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浅谈高性能混凝土自收缩的因素及对策

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来源:
2018/04/24 09:40
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一、自收缩产生原因 

       自收缩是混凝土在终凝后,在无外界水份交换、恒温的条件下混凝土整体结构的缩小,这也是它与干缩的区别所在,它不仅发生在混凝土表面,它还从整体均匀的发生,不管理表面还是内部。水泥和水发生作用时,二者形成的水化产物体积小于水和水泥的体积之和,当混凝土有较大的流动性时,可以缩小宏观体积,以对水泥水化产生的体积缩小进行补偿;但随着混凝土的流动性逐渐降低,混凝土就无法依靠其宏观体积的缩小再对其做出补偿,当混凝土达到一定强度时,主要依靠在内部形成空隙来补偿水泥水化产生的体积变化,当混凝土终凝后,由于其体积变化主要是由内部空隙来完成补偿的,在内部空隙形成会产生相应的毛细管张力,从而使混凝土的宏观体积出现收缩的情况。水灰比越高,混凝土内部因形成空隙而产生的毛细管张力会越小,混凝土的自收缩程度也越小;但当水灰比很低的情况下则反之。 

  二、影响自收缩的因素 

  (一)水泥 

  根据国内外科学家的实验结果证明:水泥净浆种不同,自收缩能力也不同,早强水泥和铝酸盐水泥的自收缩相对较大,如果使用低C3A和C2S或者C4AF的硅酸盐水泥,则可以降低自收缩,混凝土用低热或中热硅酸盐水泥来制备,其收缩值要远远低于曾通硅酸盐水泥。并且水泥的细度也对自收缩有一定的影响。 

  (二)外加剂 

   高效减水剂可以增大流动度,因此对于降低自收缩值有一定的作用。而干缩减少剂则可以减少百分之五十的自收缩。膨胀剂也会对自收缩产生一定的影响,但主要取决于它的种类,某些氧化钙膨胀剂可以减少自收缩;引气剂无法对混凝土自收缩产生影响。 

  (三)矿物掺合料 

  将比表面积在400m2/kg以上的矿渣掺入到水泥中,自收缩会因为掺入量的多少而增大或缩小,一般情况下掺入量越多,自收缩越大,反之则越小,一般矿渣的掺入量不得大于70%;如果将比表面积为338m2/kg的矿渣掺入到水泥中,自收缩值不会随着矿渣的量有所变化;如果将硅灰掺入到水泥中,则会增大混凝土的自收缩值,硅灰的量越多,收缩值会越大;粉煤灰掺量也会影响自收缩,只是煤灰量越大,自收缩值就越小,不过粉煤灰掺量如果超过了20%,那么对自收缩的影响就要对不那么明显;偏高岭土加入水泥中的含量超过10%,水泥浆的自动收缩值最大;经过防水处理后的粉末加入水泥中,可以减少自收缩,如果偏高岭土经过防水处理,那么在后期对自收缩的影响就消失了;但是硅质粉末经过防水处理后,还可以保持很长时间的作用效果。 

  三、高性能混凝土中抑制自收缩的对策 

  (一)优化组合混凝土料种类可以抑制自收缩 

  在选择和使用混凝土掺合料种类时,要从各方面考虑各种掺合料的碱性与酸性、惰性与活性的合理搭配和选择,以使掺合料在配合后保持适当的酸性和活性,从而避免掺合料二次水化速度过快、活性过高、造成过大的混凝土早期自收缩和二次化学收缩,同时又改善了混凝土的和易性,保证了混凝土早期强度和后期强度的良好状态。所以,生产高性能混凝土时最好不要单独使用过量的高活性掺合料,比如经过高细粉磨的矿渣;也不要单独使用酸性较强而且活性较高的掺合料,比如超细沸石粉或者硅灰等。如果一定要采用酸性较强或活性较高的掺合料时,要注定加入适量磨细的碱性和惰性的掺合料,比如可以将硅灰石尾矿粉和石灰石复合搭配使用。这些方法因为取代部分活性掺合料和水泥,胶凝材料的化学收缩幅度得到有效减少,从而也有效的降低了自收缩值;并且可以降低组成材料的亲水性,缓解了毛细孔的压力。 

  (二)控制水胶比可以抑制自收缩 

  人们对于混凝土的水胶比形成一种惯性的思维定式,即他们认为水胶比越小,混凝土毛细孔半径就越小,其耐久性也会越好。其实水胶比的控制固然不可过高,但也决不是越低越好,不能因为片面追求尽量小的毛细孔半径和片面的高强度,而忽略了保证混凝土合理的孔隙结构和足够强度的要求。在控制水胶比时既要考虑到保证混凝土的强度,也要考虑到减小自收缩值,因此在满足强度要求的前提下的最大水胶比才是相对合理的水胶比。人们普遍认为毛细孔半径越小,抗大气稳定性、抗冻性、抗渗性就越好,但是其实毛细孔小到一定程度时,即毛细孔半径小于0.1μm时,就会出现毛细孔凝结、自收缩应力增大等现象,反而影响了混凝土在大气中的抗冻性、抗大气稳定性和整体结构的抗渗性。 

  因此,在进行水胶比控制时,要尽量将混凝土中出现几率最大的孔隙控制在一定的范围内,不仅要尽量减少微细毛孔数量,增加大毛细孔和超微孔的数量,以减少混凝土的自收缩裂缝和毛细孔内部的含湿量,又要减少过粗的大毛细孔数量,以满足混凝土强度的根本需求,在遵循以上原则的基础对水胶比进行控制,从而提高混凝土的抗冻性、抗大气稳定性和抗渗性。另外需要注意的,施工方法和使用环境不同,水胶比的控制也要因料而宜,才能保证混凝土的最佳孔隙结构。 

  (三)骨料与纤维可以抑制自收缩 

  因为高性能混凝土结构中,引起自收缩的材料是水泥,所以混凝土中掺入的骨料作用机理也可以像干燥收缩一样,起到降低体系自收缩和约束水泥石变形的作用。自收缩引起骨料弹性变形对抑制水泥浆的自收缩起到一定作用,而另一方面混凝土中掺入骨料又减少了水泥浆的使用量,因此同等尺寸的混凝土和水泥浆相比,混凝土的自收缩要远远小于水泥浆,由此可见,骨料的弹性模量和体积含量大大的影响着自收缩值。通常高性能混凝土骨料体积含量越大,自收缩值就越小,同配比的混凝土也同时随着骨料弹性模量的增加而降低自收缩值。 

   纤维对于自收缩的抑制作用与骨料十分相似,它也是约束水泥石自干燥而达到降低自收缩值的目的。高弹性模量的碳纤维或钢纤维不旦可以抑制早期自收缩,对于后期体系的抑制自收缩作用也十分明显。 

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