自养护高性能混凝土的试验研究.pdf

2 0 1 0 年 第 7 期 (总 第 2 4 9 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 0 ( T o t a l N o 2 4 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 7 0 3 3 自养护高性能混凝土的试验研究 张德思 ，薛峰 ，陈会凡 ( 1 西北工业大学 ，陕西 西安 7 1 0 0 7 2 ；2 西部机 场集 团建设工程( 西安 ) 有限公 司，陕西 西安 7 1 0 0 8 2 ) 摘要： 通过正交试验， 研究了掺加自养护剂高性能混凝土在标准养护和 自 然养护条件下的2 8 d 抗压强度， 分析了配制自养护高性能 混凝土 的可行性。试验表明 ： 掺入 自养护剂后 ， 低水胶 比高性能混凝土在 自然环境下无需人工养护 ， 其 2 8 d抗压强度和相应的标 养混凝土 相同。 在高性能混凝土中掺人含水率高的预湿轻质骨料自养护剂， 可以改善混凝土的水化状态， 减少干缩应力， 节省混凝土的养护费用， 是 一 种提高高性能混凝土养护效果的新方法。 关键词 ： 高性能混凝 土 ；混凝土养护 ；自养护剂 ；抗压强度 中图分类号 ： 1 7 9 5 2 8 0 6 4 文献标 志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 1 0 2 0 2 Tes t r e s ea r c h on hi gh pe r f or ma nc e co nc r e t e wi t h au t oge nous c ur i ng ZHANG De s i ， XUE F c n g ， CHEN Hu i f a n ( 1 No a h we s t e r n P o l y t e c h n i c a l Un i v e r s i t y ， Xi an 7 1 0 0 7 2 ， C h i n a ； 2 Ch i n a We s t Ai r p o Gr o u pC o n s t r u c t i o nE n g i n e e ri n g( X i a n ) Co ， L t d ， Xi a n 7 1 0 0 8 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Byo h o g o n a l e x p e rime n t t h e2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g h so f h i g hp e r f o r ma n c e c o n c r e t eus e dp r e s o a k e dfi n el i g h twe i g h t a g g r e g a t e a s “ a u t o g e n o u s c u r i n g a g e n t ”u n d e r s t a n d a r d c u r i n g a n d n a t u r e c u ri n g we r e s t u d i e d T h e f e a s i b i l i ty o f ma d i n g h i g h p e rfo r manc e c o n c r e t e u s i n g a u t o g e n o us c u r i n g a g e n t wa s d i s c us s e d Th e r e s u l t of t e s t i n d i c a t e s ： Co mp r e s s i v e s t r e n g t h o f t he c o n c r e t e wi m a u t o g e no us c u rin g a t 2 8 d a y s u n d e r n a tu r e c n g i s a s h i gh a s u n d e r s t a n d a r d c u r i n g Au t o g e n o u s c u ri n g a g e n t C an i mp r o v e t h e h y d r a t i o n d e gre e o f c o n c r e t e 。 r e d u c e the c o mp r e s s i v e s t r e s s kv h i c h w a t e r s s u r f a c e dro p p i n g c a p i l l a r y i n c o n c r e c a u s e d a n d s e n s i t iv ity t o c r a c k i n g K e y wo r d s ： h i【gh p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ； c o n c r e t e c u r i n g ； a u t o g e n o u s c u r i n g a g e n t ； c o mp r e s s i v e r e n g h 0 引言 高性能混凝土的原材料与配合比， 决定了它的早期水化速 度快， 混凝土内部的相对湿度显著降低， 产生不可忽略的自干 燥效应， 同时伴随混凝土产生一定的收缩， 称为自收缩。混凝土 的养护条件不同， 早期强度发展也不相同。低水胶比的高性能 混凝土， 如果早期养护不充分， 不但 自干燥引起的体积收缩增 大， 早期裂缝增多， 其早期强度也因内部水分短缺， 水化反应速 率慢而大为降低。国内多数学者和工程人员在高性能混凝土的 研究和工程应用中， 都以提高混凝土外部环境的养护温湿度来 提高混凝土的早期水化程度及早期强度。通过掺加 自养护剂， 研制对外部养护条件不敏感的自养护混凝土， 国内尚少见报导。 研究生产 自养护高性能混凝土 ， 不仅对改善施工条件， 节省混 凝土养护费用， 推广高性能混凝土的应用领域和范围具有重要 意义， 也为研究减少高性能混凝土的收缩， 提供了一种新思路。 通过正交试验， 以水胶比、 自养护剂、 硅粉、 减水剂掺量为 变化因素 ， 制定方案进行试验 ， 比较标准养护和自然养护条件 下自养护高性能混凝土 2 8 d强度的异同， 探索配制自养护混凝 土的最优方案。 1 试 验研 究 1 1 试验 目的及原材料 考察水胶 比为 O 2 4 - - 0 3 3的高性能混凝土掺人 自养护剂 收稿 日期：2 0 1 0 - 0 3 - 0 3 1 0 2 后 ， 在标养及自养护即混凝土成型后不进行任何外部养护条件 下强度的变化特点， 探索制备 自养护高性能混凝土的可行性 和最佳配合 比。试验用原材料包括 ： P O 4 2 5 R级水泥、 硅粉、 HS P萘系高效减水剂、 自养护剂预湿黏土陶砂轻骨料、 卵石 、 河砂及 自来水。试验前， 自养护剂陶砂应预先浸泡 2 4 h ， 使其 充分吸水 ， 实测 2 4 h吸水率为 1 1 6 ； 试验中实际加人的水分 应扣除轻骨料的表面水。水泥及硅粉化学成分见表 1 ， 硅粉粒 级 见表 2 。 表 1 原材料的化学成分 l m 1 - 2 n 2 - 4 I L m 4 1 0 m 1 0 2 0 m 2 0 3 0 m 3 0 - 40 m 22 4 9 7 l 1 5 1 9 7 2 0 3 1 3 3 3 1 1 2正 交试验 试验固定单位用水量为 1 5 0 k g m， ， 砂率 3 2 ， 考虑水胶 比w倡、 硅粉 s F掺量、 黏土陶砂 L WA掺量及减水剂 HS P掺量 4个因素对自养护高性能混凝土的影响， 在标养( 2 0 2 )， 相 对湿度 9 5 以上和自然养护室温 2 2 3 2， 相对湿度 4 0 4 5 条件下 ， 比较混凝土的 2 8 d抗压强度 ， 以确定该混凝土对养护 条件的敏感程度。 试验各因素水平的选择见表 3 ， 其中自养护剂 表 3因素水平表 黏土陶砂 L WA的掺量采用砂、 石总体积的百分数表示 ， 硅粉用 量采用胶凝材料总质量的百分数表示， 减水剂掺量为胶凝材料 据见表 4 。试验数据分析及各因素趋势见表 5 。 由表 4可以看出： 2 8 d 抗压强度最高值为第 2组 自养护 混凝土 8 0 1 MP a 。从标养与 自养条件下的混凝土对 比可知， 有 8组( 第 2 、 5 、 6 、 8 、 1 0 、 1 1 、 1 3 、 1 4组) 自养护混凝土的2 8 d强 度高于标养混凝土， 有 5组( 第 1 、 3 、 4 、 9 、 1 2组 ) 与标养混凝土 2 8 d强度十分接近( 9 5 ) 。强度值高于或不小于标准养护强 度 9 5 的自养护混凝土组数分布在水胶比的不同水平。以上三 条说明， 低水胶比高性能混凝土加入 自养护剂， 在自然环境中 不进行人工养护， 其 2 8 d抗压强度可达到或超过标准养护条件 总量的质量百分数。试验选用 L 。 ( 4 s ) 正交表， 正交表及试验数 下的混凝土。 表 4 L ， 。 ( 4 ) 正交表及试验数据 注 ： F检验临界值 为： F o o i ( 3， 3 ) = 2 9 5 ； F ( 3 ， 3 ) = 9 2 8 ； l ( 3 ， 3 ) = 5 3 9 。 1 3 试验结果分析 由表5 可知： 对混凝土拌合物坍落度的影响主要来自H S P 萘系减水剂 ， 且随着减水剂掺量增加坍落度相应增大， 影响显 著。 影响标养混凝土强度的顺序为 A( 水胶比) 一D( 减水剂掺 量) 一B( 自养护剂掺量) 一c ( 硅粉掺量) ， 其中水胶比与减水剂 掺量对混凝土 2 8 d抗压强度的影响非常显著； 影响自养护混凝 土强度的顺序为 D ABC， 其中减水剂掺量对 2 8 d抗压强 度的影响十分显著 ， 水胶比与自养护剂的影响亦非常显著。自 养护剂仅在 自然养护条件下对强度影响显著， 这说明当混凝土 水化水分出现不足时， 自养护剂中的蓄水为混凝土提供了后备 水源， 使水化反应得以继续进行 ， 混凝土内水化产物增多， 密实度 提高， 强度增大。比较同一因素， 不同 T值不同水平指标在标准 养护和 自然养护条件下的变化情况可知 ： ( a ) z k l： L 为 0 2 4 o - 3 0 ， 自养护混凝土的强度高于标养混凝土， 水胶比为 O 3 3的自养护 混凝土强度是标养混凝土强度的9 8 。( b ) 标养混凝土随自养护 下转第 1 1 2页 l 03 表 2 不 同砂率砂浆试样应 力一 应变全曲线参数拟合结果 接近 1 ； 下降段相关系数 R除砂率为0情况外 ， 均在 0 9 4以上， 砂率为 0的砂浆试样相关系数较低是因为峰后下降段过陡造 成的。 总体分析表明， 拟合曲线和试验所得曲线吻合较好； 拟合 曲线上升段拟合结果优于下降段拟合结果。 5结 论 ( 1 ) 砂浆试样的破坏形态与砂率有关， 砂率为 0时表现为 劈裂破坏； 砂率为 2 5 时， 表现为多个共轭斜面的剪切破坏； 随 着砂率的继续增加， 表现为单斜面剪切破坏。 ( 2 ) 除砂率为 0的试样外， 随着砂率的增加 ， 砂浆试样的抗 压强度、 峰值应变和极限应变均下降； 砂率为 0的水泥净浆试 样， 峰后下降段陡降， 脆性特征最突出， 承载能力、 峰值应变和 极限应变略低于砂率为 2 5 的砂浆试样。 ( 3 ) 砂浆试样的单轴受压应力一 应变全曲线的总体形状由 上升段和下降段组成， 可分别用 2次多项式和乘幂方程式拟合。 ( 4 ) 砂率为 5 0 的砂浆试样， 能够获得较高的抗压强度， 满 足一般工程要求， 且峰后下降趋势缓和； 砂率的提高使得水泥 用量降低 ， 进而降低了工程建设成本。 ( 5 ) 单轴受压作用下 ， 水灰 比对砂浆试样力学性 能的影 响 ， 上接第 1 0 3页 剂掺量增大强度相应降低， 但掺量在2 0 3 0 时， 对强度的影响 很小 ； 自养混凝土中自养护剂掺量从 1 5 增大到2 0 ， 强度反而 有所增加， 掺量继续增大， 强度相应降低。 ( c ) 在自养混凝土中， 硅 粉在自然养护条件下增强效应比标养条件下好，硅粉掺量在1 0 增强效应最好。( d ) 减水剂掺量在 1 5 左右增强效果最明显。 综上所述， 水胶比在 O 2 4 0 3 3时配制 自养高强混凝土是完 全可行的。从强度和坍落度两方面综合考虑， 本试验的最优方 案取水胶比O 2 4 ， 自养护剂掺量 2 0 ， 硅粉掺量 1 0 ， 减水剂掺 量 1 8 ， 单位用水量 1 5 0 k g m ， 砂率 3 2 。 1 4 重 复性验证 试验 为验证上述结论的稳定性 、 可靠性 ， 取最优配合比方案进 行了 5 组重复性试 验 ， 试验结果见表 6 。 表 6 重复性试验数据 由表6 的 试验结果可知， 掺入自 养护剂可配制出 坍落度不低于 1 l O mm， 混凝土2 8 d 抗压强度达8 0 MP a 的商性能自 养护混凝土。 2结论 试验表明掺入自养护剂后， 水胶比为 0 2 4 0 3 3的低水胶比高 性能混凝土对养护环境条件的敏感l生大大降低， 在自然环境下无需 1 1 2 值得今后进一步研究。 参考文献 ： 1 丁发兴， 余志武， 欧进萍 混凝土单轴受力损伤本构模型 长安大学 学报 ： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 4 ) ： 7 0 7 3 2 黄跃平， 廖东斌 ， 李兆霞， 等 砂浆试样受压时力学响应与裂纹扩展 同步分析f J 1 东南大学学报， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 5 ) ： 1 4 7 1 5 0 3 杨剑， 方志 超高性能混凝土单轴受压应力一 应变关系研究【 J 】 混凝 土 ， 2 0 o 8 ( 7 ) ： 1 1 - 1 5 4 肖建庄， 杜江涛不同再生粗集料混凝土单轴受压应力 应变全曲线叨 建筑材料学报， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 1 ) ： 1 1 1 - 1 1 5 【 5 肖建庄再生混凝土单轴受压应力一 应变全曲线试验研究 J 同济大 学学报： 自然科学版， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 1 1 ) ： 1 4 4 5 1 4 4 9 【 6 王学滨岩样单轴拉伸应变局部化及全程应力一 应变曲线【 J 】 _ 岩石力 学与工程学报， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 增2 ) ： 5 7 8 4 5 7 8 8 【 7 】 漆鹏廷， 李兆霞 ， 黄跃平 砂浆受压变形与裂纹萌生的固有关系 岩 石力学与工程学报， 2 0 0 3 ， 2 2 ( 3 ) ： 4 2 5 4 2 8 8 L I Z X， MR O Z Z D a m a g e m o d e l f o r v i s c p l a s t i c - s o f t t n i n g b e h a v i o r ： e e - me n t p a s t e a n d e o n e r e t e j T h e o a n d A p p 1 F r a c Me c h 。 1 9 9 4 ， 2 O ( 2 ) ： 1 0 5 1 1 3 9 K a c h a n o v L M I n t r o d u c t i o n t o c o n t i n u u m d a ma g e m e c h a n i c s M Ma r t i - n u s N i j h o ff ， T h e N e t h e r l a n d s ： 【 s n 】 ， 1 9 8 6 1 O 周小平 ， 张永兴， 哈秋聆 ， 等 单轴拉伸条件下细观非均匀性岩石变 形局部化分析及其应力一 应变全过程研究【 J J 岩石力学与工程学报， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 1 ) ： 1 - 6 【 1 1 薛志刚， 胡时胜 水泥砂浆在围压下的动态力学性能 工程力学， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 1 2 ) ： 1 8 4 1 8 8 【 1 2 张永兴， 岩石力学 M 】 E 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 4 1 3 1 支 0 冬梅， 谢锦平， 周玉斌 ， 等 岩石压剪耦合破坏过程的实时监测研 究f J 岩石力学与工程学报， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 1 O ) ： 1 6 1 6 1 6 2 0 1 4 林韵梅试验岩石力学【 M 京： 煤炭工业出版社， 1 9 8 4 【 1 5 苏伟 ， 冷伍明 ， 雷金山 ， 等 岩体相似材料试验研究f J 】 土工基础 ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 5 ) ： 7 3 7 5 作者简介： 王少杰( 1 9 8 5 一 ) ， 男， 研究生， 研究方向： 混凝土结构与砌体 结构、 结构非线性分析技术。 单位地址： 山东省泰安市山东农业大学水利土木工程学院( 2 7 1 0 1 8 ) 联系电话 ： 1 3 8 5 3 8 6 1 5 2 6 人工养护， 其 2 8 d 抗压强度和相应的标养混凝土相同。 在高性能混 凝土中掺入含水率高的预湿轻质骨料自养护剂， 是一种提高低水胶 比高性能 昆 凝土养护效果的新方法。轻质骨料均匀的分散在整个 胶凝材料中， 起内部蓄水池的作用， 只要水化过程中出现水分不足， 就有湿度梯度存在， 轻骨料中的水分首先依靠毛细管吸力传送至水 泥浆体， 然后通过水蒸汽扩散作用向四周扩散， 接着是毛细冷凝作用 为水化反应供给听需水分， 从而支持水化反应继凌进行。 新的水化产 物填充混凝土中的孔隙或者是由于干燥作用产生的微裂缝， 使混凝 土对养护缺陷不再敏感， 硬化水泥浆体结构更加密实， 微裂缝更少。 由于该方法依靠混凝土骨料蓄水对混凝土自身进行养护， 形成混凝 土内部的密实结构， 因j 【 河以形象土 Ii 乓 为自 养护HP C 。 自养护商l生 能混凝土应用于工程实际中无需 人 工养护 ， 保证了混凝土质量， 节省 了混凝土的养护费用。 本试验中自养护剂的掺量以骨料 的2 0 为宜。 在实际应用中， 自 养护剂的掺量与其吸水率有一定的关系。 掺 入自养护剂的硅粉高性能混凝土， 其微观结构中附加养护水的分布 情况以及自 养护剂的养护效 参考文献 ： 1 吴中伟， 廉慧珍 高J性能混凝土 M 北京： 中国铁道出版社 ， 1 9 9 9 ： 2 6 3 2 81 【 2 李悦， 谈慕华， 张雄， 吴科如 混凝土自收缩及其研究进展 J 建筑材 料学报， 2 0 0 0 ， 3 ( 3 ) ： 2 5 2 2 5 7 【 3 】 朱金铨 ， 覃维祖 高性能混凝土的收缩问题 J 】 建筑材料学报， 2 0 0 1 ， 4 ( 2 ) ： 1 5 9 1 6 6 作者简介： 张德思( 1 9 4 5 一 ) ， 男， 博士， 教授， 从事建筑材 斗 禾 锢院 工1 乍 。 单位地址： 西安市友谊西路 1 2 7 号 西北工业大学力学与土木建筑学 院( 7 l 0 o 7 2 ) 联 系电话 ： 0 2 9 8 8 4 9 2 0 9 1