生很大的自收缩。因此浇注高性能混凝上时建议采用可带模供水养护的内衬憎水塑料绒钢模板或透水模板。它们的共同特点是模板内衬的多孔材料可吸收大量的水分,同时具有憎水性而极易释放出水分,供给混凝上养护。因此混凝上初凝后向内衬的多孔材料供应水分,达到养护模板内混凝上的目的。
  4.6其他减少自收缩的注意措施
  (1)在材料细度相近的情况下,在同样龄期时,活性较高的材料引起的自缩较大。就不同品种的水泥而言,铝酸盐水泥和早强水泥的活性较普通硅酸盐水泥人,其自缩值也较大;中热、低热水泥的活性较普通硅酸盐水泥小,其自缩值也较小。同时尽量避免使用高细度的水泥。
  (2)就使用的矿物掺合料而言,硅灰和偏高岭土均属于特细材料,其中硅灰更细一些,硅灰的自缩值应更大一些。偏高岭土中含有大量铝的氧化物,其活性远高于硅灰。因此,在10%偏高岭土取代量的情况下,普通硅酸盐水泥的水化和偏高岭土的火山灰反应能达到匹配,达到最大自缩值;而掺加硅灰时的自缩值则随其掺量的增加而增大。因此硅灰掺量不要太大,使用偏高岭土做矿物掺合料时,避免使用10%的取代量。同时有研究表明矿渣的掺入也会增大自收缩量,因此应采取合适的掺量。
  (3)在条件许可的情况下,适当加大骨料的含量以及水胶比。
  5.存在的问题
  1.目前对于混凝土的自收缩还处于对自收缩的测定和试验结果的粗略分析上,尚没有深入的理论研究。
  2.对于混凝土自收缩的测量各国均没有标准,只是依照测量混凝土收缩的相关原理而设计相关的试验装置进行测量。对自收缩试件标准尺寸,特别针对混凝土、砂浆、水泥净浆试件都没有统一的尺寸,使得各研究者的试验结果对比性差。因此,需进一步加强高性能混凝土早期自收缩的研究,建议制定专门测量早期自收缩的试验规范。
  3.混凝土自收缩测量方法不够精确。国内外混凝土自收缩的测定方法五花八门,各有利弊,但是其共同特点是保证体系与外界无水分交换。日本自收缩研究委员会提出了用千分表测定方法。森本等还尝试了用埋入式应变计测定自收缩的方法。在众多的测定方法中,日本自收缩研究委员会提出的自收缩测定方法,可以精确地测出早期(1d前)的自收缩,但是1d后由于密封材料铝薄膜的约束作用,自收缩测定结果偏小。研究新的试验方法测定最大的自收缩值是十分必要的。测试方法不仅要保证试件在恒温绝湿的条件下,避免塑性收缩、化学收缩与干缩对其值的影响,同时要保证试件的收缩不因外部因素而限制。
  4.高性能混凝土自收缩力学模型与预测模型尚不完善。需通过理论分析明确高性能混凝土自收缩的机理,从水泥石的组成、微观结构、湿度环境及力学性能等特点出发,建立高性能混凝土自收缩力学模型与预测模型:从而了解不同影响因素对自收缩的影响程度。
  5.高性能混凝土自收缩应力对混凝土结构的影响,以及对预应力混凝土结构的影响几乎空白。
  参考文献:
  [1]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土,中国铁道出版社,1999.9.
  [2]Hua C Y,  Acker P,Ehracher A. Analyses and models of the autogenous hrinkage of harding cement paste[J]. Cement and Concrete Research, 1995, 25:1457-1468.
  [3]Ahmed Loukili, Abdelhafid Khelidj, Pierre Richard. Hydration inetics, change of elative humidity and autogenous shrinkage of ultra-high-strength concrete[J].Cement and Concrete Research, 1999, 29: 577-584.
  [4]安明品,朱金锉,谭维祖.高性能混凝土的自收缩问题[J].建筑材料学报,2001,(6):159-165.
  [5]谢丽,吴胜兴,水灰比对混凝土早期收缩影响的研究[J].第23卷第1期,2007(1):55-57.
  [6]Zhang M.H. and Tam C.T.,Effect of water-to-cementitious materials ratio and silica fume on the autogenous shrinkage of concrete [J]. Cement and Concrete Research 2003 (33):1687-1694.
  [7]扬长辉,王海阳,王冲,等.混凝土的自身变形及其测定方法评述〔J7.混凝土与水泥制品,2004(1):11-14.
  [8] Ei-ichi Tazawa, Miyazawa. Influence of cement and admixture on autogenous shrinkage of cement paste[J]. Cement and Concrete Research, 1995, 25: 281-287.
  [9] K. Kohno, T. Okamoto, Y Isikawa, T. Sibata, H. Mori. Effects of artificial light      weight aggregate on autogenous shrinkage of concrete[J]. Cement and Concrete      Research, 1999, 29: 611一614.
  [10]李献,冯永民,史书山.商品混凝土产生裂缝原因及防治措施[J].混凝土,2003 (12): 63-64.
  [11]海勇,宣怀平,王重建.大掺量粉煤灰高性能混凝土的试验研究[J].粉煤灰,1998 (3):19-24.
  [12]邹建喜,李显金,迟培云.粉煤灰混凝土的变形性能研究[J].混凝土,2003( 6 ) :38-41.
  [13]吴学礼,张树青,杨全兵.粉煤灰混凝土的自收缩性能[[J].粉煤灰科学研究,2003, (6): 3-5.
  [14]张树青,杨全兵.矿粉混凝土的自收缩[[J].低温建筑技术,2004, (3): 1-3.
  [15]李家和,欧进萍,孙文博.掺合料对高性能混凝土早期自收缩的影响[J].2005(5): 9-11.
  [16]蒋家奋.浅析混凝土的自收缩[J] .混凝土与水泥制品,2001, (6): 6-7.
  [17]杨全兵.高性能混凝土的自收缩机理研究[J].硅酸盐学报,2000, (12 ) : 72-75.
  [18]Jensen 0. M., Hansen P. F.. Influence of Temperature on atuogenous Deformation and Relative Humidity Change in Hardening cement paste[J].Cement and Concrete Research.1999,29: 567-575.
  [19]Pietro Lura, Klaas van Breugel and Ippei Maruyama} Effect of curing temperature and type of cement on early-age shrinkage of high-performance concrete [J].Cement and Concrete Research 31 (2001) 1867-1872.
  [20]王东华.混凝土的收缩、开裂与对策[J].山西建筑,2002 28 (2 ): 97-98.
  [21]徐铮澄.商品混凝土裂缝的原因与防治[J].混凝土,2002 (5 ): 63-68.
  [22]Sule M. and Van Breugel K.The effect of reinforcement on early-age cracking due to autogenous shrinkage and thermal effects (J]. Cement&Concrete Composites 2004 (26):581-587.
  [23]王雪芳,郑建岚.矿物掺合料对高性能混凝土自收缩影响及计算模型研究[J].建筑结构学报,2010,31(2):94-98.
  [24] V Morin, F. Colen-Tenoudji, A.Feylessoufi,P.Richard. Evolution of the capillary      network in a reactive powder concrete during hydration process[J]. Cement and Concrete Research, 2002, 32: 1907-1914.
  [25]鲍光玉,胡晓波,王志,张竞男.水泥石体积变形试验研究[J].建筑材料学报,2004, (3): 109-112.
  [26]田倩,刘加平,缪昌文,孙伟.高精度混凝土变形自动化测试系统的实现[J] .江苏建筑,2002, (3): 42-44
  [27] 安明喆,覃维祖,朱金铨.高性能混凝上自收缩的试验研究[J].山东建材学院学报,1998, 12(SI) : 24~ 29.
  [28] 惠荣炎,黄国兴,易冰若.安康混凝上依时性变形的试验研究.见:中国水电科学研究院,编水利水电科学研究论文 集.北京:国水电科学研究院,1985.第12集(结构、材 料).
  [29]李家和,欧进萍,孙文博.掺合料对高性能混凝土早期自收缩的影响.混凝土,2002,(5).
  [30]安明喆,朱金铨,覃维祖.高性能混凝土自收缩的抑制措施[J].混凝土,2001,(5):37-41.
  [31]刘春利,乔文中,刘铁奇.早期养护对高性能混凝土自收缩的抑制作用[J].黑龙江水利科技.2002,(3):123.

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