预湿轻细骨料对混凝土内养护效率的影响.pdf

第 1 7卷第 6期 2 0 1 4年 1 2 月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI L DI NG M ATE RI ALS Vo 1 17， No 6 De c ， 2 01 4 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 6 1 0 5 4 0 6 预湿轻细骨料对 混凝土 内养护效 率的影 响 魏 亚 ， 张倩倩 ， 向亚平 ( 1 清华大学 土木工程系， 北京 1 0 0 0 8 4 ； 2 清华大学 土木工程安全与耐久教育部重点实验室 ， 北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要 ： 研 究 了 2种 轻 细骨料 的微观 结 构与释 水性 能及 其预 湿后 对 混凝 土 内部相 对 湿 度和 自收缩 的 影响 提 出了混凝土内养护效率的概念 ， 并研 究了轻细骨料粒径与颗粒分布对 内养护效率的影响 结果表明： 轻细骨料孔隙体积和孔径 皆大于硬化水泥净浆 ； 预 湿轻细骨料 可以延迟混凝土由于 自 干燥引起的 内部相对湿度降低并减小其降低幅度； 内养护混凝土的 自收缩和 内部相对湿度存在 线 性 关 系 当轻 细 骨料 用量 占净浆 体积 的 3 6 3 9 时 ， 混凝 土在早 期 的 2 8 d内不 产生 自收 缩 混 凝 土内养护效率随轻细骨料颗粒间距和半径 比值的增 大而减 小， 在轻细骨料颗粒 间距和半径 比值 为 1 1时， 混凝 土 内养护 效率 为 1 0 0 关键词：轻细骨料 ；内养护效率 ； 粒径与颗粒分布 ；混凝土 自收缩；混凝土 内部相对湿度 中 图分类 号 ： TU5 2 8 2 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 4 0 6 0 2 0 Ef f e c t o f Pr e - we t t e d Li g ht we i g ht I n t e r na l Cu r i ng Ef f i c i e nc y Fi ne Ag g r e g a t e o n o f Co n c r e t e WE ， ZHANG Qi a n q i a n 。XI ANG Y a p i n g 。 ( 1 De p a r t me n t o f C i v i l E n 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，B e ij i n g 1 0 0 0 8 4，Ch i n a ；2 Ke y L a b o r a t o r y o f Ci v i l En g i n e e r i n g S a f e 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 ij i n g 1 0 0 0 8 4 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e mi c r o s t r u c t u r e a n d d e s o r p t i o n p r o p e r t i e s o f t WO t y p e s o f l i g h t we i g h t f i n e a g g r e g a t e ( LW FA) ， s i n t e r e d f l y a s h a n d e x p a n d e d s h a l e ，we r e i n v e s t i g a t e d Th e c o n c e p t o f“ i n t e r n a l c u r i n g e f f i c i e n c y wa s i n t r o d u c e d Th e e f f e c t o f LW F A p a r t i c l e s i z e a n d s p a c i n g o n i n t e r n a l c u r i n g e f f i c i e n c y wa s a l s o e v a l u a t e dTh e e x pe r i me nt r e s ul t s i n di c a t e： t h e p or e vo l u m e a nd s i z e of LW FA a r e l a r g e r t h a n t h a t o f t he ha r de n e d p a s t e ；p r e we t t e d L W FA c a n d e l a y t h e d e c r e a s e o f c o n c r e t e i n t e r n a l r e l a t i v e h u mi d i t y i n d u c e d b y s e l f d e s i c c a t i on a n d r e d uc e t he e xt e nt ；f ur t he r mor e，f or i nt e r na l c u r i ng c o nc r e t e，t he r e e xi s t s a l i ne a r r e l a t i on s h i p be t we e n t h e a ut og e n ou s s hr i nk a ge a nd i n t e r n a I r e l a t i v e h umi d i t y W he n t h e c o nt e nt s of LW FA b y v ol u m e o f t he pa s t e we r e be t we e n 3 6 a n d 3 9 ，a ut og e n ou s s hr i nk a ge di d no t o c c ur wi t h i n 2 8 d a y s The i nt e r na l c ur i n g e f f i c i e n c y d e c r e a s e s a s t he r a t i o o f LW FA p a r t i c l e s p a c i ng t o p a r t i c l e s i z e i nc r e a s e s The r e s u i t s s ho w t h a t 1 00 i n t e r n a l c u r i ng e f f i c i e nc y c a n be a c hi e v e d i f t he r a t i o o f LW FA p a r t i c l e s p a c i n g t o pa r t i c l e s i z e a pp r o a c he s 1 1 Ke y wo r ds ：l i g ht we i gh t f i ne a gg r e g a t e；i n t e r n a l c u r i ng e f f i c i e nc y；p a r t i c l e s i z e a n d s pa c i n g；c on c r e t e a u t o g e n ou s s h r i n ka ge；c o nc r e t e i n t e r n a l r e l a t i v e h umi d i t y 随着具有低水灰比等特征的高性能混凝土的广 泛 应用 ， 混凝 土 自收缩 及 相 应 的早期 开裂 成 了影 响 结构耐久性和外观的重要 因素自 1 9 9 0年以来 ， 研 究者提出并采用预湿轻细骨料为 内养护材料以减少 或 避免混 凝 土 的 自收 缩和早 期 开裂 轻 细 骨料 所 特有的多孑 L 特征 ， 能够在水泥水化过程 中释放 出预 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 4 2 9 ；修订 日期 ： 2 0 1 3 - 0 7 1 5 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 0 8 2 4 6 ) ； 交通运输部西部交通科技项 目( 2 0 1 1 3 1 8 2 3 7 1 0 ) 第一作者 ： 魏亚 ( 1 9 7 6 一) ， 女 ， 河南驻马店人 ， 清华大学 副教授 ， 博士生导师 ， 博士 E ma i l ： y a w e i 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 第 6 期 魏亚 ， 等 ： 预湿轻 细骨料对 混凝 土内养护效率的影响 1 0 5 5 I 一 l ， r I 、 r 7 I 1 一 占 t 上 王 L t t1 J 1 J ，、 4 ，h I b、 l I ， h l jL 厶，b 11 L I n 1 目 对于 提 高混凝 土 的早 期开 裂 和耐 久性 有重 要意 义 然而， 采用过量 的预湿轻细骨料来完全消除 自 收缩 在某 些情 况 下 并 无 必 要 因为 过 量 的预 湿 轻 细 骨料可能导致混凝土 内部水分过多 ， 从而产生冻融 破坏等问题 因此 ， 只需使用适量的轻细骨料 以降低 混 凝 土开 裂风 险至 可接 受 的级 别 即可 通常 认 为 ， 减 小 轻细 骨料 粒 径 或 颗 粒 间距 会 增 大 内养 护 效 率 _ 2 然 而 ， 研 究 也发 现 上述关 系 并不 总是 存 在l_ 5 为 了更 好 地利 用 内养 护 技 术 提 高 混 凝 土 性 能 ， 本 文研 究 了 2种 轻 细 骨 料 的微 观结 构 、 释水 性 能及 其用量对混凝土 自收缩 和内部相对湿度 的影响 ， 并 研究 了轻细 骨料 粒径 与 颗粒 分布 对混 凝 土 内养 护效 率 的影 响 1 试 验 1 1 材 料 水 泥 ( C) 采 用 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ； 粗 骨 料 采 用 最 大粒 径 为 1 2 5 mm 的 石 灰 岩 ； 砂 采 用 细 度 模 数 为 2 6 5的天 然砂 ( NS ) ； 2种 轻 细骨 料 ( L wF A) 分 别 为 烧结 粉煤 灰 陶砂 ( F ) 和 页岩 陶砂 ( S ) 天 然砂 及 2种 轻细骨料 的性能如表 1 所示 ， 其 中 S S D表示饱和面 干状 态 2种 轻细 骨料 的级 配 如表 2所 示 混凝 土 强 度等级采用 C 4 O和 C6 O 混凝土 中轻细骨料用量采 用其 占净 浆体积百分 比表 示 ， 即 w F A V 其 中 w ，V。 分别为轻细骨料和净浆 的体积 根据混 凝土的强度等级及轻细骨料种类 ， 用量对其进行编 号 ， 如 C 4 F 3 7代 表 强度 等 级 为 C 4 0的混 凝 土 中 ， 粉 煤灰陶砂体积 占净浆体积的 3 7 ； C 6 0代表强度等 级为 C 6 o的普通 水 泥 混凝 土 通 过均 匀 撒 布 适 量 水 表 1 天然砂和轻细骨料的性能 Ta bl e 1 P r o p e r t i e s o f n a t u r a l s a n d a n d LW FA P a s s i n g r a t i o ( b y ma s s ) LW FA 一 4 m 8 m 1 6 m 3 0 m 5 0 m l o o m 到预湿 轻 细骨料 配 制混 凝 土 前 测 试 轻 细骨 料 的含 水 量 ， 并 据此 调整 拌 和水用 量 1 2方 法 采用压汞仪对轻细骨料及硬化水泥浆体的孔隙 结构进行对 比研究 采用饱和盐溶液对轻细骨料在 各级 相对 湿度 ( H ) 环 境 下 的释 水 性 能进 行 研 究 所 用 的饱 和 盐溶 液分 别为 K。 S O ， KNO 。 ， KC 1 和 Na C 1 溶液 ， 以获 得 9 7 4 ，9 4 2 ， 8 5 5 和 7 5 6 的 相对湿度 环境 这 4 个 相对湿度 包含在 由于 白干燥 所 引起的混凝土 内部相对湿度降低的范围内( 1 0 0 7 5 E 6 J ) 首先将饱和面干状态的轻细骨料置于相对 湿度 9 7 4 的饱和盐溶液环境 中， 放置 5 d后称重 并 转移 至下 一个 饱 和盐溶 液环 境 中直至 相对 湿 度为 7 5 6 ， 最 后烘 干并 称重 ， 以获 得轻 细骨 料在 不 同环 境相对 湿度 下 的饱水 度 ( 钆w ) 饱水 度 在 本 文 中指 轻细骨料在一定环境相对湿度下吸入水体积与轻细 骨料饱 和 面干状 态 时吸人 水体 积之 比 采用 S c h l e i b i n g e r自收缩测量仪测量密 闭养护 条件下混凝土终凝后 的线性体积变化 试件 尺寸为 6 c mx 1 0 c m1 0 0 c m， 试 件 一 端 与试 模 固定 ， 另 一 端 不受 约束 并 与位 移 计 ( L VD T) 相 连自收 缩 测 量 要 求试 件 与外界 没有 水分 交换且 要 减少试 件 与试 模 间的摩 擦 阻力 ， 因 此 试件 与试 模 之 间铺 设 塑 料 薄 膜 并包 裹 密 闭整个 试 件 试 件 达 到 初 凝 时开 始 测 量 自 收缩 同时对 平行 试件 的 内部相 对湿 度进行 测 量 ， 采 用预埋在混凝土内的精度为4 - 3 的湿度传感器 2结果及分 析 2 1 轻 细 骨料微 观 结构 与释水 性能 2种轻细骨料和水灰 比( mw ： m ) 为 0 4 ， 0 5 和 0 6的硬化水泥净浆孔隙尺寸分布如 图 1所示 由图 1可见 ， 轻细骨料孔径和孔隙体积皆大于净浆 ， 薹 =薹 童 P o r e d i a me t e r g m 图 1 轻细骨料 和硬化水 泥净浆 孔隙尺寸分布 Fi g1 Por e s i z e di s t r i bu t i o n o f LW FA a n d h a r d e n e d c e me n t p a s t e s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 7卷 由式 ( 5 ) 可 知 ， I C E取 值 范 围为 0 1 0 0 ， I C E一 1 0 0 意味着 混凝 土 自收缩 被完 全 消除 2 4轻细 骨料粒 径 与颗粒 分布 在 混凝 土 内养 护 系统 中 ， 轻 细骨 料 颗 粒 被 周 围 浆体包 围 由于普通骨料在 配合 比设计中采用 的是 饱 和 面干状 态 ， 因此 不会 吸收 引入 的 内养 护 水 ， 可 以 忽略其在系统中的影响_ 1 假设轻细骨料颗粒平均 半径 为 + ) 。 十 5 式中： 一 I r 厂 ( r ) d r， 其中 r 是轻细骨料半径， -厂 ( r ) 是轻细骨料半径的概率密度函数 ， 可 由级配曲 线计算 得 到 ； 是 轻 细骨 料 用 量 ， 一V w 。 由 式 ( 6 ) 可 得 ： ( ) 1 ( 7 ) 结合式( 5 ) 可得轻 细骨料粒径与颗粒分布和混凝土 内养 护 效率 之间 的关 系 ： I C E 一 1 1 5 4 - 2 I ( R) ( 8 ) 式 中 ： I C E 是 在给 定 的 和 2 L情 况 下 所 能 得 到 的最大 内养 护效 率 由式 ( 8 ) 可知 ， 内养护 效率 是轻 细骨料 粒 径 与颗 粒 分布 的 函数 内养 护效 率 与 轻 细 骨 料 颗粒 间距 和 半 径 比值 2 E R) 成反 比， 即采用 粒径 较大 的轻 细骨 料和较高的轻细骨料用量 的情况下 ， 混凝土的内养 护效率 较 大 图 5为 轻 细 骨料 粒 径 与 颗 粒 分 布对 内 养护效率影响的试验数据与拟合曲线 ( 图中虚线所 示) 由图 5可知 ， 试验数据与拟合曲线契合较好 ； 当 2 L 一1 1时 ， 含 预 湿 轻 细 骨料 混 凝 土 的 内养 护 效率 为 1 0 0 ， 即在 2 8 d时 ， 自收缩 被 完全 消 除 因 此 ， 对于 粒径 2 44 mlT l 的轻 细骨 料 ， 达到 1 0 0 内养 护效率所需要的颗粒间距大约为 1 1 2 2 mm 小 粒径的轻细骨料要求小的颗粒间距 ， 因为 内养护过 程 中存在 两个 相 互 牵 制 的作 用 机 理 ， 即减 小 颗 粒 间 距会增加 内养护效率 ， 但减小粒径会造成轻细骨料 本 身吸水 率 的减小 _ 5 需 要 注意 的是 ， 上述 结论 是 基 于轻细骨料得到 的， 对 于轻质粗骨料 的适用性还需 进 一步 研究 图 5 轻细骨料 粒径与颗粒分布对 内养护效率的影响 Fi g 5 Ef f e c t o f LW FA p ar t i c l e s i z e a nd s pa c i n g o n I CE 3 结论 ( 1 ) 轻细 骨料 孔 隙体 积 和 孔 径 皆大 于 硬 化 水 泥 净 浆 ， 预湿轻 细 骨 料 可 以延 迟 混 凝 土 由 于 自干 燥 引 起的内部相对湿度降低并减小其 降低幅度 ( 2 ) 内养 护混 凝土 的 自收缩 和 内部 相 对 湿 度 存 在线 性 关 系 轻 细 骨 料 用 量 为 3 6 3 9 9 6 时 ， 混 凝 土 的内部相 对 湿度 在 早期 的 2 8 d内 维持 在 9 6 以 上 ， 没 有 自收缩 产生 ( 3 ) 以轻细骨料用量为表征的内养 护效率 与轻 细骨料粒径与颗粒分布有关 内养护效率随着轻细 骨料颗粒间距和半径比值 2 L 的增大而减小 ， 在 2 L ( R) 一1 1 时 ， 内养 护效 率最 大 参 考文 献 ： 一 一 一一一 一讥一一 一一一 一 一 一一一 一一一一一一一 一 1 2 3 4 5 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 魏亚 ， 等 ： 预湿轻 细骨料对 混凝 土内养护效率的影响 1 O 5 9 7 8 9 1 0 3 u E J C e me n t a n d Co n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 1 ) ： 1 5 7 1 6 4 W EBER S， REI NHARDT H W M a ni p u l a t i n g t he wa t e r c o n t e n t a n d mi c r o s t r u c t ur e o f h i gh p e r f o r ma n c e c o n c r e t e us i n g a u t o g e n o u s c u r i n g J 3 Mo d e r n C o n c r e t e Ma t e r i a l s ： B i n d e r s ， Ad d i t i o n s a n d Ad mi x t u r e s ， 1 9 9 9： 5 6 7 - 5 7 7 CAS TRO J， KEI S ER L， COLI AS M ， e t a 1 Abs o r p t i o n a n d d e s o r p t i o n p r o p e r t i e s o f f i n e l i gh t we i g h t a g g r e g a t e f or a p p l i c a t io n t o i n t e r n a l l y c u r e d c o n c r e t e mi x t u r e s J C e me n t a n d Con c r e t e Co mp o s i t e s ， 2 0 1 1， 3 3 ( 1 0 )： 1 0 0 1 1 0 08 BENTZ D P， LURA P， ROBERTS J W Mi x t ur e p r o p o r t i o n i n g f o r i n t e r n a l c u r i n g J C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 2)： 35 - 4 O LOUKI LI A， KHELI DJ A， RI CHARD P Hy d r a t i o n ki n e t i c s ， c h a n g e o f r e l a t i v e h u mi d i t y， a nd a u t o g e n o u s s h r i n k a ge o f u l 一 1 2 1 3 1 4 1 5 t r a h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 4 ) ： 5 7 7 5 8 4 1 6 3 WEI Y， HANSEN W ， BI ERNACKI J， e t a 1 Un i f i e d s h r i n k a g e m o d e l f o r c o n c r e t e f r o m a u t o ge n o u s s h r i n k a g e t e s t o n p a s t e wi t h a n d wi t h o u t G GB F S J ACI Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 1 1 ， 1 O 8 ( 1 )： 1 3 2 O P I CKETT G Ef f e c t o f a g g r e g a t e o n s h r i nk a g e o f c o n c r e t e a n d h y p o t h e s i s c o n c e r n i n g s h r i n k a g e J J o u r n a l o f t h e Ame r i c a n Co n c r e t e I ns t i t u t e ， 1 9 5 6， 5 2( 5 )： 5 8 1 - 5 9 O NATESAI YER K ， H 0VER K C， SNYDER K APr o t e c t e d p a s t e v o l u me o f a i r e n t r a i n e d c e me n t p a s t e P a r t 1 J J o u r n a l o f M a t e r i a l s i n Ci v i l En g i n e e r i n g， 1 9 9 2， 4( 2 )： 1 6 6 1 8 4 LURA P Au t o g e n o us de f o r m a t i o n a n d i n t e r na l c u r i n g o f c o n c r e t e M De l f t ： D e l f t Un i v e r s i t y P r e s s ， 2 0 0 3 ： 1 0 3 1 2 5 AKCAY B， PEKM EZ CI B Y， TAS DEM I R M A U t i l iz a t i o n o f a r t i f i c i a l l i g h t we i g h t a g g r e g a t e s i n ha r d e n e d c e m e n t p a s t e f o r i n t e r n a l wa t e r c u r i n g C， P r o c e e d i n g o f t h e F i b S y mp o s i u m “ Ke e p C o n c r e t e At t r a c t i v e ” ， B u d a p e s t ： s n 2 0 0 5 ： 3 7 4 3 8 O AK CAY B TAS DEM I R M A Ef f e c t s o f d i s t r i b ut i o n o f l i g h t we i g h t a g g r e g a t e s o n i n t e r n a l c u r i n g o f c o n c r e t e J C e me n t a n d Co n c r e t e Co mp o s i t e s ， 2 0 1 0， 3 2( 8 )： 6 1 1 - 6 1 6 ( 上接 第 1 0 5 3页 ) 1 6 郝 景新 蜂 窝夹层 木质复合材横 向承载力学特 性研究 D 长 沙 ： 中南林 业科技 大学 ， 2 0 1 4 HAO J i n g xin Th e r e s e a r c h o n me c ha n i c a l p r o p e r t y o f s a n d wi c h c o mp o s i t e wi t h wo o d e n s k i n a n d h o n e y - c o m b c o r e s u b j e c t e d t o t r a n s v e r s e l o a d i n g D Ch a n g s h a ： C e n t r a l S o u t h U一 1 7 3 n i v e r s i t y o f Fo r e s t r y a n d Te c h n o l o g y， 2 0 1 4 ( i n Ch i n e s e ) CARLSS ON L A KARDOM ATEAS G A S t r u c t u r a l a n d f a i l u r e me c h a n i c s o f s a n d wi c h c o mp o s it e s M Ne w Yo r k： S p r i n g e r S c ie n c e a n d Bu s i ne s s M e d i a ， 2 01 1： 85 9 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m