膨胀剂复合及养护对自密实混凝土收缩的影响.pdf

2 0 1 3年 第 8期 (总 第 2 8 6 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 3 ( T o ml No 2 8 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 8 0 0 2 膨胀剂复合及养护对 自密实混凝土收缩的影响 董荣珍 1 l2 ，郭 良亭 ，卫军 ( 1 中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ；2 高速铁路建造技术国家工程实验室 ，湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ) 摘要： 研究了膨胀剂复合方式及养护条件对 自密实混凝土收缩性能的影响。 采用混凝土比长仪测定 自密实混凝土收缩性能。 结果表明：膨胀剂与矿物掺合料的复合方式及养护条件显著影响 自密实混凝土的收缩变化规律。 水养护条件下膨胀剂能够有效发 挥其微膨胀补偿收缩作用 ， 矿物掺合料促进了膨胀剂对 自密实混凝土的收缩补偿作用 ； 浇水养护及 自然养护条件下 ， 自密实混凝 土未表现出膨胀特性 ， 矿物掺合料的引入对 自密实混凝土的收缩有一定的抑制作用 ； 自然养护条件下 自密实混凝土的收缩更大 ， 且矿物掺合料 的掺量存在临界值 ， 当掺量大于 3 0 时 ， 对收缩的抑制作用较弱甚至有增加收缩 的趋势。 实际应用中， 应尽量保证 湿养护， 同时严格控制矿物掺合料的用量。 关键词 ： 自密实混凝土；收缩性能 ；膨胀剂复合方式；养护条件 中图分类号： T U 5 2 8 5 3 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 0 0 5 0 3 I nf l ue nce s of expans i on agen t com pos i t e m ode and c ur i ng c ondi t i on on s el f - com pa c t i ng c onc r e t e shr i nk age DONG Ro n g z h e n1 , 2 ， GUOLi a n gt i n g ， WEI J t m ， 。 ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 ， C h i n a ； 2 Na t i o n a l E n g i n e e r i n g L a b F o r Hi g h S p e e d Ra i l wa y Co n s t r u c t i o n ， Ch a n g s h a 4 1 0 0 7 5 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e s o f e x p a n s i o n a g e n t c o mp o s i t e mo d e a n d c u r i n g c o n d i t i o n o h s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e ( S C C) s h r i n k a g e we r e s t u d i e dCo n c r e t e c o mpa r a t o r wa s u s e d t o me t e r t h e de f o r ma t i o n o f c o n c r e t e The r e s ul t s s h o we d t h a t the e x pan s i o n a ge n t c o mp os i t e mo d e s an d c u r i n g c o n d i t i o ns a ffe c t SCC s h r i nk a g e c ha r a c t e ris t i c marke d l y Ex pa ns i o n a g e n t an d c o mpo s i t e s y s t e m ma d e t h e S CC s a mpl e s e x p a n d - i ng a l o n g wi c h the t e s t t i me un d e r t he wa t e r c u r i n g c o n d i t i o ns an d the i nc o r po r a t i o n o f mi n e r a l a d mi x t u r e wa s a d v a n t a g e o u s t o the de v e l o p me n t oft h e e x p a n s i o n pr o p e r t i e s ofe x pan s i v e a g e n t I n t h e c a s e o fwa t e r i n g c o n di t i o n an d na t u r a l c u r i n g c o nd i t i o n， t he s am p l e s we r e a l - wa y s s h r i nk a g e wi t hi n t e s t t i me， b u t mi n e r a l a d mi xt u r e s h a d a g o od e ffe c t o n the s h r i nk a g e r e s i s t a n c e of c o n c r e t e Und e r na t u r a l c u rin g c o n d i t i o n。 t h e c o n t e nt o fmi n e r a l a dm i x t u r e ha d a c rit i c a l v a l ue W h e n t h e d os a g e o fmi n e r a l a dm i x t u r e wa s u p t o 30 ， e n l arg e mi ne r a l a dm i x t u r e d os a g e wo u l d n o t r e d uc e S CC s h r i nk a g e， b u t may b e i nc r e a s e s h r i nk a ge S o i n the p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f S CC， mo i s t c u r i ng wa s g n a t - an t e e a s mu c h as po s s i bl e， an d the mi ne r a l a d mi x t u r e s d o s a g e mus t be c o n trol l e d s t ric t l y Ke y w o r d s ： s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e ； s h ri nk a g e ； e x p a n s i o n a g e n t c o mp o s i t e mo d e ； c u r i n g c o n d i t i o n 0 引言 自密实混凝土作 为一种新型建筑材料 ， 因其施工便利 及对结构截面适应性强 ， 在桥梁工程领域具有广泛的应用 前景 ， 但 同时 自密实混凝土也面临着严峻的挑 战混凝 土结构开裂。 自密实混凝土材料组成特点是胶凝材料用量 大且细粉料颗粒多 、 水胶 比小 - - ， 因此 ， 自密实混凝土 的收 缩较普通混凝 土要大得多 。 如何减小收缩 ， 提高抗裂性 ， 对 扩大 自密实混凝土应用范 围， 有着重要 的实践意义。 目前常 用的解决方法为掺加膨胀剂或减缩 剂改善混凝土 的收缩 特性 ， 通过改变水泥石内毛细孑 L 干缩特性来减少收缩及掺 加具有微膨胀反应 的物质来补偿水泥石 的干缩 ， 从 而控制 水 泥石 收缩程度 ， 达到减小收缩 、 提 高抗裂 的 目的 。 但是 ， 实际应用过程， 收缩开裂问题仍不断出现， 试验室的技术 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 2 - 2 2 基金项 目：国家 自然科学基金( 5 1 2 7 8 4 9 5 ； 5 1 1 7 4 2 9 1 ) 措施在现场应用 中效果差异较大 。 分析其原 因， 主要在于组 成材料之间的匹配性及现场养护条件 的差异所致 。 因此， 本研究通过设计材料匹配合 比式及养护方式 ， 测 试 自密实混凝土长期收缩性能 ， 得到高抗裂性 自密实混凝 土配合比及合理养护方式 ， 为其工程应用提供技术措施。 1 原材料和试验 方法 1 1 原材料 水泥： 南方水泥 P 0 4 2 5 级水泥， 2 8 d 实测强度 4 9 6 MP a ， 密度 3 1 4 0 k g m3 。 碎石： 粒径 5 1 5 mm连续级配， 堆积密度 1 5 8 0 k g m 3 ， 表观密度 2 7 0 0 k g m 。 砂 ： 河砂 ， 细度模数 2 5 6 ， 堆 积密度 1 6 0 0 k g m3 ， 表观 密度 2 6 8 0 k g m 。 5 减水剂 ： H L 一 聚羧酸系减水剂， 减水率 2 5 。 膨胀剂 ： 南京特建低碱 U E A膨胀剂 ， 限制膨胀率 0 0 2 0 0 3 。 粉煤灰： 湘潭电厂 I I 级粉煤灰， 密度 2 3 2 0 k e g m ， 比表 面积 6 3 5 m2 k g 。 矿粉 ： $ 9 5 矿粉 ， 密度 2 9 0 0 k g m ， 比表面积 4 2 6 m ： k g 。 水 ： 饮用水。 1 2 试件成型及试验方 法 混凝土收缩试验参照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土 长期性 能和 耐久性试 验方法 标准 5 _及 G B 2 3 4 3 9 -2 0 0 9 混凝土膨胀剂 句 的有关规定 ， 采用混凝 土 自由收缩 比长 仪测定试件成 型至养护 6 0 d龄期时 的收缩率 。 试件尺 寸 1 0 0 mm 1 0 0 mm 5 1 5 m i l l ， 试件两端埋有铜 制测头 ， 试 件 成型条件及测试过程按标准要求进行。 1 3 养护条件 试件成型后标准养护 3 d ， 然后从养护室取 出， 立 即在 恒 温恒湿室测试其初始长度 ， 在此设计三种养护制度 ， 即 水 中养护 、 室 内浇水养护( 每天浇三次水 ) 及室内 自然养护 ( 不浇水 ) ， 按下列 时间间隔测量其 变形 计数 ： 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 9 、 l l 、 1 4 、 2 1 、 2 8 、 6 0 d 。 混凝土收缩率按下式计算 ： r r 8 s I = ( 1 ) 式中： 试验期为 t ( d ) 的混凝土收缩率， t 从测定初始 长度时算起； L 试件 的测量标距 ； 。 试件长度的初始读数， mm； L 试件在试验期为 ( d ) 时测得的长度计数 ， m l T 1 。 1 4混凝 土 试验 配合 比 试 验配合 比见 表 1 。 试 验 中矿 物掺合 料 为粉煤 灰和 矿粉按质量 比 3 ： 2 复掺 ， 掺量 水平 为 ： 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 。 2 试验 结果 与分析 2 1 水养护条件下膨胀剂复合方式对试件收缩性 能的影 响 水养护条件下的 自密实混凝土的收缩试验结果 由图 1 所示。 表 1 自密实混凝土配合 比 1 00 O 一1 O0 -2 0 0 糌 婿 - 3 0 0 bt 一 - 400 5 0 0 -6 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 时 间 m ( a ) 6 0 d 内收缩率曲线 时 同 d ( b ) 1 4 d 内收缩率曲线 图 1 水养条件下膨胀剂一 矿物掺合料复合方式 对试件收缩性能的影响 由图 1 可知， 在水养条件下 ， 所有的试件在试验期 3 d 时均表现为微膨胀特性 ， 在试验期 1 4 d 后膨胀性 能趋于稳 定。 同时也可看出， 单掺膨胀剂的混凝土试件其膨胀程度最 6 。 小 ， 矿物掺合料的引入使试件膨胀性能增大 ， 并 随着矿 物 掺合料掺量的增加 ， 其增 强作用 显著增 加 ， 当掺量为 4 0 时， 6 0 d 膨胀值是未掺矿物掺合料试件的 1 3 4 倍。 这说明矿 物掺合料 的掺人能够改善膨胀剂在混凝土中的膨胀作用 。 从图 1 ( b ) 可看出， 矿物掺合料掺量的试件在试验期 1 4 d 之前与单掺膨胀剂试件规律基本一致， 之后膨胀速率开始大 幅度增加， 而矿物掺合料掺量的试件则在试验期 2 3 d时就 明显改善含膨胀剂混凝土试件的膨胀率 ， 使早期膨胀变大 ， 使混凝土的变形发展过程更符合实际工程要求 。 分析其原因 可能与矿物掺合料使混凝土早期强度降低有关tT l ， 当混凝 土 膨胀和强度发展能够协调进行时， 混凝土内的膨胀剂的膨胀 作用最大圈 。 从试验结果可以看到， 掺有矿物掺合料的混凝土 在龄期大约为 1 4 d 时膨胀变形 已达到最大并趋于稳定。 2 2 浇水养护下膨胀剂复合方式对试件收缩性能 的影响 从试验结果可 以看出 ， 试件一直处于收缩状态 ， 但 混 凝土 的收缩相对较小 ， 并且从图 中可以看到矿物掺合料的 引入对减小混凝土收缩有一定作用。 矿物掺合料掺量 4 0 的试件 2 8 d 收缩值为单掺膨胀剂试件的7 7 。 浇水养护条件下 ， 混凝土水分补充不及时， 使得膨胀 剂及膨胀剂一 矿物掺合料复合体系在水 泥水化硬化 过程 中 膨胀性产物形成条件受 限， 而使膨胀程度受到影 响 ， 但矿 物掺合料 的物 理稀释作用及形态效应使膨胀 剂的反应条 件有所 改善 ， 从而在一定程度上发挥 了微膨胀 作用补偿 了 部分水 泥石收缩 ， 达到改善混凝土试件 收缩性能的 目的。 2 4 O 2 0 0 1 6 0 l 1 20 槲 嫖8 0 40 0 4O 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 时 间 ， d ( a ) 6 0 d 内收缩率曲线 时 间 d ( b ) 1 4 d 内收缩 率 曲线 图 2 浇水养护条件下膨胀剂一 矿物掺合料复合方式 对试件收缩性能的影响 2 3 自然养护下膨胀剂复合方式对试件收缩性能 的 影 响 与浇水 养护条件下一样 ， 自然养护条件下 自密实混凝 土一直处于收缩状态 。 矿物掺合料 的掺人对混凝 土收缩有 抑制作用， 且这种抑制作用与矿物掺合料掺量之间存在一 个最优掺量值 ， 由图 3 可知矿物掺合料掺量为 3 0 与 4 0 时， 曲线规律 基本一致 ， 也就是说 ， 当矿物掺合料掺量达一 8 0 0 7 0 0 600 2 5 0 0 褂 4 0 0 3 0 0 2O0 1 0O 宝 、 槲 姆 0 1 0 2 0 3 0 40 5 0 6 0 时间 ， d ( a ) 6 0 d 内收缩率 曲线 时 间 ， d ( b ) 1 4 d 内收缩率曲线 图 3 自然养护条件下膨胀剂一 矿物掺合料复合方式 对试件收缩性能的影响 定值时， 再增加掺料对混凝土收缩的抑制作用基本不变 ， 甚 至可能会增加收缩 ， 这一点与浇水养护制度 的收缩发展规 律不同。 所以对于 自然养护尤其是现场条件下 ， 矿物掺合料 掺量应更 为慎重 ， 避免掺量过大导致收缩增加 的现象 。 另外从试验数据上可以看到矿物掺合料对掺有膨胀剂的 混凝土收缩影响较前两中养护条件要小得多 ， 试验结果表明， 不浇水情况下 ， 在早期矿物掺合料对掺有膨胀剂的 昆 凝土收 缩影响很小， 直到试验期 6 d 后才表现出较明显的改善作用。 根据 Me h t a 等人 嘲 研究认为钙矾石在形成时的形态分 布与混凝土碱度大小有关 ， 在高碱度条件下钙矾石 以针状 放射性分布 ， 此时膨胀性能较 高。 而在碱度偏低时 ， 钙矾石 以单个柱状形式分布 ， 膨胀性能较差。 矿物掺合料 因火 山灰 效应会降低混凝土 中 C a ( 0 H) 的含量 ， 从而减小混凝土的 碱度 ， 可能对? 昆 凝土膨胀造成不利影响 ， 相关 理论及 机理 研究有待进一步深入展开。 3结论 ( 1 ) 膨胀剂与矿物掺合料的复合方式显著影响掺有 自 密实混凝土的收缩特性 ， 影响程度与矿物掺合料 的掺量有 关 ， 适 当增加矿物掺合料 的掺量 ， 有利于改善 自密实 混凝 土的收缩特性 。 ( 2 ) 养护条件显著影响膨胀剂的应用效果。 水养护条 件下膨胀剂能有效发挥其微膨胀作用 ， 同时水养护条件下 膨胀剂一 矿物掺合料复合体系对 自密实混凝土的收缩补偿 作用最强 ， 混凝土变形发展规律较适宜。 ( 3 ) 浇水养护与 自然养 护条件下 ， 自密实混凝土均处 于收缩状态 ， 矿物掺合料的掺人能够有效降低混凝土收缩 ， 改善混凝土收缩规律。 相比而言， 自然养护条件下， 混凝土 收缩最明显 ， 且 矿物掺合 料掺量存在 临界值 ， 本试验条件 下 ， 矿物掺合料掺量最优掺量为 3 0 ， 超出此掺量时 ， 混凝 土收缩增加 ， 实 际应用中 ， 养护条件 比较接近 自然养护 ， 因 此对矿物掺合料的掺量要进行严格控制 。 参考文献 ： 1 白曝， 余红发， 郝娟， 等 大掺量矿物掺合料混凝土的干燥收缩 与数学模型 J 华中科技大学学报， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 2 ) ： 1 - 5 2 】 何锦华 ， 冉干平， 费治华减缩抗裂超塑化剂对免振捣自密实混 凝土收缩性能的影响【 J J _ 混凝土与水泥制品， 2 o o 8 ( 1 ) ： 1 - 3 【 3 廉慧珍， 阎培渝 对膨胀剂在使用中出现问题的讨论【 J J _施工技 术， 1 9 9 9 ， 2 8 ( 1 1 ) ： 4 9 5 1 【 4 祝雯启 密实混凝土早期收缩开裂影响因素分析与评价 J 1 混凝 土 ， 2 0 0 8 ( 1 0 ) ： 1 - 3 5 1 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久IN N 试验方法 标准【 s 】 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 0 6 G B 2 3 4 3 9 -2 0 0 9 ， 混凝土膨胀 剂 s 】 北京 ： 中国标准 出版社 ， 2 O0 9 7 欧阳华林 ， 白山云 高性能混凝土收缩徐变性能的试验研究 J 1 桥梁建设， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 4 6 8 王栋民 高性能膨胀混凝土( H P E C ) 组成、 结构与性能的研究 D 】 北京： 中国建筑材料科学研究院， 2 0 0 8 9 9 M E H T A P K I n f l u e n c e o f m i n e r a l a d m i x t u r e o f e x p a n s i o n c e m e n t m o r t a r J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 4 ( 3 ) ： 1 - 6 作者简介 ： 董荣珍( 1 9 7 5 一 ) ， 女 ， 副教授 ， 博士 ， 研究方 向： 水泥混 凝土基础理论与应用研究。 联系地址： 湖南省长沙市韶山南路 6 8号 中南大学土木工程学 院( 4 1 0 0 7 5 ) 联系电话 ： 1 8 6 7 3 1 3 2 1 7 8