水泥净浆、砂浆及混凝土早期收缩与内部湿度发展分析.pdf

第 1 4卷第 3 期 2 0 1 1年 6月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S Vo1 1 4， No 3 J u n ， 2 0 1 1 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 2 8 7 0 6 水 泥净浆 、 砂 浆及 混凝 土早期收 缩 与 内部湿 度发展 分析 张 君 。 ， 陈浩 宇 ， 侯 东伟。 ( 1 清华大学 结构工程安全与耐久教育部重点实验室 ， 北京 1 0 0 0 8 4 ； 2 清华 大学 土木 工 程系 ， 北 京 1 0 0 0 8 4 ) 摘 要 ： 采 用早 龄期 混凝 土 变形 与 内部 湿度 测 量装 置 ， 测 量 了水 泥净 浆 、 砂 浆和 混凝 土 的 自由变形 及 内部 湿度 变化 规律 结 果显 示 ： 水 泥净 浆 、 砂 浆 和 混 凝 土 早 期 变形 均 具 有 先 膨 胀后 收 缩 的特 征 ， 膨 胀结束点之后的变形为有效变形； 3种水泥基材料的早期收缩随龄期的发展 遵循双阶段模式， 即早 期的快速发展期( 阶段 I) 和随后的缓慢发展期 ( 阶段 ) ； 在阶段 I， 3种材料 收缩差异不大， 骨料 对收缩变形的约束作用主要体现在 阶段 1 I； 最终混凝土收缩最小， 砂 浆次之 ， 水泥净浆最大 从 浇 筑 开始 ， 材 料 内部 湿度 经历早 期 的水 气饱 和 期 ( 相 对 湿 度 RH= = = 1 0 0 ) 和 随后 的湿 度 下 降期 ， 湿度 下 降的起 始 点 基 本 与 收缩 发 展 阶 段 起 始 点 相 对 应 ， 表 明阶段 的 收 缩 与 内部 湿度 下 降密 切 相 关 收 缩 变形 的双 阶段 模 式及 其 与湿度 发展 的对 应 关 系揭 示 了水 泥基 材 料 早 期 变形 机 制 由化 学减 缩控 制到 湿度控 制 的转 换过程 关 键词 ：水泥 净浆 ； 砂 浆 ； 混 凝 土 ；收缩 ；内部 湿度 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 3 0 0 1 De v e l o pme nt o f S h r i n ka g e a n d I nt e r na l M o i s t u r e i n Ce me nt Pa s t e， M o r t a r a n d Co nc r e t e a t Ea r l y Ag e ZHANG J u n ， CHEN Ha o y u ， H OUDo n g we i ( 1 Ke y La b o r a t o r y o f S t r u c t u r a l S a f t y a n d Du r a b i l i t y o f Ch i n a E d u c a t i o n Mi n i s t r y ，Ts i n g h u a Un i v e r s i t y ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 4 ，C h i n a ；2 De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Ts i n g h u a Un i v e r s i t y ，Be ij i n g 1 0 0 0 8 4 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：The d e v e l o pme nt o f f r e e de f o r ma t i o n a n d i nt e r na l moi s t ur e i n c e m e nt pa s t e，mo r t a r a nd c o nc r e t e we r e e xp e r i me n t a l l y i n ve s t i ga t e d The r e s ul t s s ho w t h a t t he de f o r ma t i on s of c e m e nt pa s t e，m o r t a r a nd c o n c e t e a t e a r l y a g e a l l e x h i b i t p l a s t i c s we l l i n g a t i n i t i a 1 s e v e r a l h o u r s a f t e r c a s t i n g a n d t h e n s h r i n k i n g wi t h a g r a d u a l l y r e d u c e d r a t e Th e e n d p o i n t o f s we l l i n g ma y b e c o r r e s p o n d i n g t o t h e t r a n s f o r ma t i o n p o i n t o f p l a s t i c s t a t e t o s o l i d s t a t e a n d t h i s p o i n t c a n b e d e f i n e d a s s e t t i n g t i me o f t h e c e me n t b a s e d ma t e r i a l s The d e v e l o p me n t o f s h r i n k a g e s t a r t i fl g f r o m s e t t i n g p o i n t o f t h e t h r e e k i n d s o f c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s e x h i b i t s a t f i r s t a f a s t d e v e l o p i n g s t a g e ( s t a g e 1)a n d i s f o l l o we d b y a r e l a t i v e l y s l o w d e v e l o p i n g s t a g e ( s t a g e ) Th e r e s t r a i n t e f f e c t o f a g g r e g a t e s o n s h r i n k a g e i s s i g n i f i c a n t o n l y i n t h e s t a g e 11I n s t a g e I a s i mi l a r s h r i n k a g e v a l u e s a r e o b s e r v e d o n t h e t h r e e k i n d s o f ma t e r i a l s Th e d e v e l o p me n t o f mo i s t u r e i n s i d e c e me n t p a s t e，mor t a r a nd c o nc r e t e c a n b e de s c r i be d a s a v ap o r s a t u r a t e d s t a ge wi t h s a t ur a t e d m o i s t ur e f ol l o we d by a s t a g e i n t h a t i n t e r n a l mo i s t u r e i s g r a d u a l l y r e d u c e d Th e s h r i n k a g e d e v e l o p e d wi t h i n s t a g e I I c a n we l l c o r r e l a t e t o t h e r e d u c t i o n o f j n t e r n a 】 m0 i s t u r e 收稿 日期 ： 2 0 1 0 一 O 1 2 5 ；修订 日期 ： 2 0 1 0 0 3 2 9 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 9 7 8 1 4 3 ) ； 国家重点基 础研究发展规划 ( 9 7 3计划) 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 O ) 第一作者 ： 张( 1 9 6 2 - ) ， 男 ， 内蒙古通辽人 ， 清华大学教授 ， 博 士生导师 ， I g E - ma i l ： j u n z t s i n g h u a e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 8 建筑材料学报 第 l 4卷 Ke y wo r d s ：c e me n t p a s t e；mo r t a r ；c o nc r e t e；s h r i n ka ge；i nt e r na l moi s t u r e 混凝土材料以其卓越的建筑性能成为 目前应用 最广、 使用最成功的结构工程材料 ， 而混凝土结构性 能的衰退直到最终退出工作均与混凝土材料开裂有 关 混凝土开裂大 多发 生在早期 ， 拆模 时就可 以看 见 开裂后沿裂缝渗入的水分将导致水泥石溶蚀 、 钢 筋锈蚀 ， 进而缩短结构 的使用寿命 工程实践表明 ， 混 凝 土结 构 的早 期 开 裂 大 多 是 由 非 荷 载 因素 引 起 的， 结构 内温度及水分变化会引发混凝土体积收缩 ， 导致结构在约束条件下产生的拉应力大于材料抗拉 强度 ， 从而 产生 开裂 尽管 目前 国内外对水泥基材料 自身收缩和干燥 收缩的研究较多l 1 。 ， 但研究重点大多是 自身收缩 的 测试方法以及材料配合 比、 矿物掺和料 、 环境温湿度 等因素对收缩 的影响 实际上， 通过综合考察水泥基 材料早期完整变形特征及其与湿度变化关系来揭示 其变 形形成 机 理 的 问题 尚未解 决 ， 同 时也 鲜 有对 水 泥净浆 、 砂浆和混凝 土的上述问题进行系列研究 的 实验数据 早龄期混凝土 由于湿度作用 引起 的收缩 是水泥浆( 硬化前) 或水泥石( 硬化后) 的收缩变形和 粗细骨料的限缩作用在宏观上的综合表现 水化开 始 ， 水泥浆体的体积变形即开始发生 完整考察其早 期变 形过程 可 以 发现 ， 早 期 水 泥 浆 体 的 变形 机 制并 非由单一主导因素控制， 而是经历了前 、 后期之间的 转变 过程 在塑 性 阶段 及 硬化之 初 ， 混凝土 收缩 变 形 主要 是化 学减 缩作用 的宏 观表 现 ， 在 这一 阶段 ， 混凝 土的内部湿度基本处于饱和状态； 随着水化和水泥 石 硬化 程度 的提 高 ， 化 学 减 缩作 用 对 混 凝 土宏 观 收 缩的贡献逐渐减小 ， 而湿度 降低 引起的毛细张力作 用逐渐成为混凝土收缩的控制 因素 ， 相应地在此 阶 段可观测到混凝土内部湿度开始下降 包括混凝土、 砂浆、 净浆在 内的水泥基材料的早龄期收缩都符合 类 似 的收缩机 制 转 换 过程 ， 其 中骨 料 的限 缩作 用 则 可能使得它们的收缩速率和收缩大小有所不同 基 于 以上认 识 ， 本 文 同步 测 量 了相 同水 胶 比 的 水泥净浆、 砂浆和混凝土 的早龄期完整变形和内部 湿度发展规律， 分析了水泥基复合材料早期变形 、 内 部水分变化与龄期 的相关关 系， 考察 了变形机制主 导因素的转变过程， 同时分析 了粗细骨料对水泥石 收缩的约束影响程度 1 试验方案 1 1 原 材料 和配 合 比 金隅牌 P 04 2 5水泥 ， 密度 3 1 g c m。 ； 破碎 石 灰石 ， 粒 径 5 2 5 mm； 天 然砂 ， 细 度模 数 2 6 4 ； 内 蒙元宝山发电厂生产 的 I级低钙灰 采用减水剂将 水 泥净浆 和砂 浆 的 流 动 度控 制 在 2 0 0 mm 左 右 ( 圆 台试模) ， 混凝土坍落度控制在 1 2 0 1 4 0 mm， 减水 剂为萘系普通减水剂 试验用水泥净浆 、 砂浆和混凝 土 的配合 比如表 1所示 表 1 水泥净 浆、 砂 浆和混凝土的配合比 T a b l e 1 M i x p r o p o r t io n s o f c e me n t p a s t e - mo r t a r a nd c o n c r e t e Mi x p r o po r t i o n ( k gm ) Ma t e r i a l m ， b Ce m e n t W a t e r S a n d S t o n e Fl y a s h Ce me n t p a s t e 0 43 1 0 3 5 5 5 5 2 5 5 M o r t a r 0 43 5 8 3 3 1 2 1 l 5 8 l 4 4 Co nc r e t e 0 43 3 4 5 1 8 5 6 8 5 l 0 9 0 8 5 1 2 混凝土自由变形与温湿度测量装置 试 验采 用 4 0 0 mm1 0 0 mm x 1 0 0 mm 的有 机 玻璃( P MMA) 试模( 见图 1 ( a ) ) 紧贴试模 四周端面 预置 可拔 出 的有 机玻 璃 薄 片 ， 厚 约 2 mm， 混凝 土浇 注完 成一段 时 间后 ， 拔 出试件 四周 的有 机玻 璃薄 片 ， 使试 件处 于无 约束 的 自由变形 状 态 ； 试 模 底 面铺 一 层 1 mm厚的聚四氟 乙烯( P TF E ) 片以减小试 件底 面 的摩 擦 阻力 混凝 土 的变 形采 用 线 性 变 形差 动传 感器测量 ， 量程 2 mm， 精度 1 m 测量时为了保证 传感器准确测得混凝土 的真实变形 ， 在混凝土试件 两个端面中心处预埋铜质测头 ， 其形状如 图 1 ( b ) 所 示 在 铜 质 测 头 的 一 侧 端 面 钻 制 直 径 2 mm， 深 约 5 mm的螺纹孔 ， 与 M 3 5 O的细螺栓配合使用 ， 并 在 有机玻 璃试 模 端板 中心 处 预 留孔 ， 试 验 时 把 细 螺 栓引出与位移传感器相接 采用数字式温湿度传感器测量混凝土内部温湿 度 湿度测量范围 0 1 0 0 0 0 ， 误差 2 3 ； 温度测 定范围 O 1 2 0， 误差 0 5 o C 试验 中传感器放 置 在 内径 1 5 mm 的 P VC管 中 以保证 其 在混凝 土 中 的准确 位置 P V C 管底 部 用 塑料 薄 片 密 封 ， 在 底 部 侧 壁切 割 出两段 宽 约 3 mm 的不 连 通 环 状 带 ， 用 于 传感器与周围混凝土的热湿交换 P VC管植入正在 浇注 的混凝土试件 中时， 为防止砂浆流入 P VC管 ， 预先在管内插入一根 比 P VC管内径略小 的钢棒 ， 混 凝土浇注约 2 h后拔出钢棒 ， 放入传感器 为了保证 传感器测得混凝土内部真实的温湿度而不受外界环 境的干扰， 在传 感器 距 触头 1 c m 高 处套 上 2个 2 mm厚的 0型橡胶圈 ， 以密封传感器与 P VC管之 间的间隙， 同时在 P V C管的管 口处用高分子密封胶 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 张君 ， 等 ： 水 泥净 浆 、 砂浆及混凝 土早期收缩与 内部湿度发展分析 2 8 9 将开 口密封 这样传感器的感应部位 只与待测 的混 凝土内部区域相接 触 ， 所测得 的温湿度数据 即为 昆 T e m p e r a t u r e& m o i s t u r e t r a n s mi t t e r 凝 土 内部该 处 的温湿 度 P VC管 底 部 预切 口的放 大 图见 图 1 ( c ) P TF E pla t e ( a ) C o n c r e t e d e f o r ma t i o n a n d i n t e rna l mo i s t u r e s e t u p C o ) C o p p e r me a s u r i n g p r o b e ( c ) S e n s o r y s e c t i o n o f t h e P VC t u b e 图 1 早龄期混凝土 自由变形与温湿度测量试验装置示意 图 F i g 1 Sc h e ma t i c o f f r e e d e f o r ma t i o n a n d i n t e r n a l mo i s t u r e me a s u r e me n t s ( s i z e ： mm) 1 3 试 件 浇注及 传 感器 安装 过程 混凝土搅拌时， 首先将粗细骨料混合 ， 然后加入 胶凝 材 料 ( 水 泥和 粉煤 灰) ， 再加 入溶 有减 水剂 的水 ， 搅拌 3 mi n 浇注前， 紧贴试模 四周端面 固定好可拔 出的有机 玻璃 薄 片 ， 然后 在 试模 内衬 一层 塑料 膜 ， 用 以密封 成型试 件 ； 再 在 试 模 两 端 面 中心孑 L 处 用 细 螺 栓和螺母 固定铜质测头 混凝土浇注完成后在振动 台微 震 至 表 面 出浆 并 抹 面 ， 植 入 P VC管 ， 深 度 5 0 mm， 然后在试件表面覆一层塑料薄膜， 以防止混 凝土 表 面 的 水 分 散 失 混 凝 土 试 件 浇 注 完 成 约 2 h 后 ， 拔 出 P VC管 中 的 钢 棒 ， 吸 干 P VC 管 底 部 的 残 浆 ， 插入温湿度传感器并密封 P VC管 口 然后拧下 固定在铜质测头上的细螺栓 ， 拔出试件 四周 的有机 玻璃薄片 ， 再将细螺栓固定好 这样在混凝土四周与 试模之间就形成 了约 2 mi D _ 的空隙， 试件处于 四周 无约束状态 最后将位移传感 器安装在试件长度方 向两侧 ， 使 其测 头顶 在从 试模 导 出的细 螺栓 头 上 测 得 的铜 质 测头水 平位 移就 是 混凝 土试 件在 长度 方 向 上 的变形 试验装置( 见图 1 ) 安装完毕后 ， 打开数据 采集系统 ， 传感器采集的变形 和温湿度数据通过数 据采集器传送到计算机记录并保存 ， 采集频率为每 1 0 mi n一次 2 结果及分析 试 验测得相同水胶 比的水泥净浆、 砂浆和混凝 土早 龄期 完整 自由变形 和 内部相 对 湿度 与龄 期 的关 系曲线见图 2 由图 2可见 ， 水泥基复合材料 的早龄 期 自由变形 表 现 为 先 膨 胀 后 收缩 的 特 征 Ka me n L 8 在超高性能纤维混凝 土、 S u l e等 和 B e n t u r等 0 _ 在普通 混凝 土 中也 同样 发现 早龄期 混凝 土有 此 变 形 特征 膨胀变形结束后收缩变形开始 水泥净浆、 砂 浆和混凝土膨胀变形结束的时间分别为 1 5 8 ， 1 2 7 和 6 5 h 根据文献 1 1 给出的基于超早龄期混凝土 变形测定的凝结时间定义 和确定方法可知， 混凝土 的凝结时间最短 ， 砂浆次之， 水 泥净浆最长 这是因 为一方面骨料的存在使得水泥基复合材料形成整体 粘接的固相体系相对容易 ， 另 一方 面骨料对 自由水 的吸附、 聚集效应在一定程度上 降低 了水泥石的含 水量， 从而使其凝结时间提前 膨胀结束点所反映的 另一意义在于 ， 它是把水 泥基 复合材料的 自由变形 划分为有效变形和非有效变形 的特征点口 水泥基 复合材料在凝 结之前 的变形 不能在结构 中产生应 力 ， 应定义为非有效变形； 凝结之后的变形在约束条 件下将在结构 内形成应力 ， 可称之为有效变形 包含 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 9 O 建筑材料学报 第 1 4卷 该膨胀结束点在内的变形曲线称为早龄期水泥基材 料 的全 变形 曲线 Ag e d f a 1 Ce me n t p a s t e ( b ) Mo r t a r 、 一 = Ag e d ( c ) C o n c r e t e 图 2 水泥净浆、 砂浆和混凝土 的自由变形与内部湿度 随龄期变化 Fi g 2 De v e l o pme nt o f f r e e d e f o r ma t i o n a n d i nt e r na l moi s t ur e wi t h a g e o f c e me n t p a s t e，mo r t a r a n d conc ret e 另外， 图 2 显示试件内部湿度随水化龄期的发展 均经过初期的水气饱和期( 相对湿度 R H一1 0 0 ) 和 随后的湿度下降期 ， 与文献 1 2 1 3 3 等研究结论相符 3种试验材料 内部湿度开始下降的时间规律为混凝 土最短 ， 砂浆次之， 净浆最长 ， 与相应的凝结时间规律 相同， 这与其内部微 观结构形成过程的差异有关 ， 同 时也与骨料对水的吸附、 聚集作用在一定程度上引起 水泥石含水量减小有关 2 8 d龄期时净浆 、 砂浆、 混凝 土的最终 RH值分别为 8 0 9 6 ， 8 4 和 7 6 ， 这同样与 粗细骨料加入所引起 的微观结构差异和骨料对水的 吸附作用有关， 同时骨料的加入也使得混凝土单位体 积含水量减小 ， 致使其 2 8 d的RH值低于相应的净浆 和砂浆 值得注意的是， 膨胀变形结束的时刻( 凝结的 时刻) 与湿度 开始 下降 的 时刻并 不 吻合 ， 后者 稍 滞后 于前者 其机理 可用材 料骨架形 成与 内部毛细孔 湿度 下降机制上 的差异来解释 图 3为净浆 、 砂浆 、 混凝 土 的有 效 收缩变 形 和 内 部相对 湿度 随龄 期 的发 展规 律 首 先 ， 有 效变 形按 净 浆、 砂浆 、 混凝土顺序依次减小 这是因为水泥基复 合材料的体积变形主要是由水泥石 的收缩引起的宏 观体积变化， 因此水泥石的体积分数( 或浆骨 比) 是 影 响材料 收缩变 形大 小 的重 要 因素 本 试验 中净 浆 、 砂浆 和 混 凝 土 的 水 泥 石 体 积 分 数 分 别 为 1 ( ) ( ) ， 0 5 6 ， 0 3 3 ， 因此其宏观体积变形体现为净浆最大 ， 砂浆 次 之 ， 混凝 土 最 小 同时 ， 加 入 的砂 石 骨料 构 成 了砂浆和混凝土材料 的骨架 ， 增强了材料的整体刚 度 ， 限制 了水泥石 收缩 ， 因此 加入 骨料 的 比例 和 骨料 的级 配 、 弹性模 量 等 也是 影 响 水 泥基 复 合 材 料宏 观 变形 的控 制性 因素 其 次 ， 水 泥基材 料 的收缩 变 形 随 龄期 的发 展均呈 双 阶段 模式 ， 即 早期 的快 速 发展 期 和 随后 的慢速 发展 期 各 阶段 内收缩 随龄 期 的 发展 近 似符合 线性关 系 ( 2 8 d以 内) ， 但 净浆 、 砂 浆 、 混凝 土 在各 阶段 的收缩 发 展 速 率并 不 相 同 如 定 义 阶段 I， 阶段 1 I( 2 8 d龄期 ) 的收缩量 、 对应 的龄期 及 收缩 发展 速率 分别 为 e ， t ， 是 和 e 。 ， t 。 ， 是 。 ( 见 图 4 ) ， 则净 浆 、 砂 浆 和混凝 土 的相应 参 数可 用 图 5表 示 不难 看 出 ： ( 1 ) 水胶 比相 同时 ， 无 论 净 浆 、 砂 浆 还 是 混 凝 土 ， 其 ， t 值相差有限， 净浆 、 砂浆 、 混凝土的 ， t 值 分别 为 2 5 01 0 ， 3 3 h ； 1 4 01 0 ， 2 8 h和 2 0 7 1 0 ， 2 5 h ( 2 ) 水胶 比相 同时 ， 净浆 、 砂浆 、 混凝 土 的 。 值相差较显 著， 净浆、 砂 浆、 混凝 土 的 e 值分 别为 1 0 9 7 1 0， 6 7 5 1 0 和 3 0 1 1 0 。 ( 3 ) 从 收缩 发展 速率上看， 净浆最大， 砂浆次之， 混凝土最小 综 可 知 ， 砂石骨料的约束作用主要体现在收缩第二阶段， 3 种材料( 净浆 、 砂浆 、 混凝 土) 在此阶段的收缩发展速 率 是 2 分别为 3 3 1 0 d ， 2 l 1 0。 d和 3 3 x 1 0。 d 水泥 基复合 材料 在第 一 阶段 的变形 主要 是化 学 减 缩在宏 观体 积 变 形 上 的表 现【 ， 其 收 缩 速 率 主 要 与水泥水化速率、 浆骨 比和骨料 的限缩作用等 因素 有关 但 由于是在早龄期 ， 材料整体刚度主要取决于 水化水泥浆体的刚度， 因此普遍较低 ， 此时骨料约束 作用不明显 ， 净浆、 砂浆、 混凝土在第一 阶段的收缩 应变大小差异并不大 水泥基复合材料从第一阶段 过渡到第二 阶段 时， 其 内在的收缩机理 由化学减缩 控制逐渐转变为由内部湿度降低引发的毛细孔张力 控制( 见下面讨论) ， 加上骨料约束作用 由于材料刚 O 4 矗 。 0 0 焉 _【 暑0 J o 口 q 0 口 0 口 商 g盘0 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 张君 ， 等 ： 水 泥净 浆 、 砂浆及混凝 土早期 收缩与内部湿度发展分析 2 9 1 度的提高而凸显 出来 ， 因此净浆 、 砂浆 、 混凝土在第 二阶段 的收缩和收缩速率依次降低 1 2 0 0 1 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 7 1 4 21 Ag e d ( a ) C e me n t p a s t e 0 7 1 4 21 Ag e d f b ) Mo r t a r 1 0 0 9 0 8 0 7 0 委 6 0 5 0 4 0 1 O 0 9 0 8 0 7 0 委 6 0 5 O 4 O 2 8 1 O O 9 0 8 0 。 受 6 0 5 O 4 0 Ag e d ( c ) C o n c r e t e 图 3 水泥净浆 、 砂浆 和混凝土 的有效收缩变形与 内部湿度 随龄期变化 Fi g 3 De v e l o p me n t o f s h r i n k a g e a n d i n t e r n a l mo i s t u r e wi t h a g e o f c e me n t pa s t e，mo r t a r a n d c o n c r e t e t 2 Ag e 图 4 水泥基材料早期收缩的双阶段模 型 Fi g 4 Two s t a ge s mo de l of s hr i n ka ge of c e me nt b a s e d c o mpo s i t e s 团 l 8 2 。 岛 。 一 Fit 。 J 、 露 一 - - 7 0 o 6 0 0 5 0 0 4 0 0 2 3 0 0 越 2 0 0 1 0 0 0 Ce m e n t pa s t e M o r t a r Co n c r e t e 图 5水泥净浆 、 砂浆 、 混凝土早期 收缩参数对 比 Fi g 5 Co mp a r i s o n o f s h r i n k a g e p a r a me t e r s o f c e me n t pa s t e，mo r t ar a nd c onc r e t e 上述分析可形成早龄期水泥基材料收缩变形 的 机制转换说 水泥从加水开始进行 的水化反应伴生 着水分的消耗、 总体体积的减小和水泥石强度 的增 加 在塑 性 阶段 和水 泥石硬 化之 初 ， 由于水 泥 基材 料 的整体刚度 由强度较低 的水泥石控制 ， 骨料 的限缩 作用不显著 ， 因此 化学减缩可以在很 大程度上反映 到宏观体积变形上 ， 形成 了水泥基材料有效收缩快 速发展的第一阶段 ， 且净浆 、 砂浆和混凝土的收缩发 展速率相当 随着水化程度和水 泥石硬化程度的提 高， 化学减缩作用对水泥基材料宏观收缩的贡献逐 渐减小直至作用甚微 ， 继而由湿度降低引起的毛细 张力作用成为收缩变形 的控制 因素， 这时水泥基材 料的 自由变形进入 收缩发展的第二阶段 ， 且湿度降 低幅度和材料整体刚度决定着收缩变形大小和收缩 发展速率 由图 3可以看出， 在 0 4 3的水胶 比下 ， 湿 度下降的起始点基本上与收缩发展的第二阶段起始 点相对应 通常湿度开始下降标志着水化反应速率 已经 大大 减小 ， 因此 化 学 减 缩 引发 宏 观 收 缩 的作用 被取代， 而第二 阶段控制收缩变形 的主导 因素开始 转变为材料 内部相对湿度 图 6为净浆 、 砂浆 、混凝 土在第 二 阶段 的 收缩 与 内部 相 对 湿度 的相 关 关 系 ， 显然它们的收缩变形值与 内部湿度的 自然对数基本 呈线性关 系， 表明二者具有 良好的因果关联性 1 n ( R I -I ) 图 6 收缩与内部湿度相关关系 Fi g 6 Re l a t i o n s h i p b e t we e n s h r i n k a g e a n d i n t e r n a l moi s t u r e 抛 咖 渤 鲫 彻 0 。 0_【o 卫 口 蛋 O O O 0 O O 加 舳 。0_ 【0 日 。 0_【 0 M 日 皇 2 O 8 6 4 。 0 _【 d 鼍 蛋口 。 0_I0 日 ) l _【 H 与 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 9 2 建筑材料学报 第 l 4卷 3 结 论 ( 1 ) 水 泥净浆 、 砂浆 和混凝 土早 期变 形均 具有 先 膨胀后收缩的特征 ； 有效收缩变形 的起始时间为早 龄期膨胀变形的结束点 ( 2 ) 水泥净浆 、 砂浆和混凝土的早期收缩随龄期 的发展 有 明显 的双 阶段 特 征 ， 即 早期 的快 速 发展 期 ( 阶段 I) 和随后的缓慢发展期( 阶段 1 I ) 在阶段 I， 3种材料的收缩大小和收缩速率差异不大 ， 并均在 浇筑后 2 4 4 0 h完成 ； 骨料对收缩变形的约束作用 主要 体现 在 阶段 ( 3 ) 从浇筑开始 ， 材料内部湿度经历早期 的水气 饱和期( R H1 0 0 ) 和随后的湿度下降期 ， 湿度下 降的起始点基本上与收缩发展的第二阶段起始点相 对 应 ( 4 ) 变形发展特征及其与湿度变化规律 的对应 关系显示早龄期水泥基材料收缩机制经历了由化学 减 缩控 制 到相对湿 度控 制 的转变 参考 文献 ： 1 2 3 4 HASHI DA H， YAMAZAKI N De f o r ma t i o n c o mp o s e d o f a n t o g e no u s s h r i n ka g e a n d t h e r m a l e x p a n s i o n d u e t o h y d r a t i o n o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e a n d s t r e s s i n r e i n f o r c e d s t r u c t u r e s C P r o c e e d i n g s o f Th i r d I n t e r n a t i o n a l Re s e a r c h S e mi n a r o n S e l f d e s i c c a t i o n i n C o n c r e t e L u n d ： E s n ， 2 0 0 2 ： 7 7 9 3 巴恒静 ， 高小建 ， 杨英姿 高性能混凝 土早期 自收缩测试 方法 研究 E J 工业建筑 ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 8 ) ： 1 4 B A He n g - j i n g ， GAO Xi a o j i a n， YANG Yi n g z i ； Re s e a r c h o n me a s u r i n g me a n s o f a u t o ge n o u s s h r i n k a g e o f high p e r f o r m a n c e c o n c r e t e a t e a r l y a g e J I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 8 )： 1 - 4 ( i n Ch i n e s e ) KOVLER K ， ZHUTOVSKY S Ov e r v i e w a n d f u t u r e t r e n d s o f s h r i n k a g e r e s e a r c h J Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 6 ， 3 9 ( 9 )： 8 2 7 8 47 高小建 ， 巴恒静 ， 马保 国 混凝土早期 自收缩 、 强度与水泥水化 率 的关系E J 3 工业建筑 ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 2 ) ： 6 4 6 7 GAO Xi a o j i a n ， B A He n g - j i n g ， MA B a o g u o T h e r e l a t i o n s h i p a mo n g c e me n t h y d r a t i o n d e gr e e， c o mp r e s s i v e s t r e n gt h a n d a n t o g e n o u s S h r i n k a g e o f c o n c r e t e a t e a r l y a g e s J I n d u s t r i a l Co n s t r u c t i o n。 2 0 0 6， 3 6 ( 2 )： 6 4 6 7 ( i n Ch i n e s e ) 5 6 7 8 9 1 0 1 1 3 1 2 1 3 1 4 田倩 ， 孙 伟 ， 缪 昌文 ， 等 高性能混 凝土 自收缩测 试方法 探讨 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 5 ， 8 ( 1 ) ： 8 5 9 2 TI AN Qi a n， S UN W e i ， MI A0 Ch a n g we n， e t a 1 S t u d y o n t he me a s ur e me n t o f a u t o g e n o u s s h r i n k a g e o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 5 ， 8 ( 1 ) ： 8 5 9 2 ( i n Ch i n e s e ) 安明酤 高性能混凝土 自收缩研究 D 北京： 清华大学， 1 9 9 9 AN M i n g z h e I nv e s t i g a t i o n o n a u t o g e n o us s h r i n k a g e o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e D B e i j i n g ： Ts i n g h u a Un i v e r s i t y ， 1 9 9 9 ( i n Ch i n e s e ) TAZ AW A E， M I YAZ