摘要:為了防止混凝土發(fā)生裂縫,許多壩工等大體積混凝土在設計中都提出抗裂要求,自生體積變形是混凝土抗裂能力的一個重要指標。為此,討論了混凝土自生體積變形的影響因素和規(guī)律,同時提出了通過摻入粉煤灰和膨脹劑來提高混凝土自生體積變形的膨脹量。
關鍵詞:混凝土;自生體積變形;抗裂性能
中圖分類號:TV698. 231 文獻標志碼:A
混凝土依靠膠凝材料自身水化引起的體積變形,稱之為自生體積變形。膨脹水泥混凝土或補償收縮混凝土的體積變形可以列入自生體積變形一類。自生體積變形主要取決于膠凝材料的性質,是在保證充分水化條件下產生的,它不同于干縮變形,與混凝土的單位用水量無關。普通水泥混凝土的自生體積變形大多為收縮,少數(shù)為膨脹,一般在- 100～100 ×10 - 6范圍內,如果以混凝土線膨脹系數(shù)為10 ×10 - 6/ ℃計,混凝土的自生體積變形較大時,相當于溫度變化數(shù)十度引起的變形,說明混凝土自生體積變形對于其抗裂性能有著不容忽視的影響。
首先對改善混凝土自生體積變形的試驗研究進行調研,在此基礎上分析了影響混凝土自生體積變形的因素,并總結混凝土自生體積變形的規(guī)律。
1 改善混凝土自生體積變形的研究
1. 1 粉煤灰和硅粉的影響
李光偉研究了粉煤灰摻量對混凝土自生體積變形的影響,其試驗結果如表1 所示:
表1 數(shù)據(jù)顯示:當齡期大于60 d ,混凝土自生體積變形的收縮值隨著粉煤灰摻量的增加而減小,這說明粉煤灰對改善混凝土自生體積變形是有益的。黃國平研究了粉煤灰和硅粉復摻對混凝土自生體積變形的影響,其試驗結果如表2 所示:
表2 數(shù)據(jù)顯示:當單摻粉煤灰30 %時,混凝土的自生體積變形表現(xiàn)為膨脹;當提高粉煤灰和硅粉的復摻摻量時,混凝土的自生體積變形表現(xiàn)為收縮。這說明硅粉的摻入將使混凝土自生體積變形的膨脹量減小。
1. 2 氧化鎂
黃緒通過研究長沙以曲拱壩延遲性微膨脹混凝土得出的試驗結果,如表3 所示:
表3 數(shù)據(jù)顯示:隨著氧化鎂摻量的增加,混凝土自生體積變形的膨脹量將提高,而且混凝土的自生體積變形的膨脹不會出現(xiàn)倒縮的現(xiàn)象,這說明氧化鎂能穩(wěn)定地提高混凝土自生體積變形的膨脹量。
1. 3 膨脹劑
膨脹劑能提高混凝土自生體積變形的膨脹量。王再芳等人復合摻入UEA 和氧化鎂膨脹劑及粉煤灰摻合料,研究混凝土的自生體積變形規(guī)律,試驗結果如表4 所示:
表4 膨脹劑與粉煤灰摻合對混凝土自生體積變形的影響
試驗結果顯示:氧化鎂能提高混凝土自生體積變形的膨脹量;混凝土自生體積變形的膨脹量隨UFA 摻量的增加而增大;當UEA 摻量較小時,復合摻入粉煤灰能提高混凝土自生體積變形膨脹量;提高UEA 摻量時,復合摻入粉煤灰混凝土自生體積變形的膨脹量將減小。這說明膨脹劑能提高混凝土自生體積變形的膨脹量,但再復合摻入粉煤灰時要注意控制其摻量。
2 混凝土自生體積變形的影響因素
分析
混凝土的自生體積變形大小主要由化學收縮和自收縮的大小決定,一切影響混凝土化學收縮和自收縮的因素都會影響自生體積變形,而混凝土化學收縮和自收縮主要來自膠凝材料的水化。
在幾種水泥礦物中,理論上C3A 水化減縮最大( - 24. 25 %) ,根據(jù)實測資料,其干縮也是比較大的。C3S 在水泥中數(shù)量最多,它水化后體積減縮5. 26 %。水化后生成托勃莫來石凝膠在很大程度上決定了水泥石的收縮。水泥石的收縮有2/ 3是由托勃莫來石凝膠造成的,有1/ 3 是C3A 水化物造成的。在成熟度高(齡期長) 的水泥漿體中,托勃莫來石的影響還會超過2/ 3。C2S 水化緩慢、含量又低,所以它對水泥漿體的收縮影響很小,C4AF 也是如此。石膏、游離CaO 和MgO
由于吸收水分,其絕對體積膨脹,并生成穩(wěn)定的結晶結構,對補償收縮有良好作用。
研究表明,影響混凝土化學收縮和自收縮的主要因素是水膠比、水泥的礦物組成、摻合料品種及其摻量、膠凝材料的細度、集料的顆粒尺寸和養(yǎng)護溫濕度等。雖然這些因素對混凝土自生體積變形的影響程度仍未形成共識,但以下一些基本的觀點是被廣泛認同的:
(1) 水泥熟料中C3A ,C3S 的含量越大,產生的化學收縮越大;
(2) 膠凝材料的細度和用量越大,產生的化學收縮越大;
(3) 低水膠比更易引發(fā)自收縮。
現(xiàn)在,為加快施工速度,縮短工期和加快模板的周轉,C3S 含量高、粉磨細度大、混合材摻量少的高早強型水泥倍受市場青睞。與此同時,為滿足混凝土設計強度等級不斷提高的要求,膠結料總用量增加及高效減水劑的使用,使得水膠比進一步降低,這都加劇了混凝土的化學收縮和自收縮。
3 混凝土自生體積變形的規(guī)律
自生體積變形有的是收縮型,有的是膨脹型,也有先縮后脹或先脹后縮的,這與水泥品種和化學成分有關。一般來說,普通水泥混凝土的自生體積變形是收縮,礦渣水泥混凝土的自生體積變形是膨脹。自生體積變形還與粉煤灰摻量有關,一般收縮型自生體積變形隨粉煤灰摻量的增加而減小。
混凝土的自變值一般在- 100 ×10 - 6 ～ 100 ×10 - 6 ,撫順礦渣大壩水泥中含MgO 含量高達4. 5 % ,3年實測自生體積變形值為膨脹100 ×10 - 6 ?？梢娝嘀蠱gO 含量越高,混凝土的膨脹量越大。
用膨脹水泥拌制的混凝土,自生體積變形較大,幾天內可達100～400 微應變。秦皇島港工混凝土自生體積變形的試驗結果表明,膨脹混凝土比普通混凝土的自生體積變形在開始時約大10 倍,但隨著齡期的增加,膨脹量減小,這種混凝土只有在水中才能維持膨脹量不減小。
4 結 語
總結了混凝土自生體積變形的影響因素和規(guī)律,同時提出了通過摻入粉煤灰和膨脹劑來提高混凝土自生體積變形的膨脹量。
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