不同水胶比混凝土的收缩性能研究

第２ｌ卷第２期　西南科技大学学报　Ｖ０１．２１　Ｎｏ．２　２０ｏ６年６月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｅ］　Ｊｕｎｅ　２００６　不同水胶比混凝土的收缩性能研究　刘涛谭克锋　（西南科技大学材料科学与工程学院四川绵阳　６２１０１０）　摘要：实验研究了不同水胶比的混凝土干缩性能及自收缩性能。结果表明，水胶比越低，混凝土的自收缩越大。高　性能混凝土具有严重的自收缩现象。但整体的干缩与普通？昆凝土相似。高水胶比混凝土的自收缩可以忽略不计。　掺入硅灰将增大高性能混凝土的自收缩。　关键词：高性能混凝土干缩自收缩　中图分类号：ＴＵ５２８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—８７５５（２００６）０２—００１１—０４　Ｓｅｌｆ　Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ、）ｌ，ｉｔｈ　Ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｗａｔｅｒ　ｔｏ　Ｂｉｎｄｅｒ　Ｒａｔｉｏｓ　ＬＩＵ　Ｔａｏ．ＴＡＮ　Ｋｅ．ｆｅｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｍｉａｎｙａｎｇ　６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ￣Ｔｈｅ　ｄｒｙｉｎｇ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ａｎｄ　ｓｅｌｆ—ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗａｔｅｒ　ｔｏ　ｂｉｎｄｅｒ　ｒａｔｉｏｓ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ｆｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｌｆ—ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｔｏ　ｂｉｎｄｅｒ　ｒａｔｉｏ．　Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｌｙｎａｎｃｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＨＰＣ）ｈａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｅｓｌｆ—ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ　ｈｔｅ　ｔｏｔａｌ　ｄｒｙｉｎｇ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｏｆ　ＨＰＣ　ｉｓ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｔｏ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｃｏｎ—　ｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ　ｓｅｌｆ—ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｔｏ　ｂｉｎｄｅｒ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　ｎｅｇｌｉｇｉｂｌｅ．Ｔｈｅ　ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｌｉｃａ　ｆｕｍｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｔｈｅ　ｓｅｌｆ—ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｏｆ　ＨＰＣ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ￣ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｄｒｙｉｎｇ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ；ｓｅｌｆ—ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　收缩是混凝土一项重要的性质，收缩对混凝土结构及性能造成的不良影响也是有目共睹的，例如收缩可　导致混凝土的开裂，可能使结构承载力下降、混凝土或钢筋腐蚀以及某些功能的弱化或丧失；在钢管混凝土　中，收缩可导致钢管与混凝土的剥离，影响整体工作性能，并影响梁柱节点的连接。　对混凝土干缩性能，已有成熟的研究报道，并有现成的经验公式来进行相关参数计算，对高性能混凝土　来说，因其水灰比很低，一般在０．３０以下，所含水量远远不能满足水泥水化所需的水量（水泥完全水化所需　的水量为水灰比０．４１左右），因此高性能混凝土除干缩外，因水化耗水引起的自我干缩及由此引起的自收　缩现象也是十分严重的。在进行某些结构设计时，尤其是采用钢管混凝土结构，了解高性能混凝土的自收缩　现象是十分必要的。对高性能混凝土的自收缩性能，很少见到研究报导。本文报道了高性能混凝土自收缩　性能的研究结果。　１　试件准备　为观察水灰比和矿物掺合料对混凝土收缩性能的影响，共选用６个配合比（见表１）。混凝土搅拌后，注　收稿日期：２００６—０４—０７　基金项目：国家自然科学基金资助项目（项目编号：５９３３８１２０）。　作者简介：刘涛（１９７９一），男，硕士研究生。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｔｚｈｙｌ＠１２６．ｏｏｍ。　维普资讯 http://www.cqvip.com

１２　西南科技大学学报　人１００　ｍｍ　Ｘ１００　ｍｍ×５１５　ｍｍ的干缩试模中。在实验室净置２４　ｈ后，拆模，移人标准养护室养护１　ｄ，然后　取出，用于自收缩实验的试件待表面干燥后，安装测头，裹蜡密封，再用塑料纸包裹密封，以确保混凝土中的　水分不会蒸发、散失，然后移人２０±２　ｏＣ、相对湿度６０％±５％的恒温室中；用于干缩实验的试件待表面干　燥、安装测头后，移人同一恒温室中。按预定的龄期用测微器测量长度，混凝土的自收缩值按下式计算：　（Ｌ０一　）／　６　＝式中：　一实验龄期为ｔ时的混凝土收缩值；　一试件的测量标距；　。一试件的初始长度；　一实验期为　ｔ时的试件长度。　２测试结果及分析　表１混凝土配合比和２８　ｄ抗压强度　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｉｘｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｆｔｅｒ　ｈｅａｌｉｎｇ　ｆｏｒ　２８　ｄ　低水灰比的混凝土因水泥水化耗水而引起内　部高燥，使混凝土内相对湿度降低，从而引起混凝　土的自收缩。因此可以提高测定混凝土内相对湿　度的方法来确定混凝土内高燥情况。根据美国　ＡＳＴＭ标准　Ｊ，混凝土内相对湿度的测定方法是　在混凝土中预埋一塑料管，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。已有研究者对不同混凝土内的相对湿度进　行过测试和研究　（见图ｌ一３）。　１．２　１　０．８　４　０．２　Ｏ　水胶比　图ｌ密封条件下混凝土相对湿度随龄期变化情况　Ｆｉｇ．１　Ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ａｔ　ｓｅａｌｅｄ　ｃｕｒｉｎｇ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｇｅ　１．２　１　Ｏ・８　Ｏ．６　盔０．４　０．２　Ｏ　水胶比　图２空气养护条件下混凝土相对湿度随龄期变化情况　Ｆｉｇ．２　Ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ａｔ　ａｉｒ　ｃｕｒｉｎｇ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｇｅ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　刘涛，等：不同水胶比混凝土的收缩性能研究　ｌ３　由图１可见，在密封条件下，即与外界无水分交换的条件下，ｗ／ｃ＝０．２５的混凝土内的相对湿度在８０％　左右，并且其相对湿度随龄期的增加而降低，已经产生了严重的自我干燥情况。而ｗ／ｃ＝０．２４ｓ的｝昆凝土（后　缀ｓ表示掺人９％的硅灰）各龄期相对湿度更低，皆在８０％以下。这说明硅灰具有很高的活性，掺人后增加了　水化反应而降低了相对湿度。而高ｗ／ｃ的混凝土（ｗ／ｃ＝０．５８）在各龄期的相对湿度都接近１００％。空气养护　蜊茛　条件低水灰比混凝土（ｗ／ｃ＝０．２５，ｗ／ｃ＝０．２４ｓ）的相对湿度与密封养护基本持平或略低，而高水灰比的混　％　０　凝土（ｗ／ｃ＝０．５８）因干燥失水而使其相对湿度也大幅度降低，由２８　ｄ时的０．９７降到４５０　ｄ时的０．８４。　）＿Ｋ＼ｄ　姗　伽　—．．．．．．，．．．．．．—＿＿．．．．．．．．．．．．—．．．．．．．．．．．．—．．．．．．．．猢　封　养　・　水胶比　图３水中养护条件下混凝土相对湿度随龄期变化情况　Ｆｉｇ．３　Ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ａｔ　ｗａｔｅｒ　ｃｕｒｉｎｇ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｇｅ　即使在水中养护（见图３），低水灰比的｝昆凝土各龄期的相对湿度与密封养护相比，基本持平，而高水灰　比的混凝土的相对湿度都为１００％。这说明低水灰比的混凝土一旦硬化后非常密实，外界水分难以进人，内　部水分也难以蒸发，形成一种“自封闭”状态。　由以上讨论可以看出，高强或高性能混凝土因水灰比很低，因水泥水化耗水可引起较为严重的自我干燥　现象。　混凝土的自我干燥将引起自收缩，这与通常的干缩机理是相同的。通常的干缩是由于水分蒸发引起的　干缩，而自收缩是由于｝昆凝土自我干燥引起的干缩。混凝土的收缩测试结果由图４—６给出。　由图４可见，混凝土水灰比越低，自收缩越大。ｗ／ｃ＝０．２３的混凝土９０　ｄ时收缩率达４４１　Ｘ１０～。并且该　混凝土在密封养护和空气养护时收缩率无大的区别（见图５），自收缩占整个收缩的８０％以上。而水灰比　０．５０的混凝土自收缩很小，可忽略不计。掺人硅灰后使混凝土的自收缩有所提高（见图６）。这些收缩率的　测试结果与前述的相对湿度测试结果相吻合。这说明了混凝土的自收缩是由｝昆凝土的自我干燥引起的。　１４　ｄ　２８　ｄ　４５　ｄ　９０　ｄ　龄期　图４密封养护条件下混凝土的自收缩率　Ｆｉｇ．４　Ｓｅｌｆ－ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｒａｔｉｏ　ａｔ　ｓｅａｌｅｄ　ｃｕｒｉｎｇ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｇｅ　一一一ｌ＿Ｃ［＝＝　＝＝一～　维普资讯 http://www.cqvip.com

１４　西南科技大学学报　网Ｉ　＼　褂　窒　ｉ　　娉　㈣　姗伽　姗　猢　一　一　一　一　一　。　』　ｄ　龄期　纽　图５密封养护和空气养护下收缩率的比较　泥　Ｆｉｇ．５　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｒａｔｉｏｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓａｍｐｌｅｓ　ａｔ　．　匿　ｓｅａｌｃＩＩ．　ｉｎｇ　ｃｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｓａｍｐｌｅｓ　ａｔ　ａｉｒ　ｃｕｒｉｎｇ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔ一，　ｉｏｎ　ｏｆ　ａｇｅ　ｄ　Ｈ豸缓　搿缓缓缓　∞　枷　５００　４００　．｛　ｄ　Ｈ　：　０　’；：３００　－：・：－　上　：＿’．：　一．．．．．１ｌ＿＿．．．－．２ｏｏ　－．．．．－．＿＇．．．－．．１ｌ－－￡　・：－　㈣　：　¨　：÷：　－．．．．．．．．．．．．．．．．１＿．．．．．Ｏ　．．．．．．．　．．－＿４　．　。　１　ｄ　３　ｄ　７　ｄ　１４　ｄ　２８　ｄ　４５　ｄ　９０　ｄ　龄期　■ｒ　●ｒ■Ｌ●ｒ■●ｒ■Ｌ１　Ｌ●ＰＬ●ｒ■ＬｒｐＬ●ｒ●ＬＥ图６掺入硅灰对自收缩率的影响（配合比１和配合比２的比较）　　曩：＝：＝：　：：：＝《　：＝：＝：＝＝＝：＝爱茹一　Ｆｉｇ．６　Ｅｆｆ¨　ｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｉｌｉｃａ　ｆｕｍｅ　ｔｏ　ｓｅｌｆ－ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｒａｔｉｏ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｇｅ，１　ｒｅｆｅｒｓ　ｔｏ　ｓａｍｐｌｅ　Ｎｏ，１，２　ｒｅｆｅｒｓ　ｔｏ　ｓａｍｐｌｅ　Ｎｏ．２　尽管高强高性能混凝土水灰比低，自收缩大。但因其非常致密，一旦硬化后内部水分不易蒸发，外部水　分也不易进入，因蒸发失水引起干缩部分很小（图５）。因此高强高性能混凝土的收缩率等于或小于普通混　凝土［引。　３　结束语　高性能混凝土水灰比低，拌和水量远不能满足水泥水化用水，水泥水化耗水将引起较为严重的自我干燥　现象，进而引起较为严重的自收缩现象。自收缩占整个收缩的８０％以上。而高水灰比的混凝土自收缩很　小，可忽略不计。这是因为拌和用水远远超过水泥水化用水，水泥水化后仍有足够的水使混凝土内处于饱水　状态，无自我干燥现象。高性能混凝土的这一特点在结构设计时必须考虑到。尤其是采用高性能混凝土的　钢管混凝土结构。尽管钢管内的混凝土处于密封状态，与外界无水分交换，但混凝土的自收缩将引起钢管与　混凝土的剥离，可能降低套箍增强作用，同时自收缩还影响到梁柱之间的连接，影响结构的整体性能。因此，　对采用高性能混凝土的钢管混凝土结构，掺人膨胀剂以消除自收缩是十分必要的。　参考文献　［１］ＡＳＴＭ．Ｓｔａｎｄａｒｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｆｏｒ　ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，ＡＳＴＭＥ　１０４—８５［Ｓ］　Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，１９８５．　［２］Ｂ．Ｐｅｒｓｓｏｎ．Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｂａｓｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９６，３：１０７—１２３　［３］Ｄｏｎａｌｄ　Ｗ．Ｐｆｅｉｆｅｒ，ｅｔ　１ａ．Ｔｉｍｅ　ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｄｅｆｏｍｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　７０　ｓｔｏｒｙ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｍ］．ＡＣＩ　Ｄｅｔｒｌｏｔ，１９７１．１５９—１８５．