超高强混凝土补偿收缩措施的研究.pdf

2 0 1 5年第 1 0期 1 0月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 201 5 No 1 0 Oc t o be r 超高强混凝土补偿收缩措施的研究 彭 园 ， 赵 日煦 ， 杨 文 ， 吴 雄 ， 王 淑 ， 霍 亮 ( 1 中建商品混凝土有限公司， 武汉 4 3 0 0 7 4 ； 2 中国建筑工程总公司 ， 北京 1 0 1 3 0 0 ) 摘 要 ： 针对超 高强混凝土水胶 比小、 自收缩 大等特 点 ， 研 究 了不 同膨胀 源膨胀 剂和多孔掺合料 对超高强混凝 土工作性能 、 力学性能和 自收缩性能的影响。结果表明 ， 膨胀 源为 Mg O 的 B T MG膨胀 剂水化较慢 ， 反应耗水 少， 晶 体膨胀能大 ， 掺 B T MG超 高强混凝土早期 ( 3 d ) 膨胀 效果不明显 ， 后 期具有持续膨胀效 果。预吸水的稻 壳灰 ( P H A) 和沸石粉 ( Nz) 均能在养护后期释放 水分 ， 缓解混凝土 内部 湿度的降低 ， 一 定程度上 弥补 了混凝 土 自收缩 ， 但 R HA 活性较 NZ高 孔结构 更为丰富 配制 的超 高强混凝 土工作性 能和强度损 失小 ； B T MG与 R HA 复合后使 用 可将 二 者优势互补 。 提 高混凝土体积稳 定性和后 期强度。 关 键 词 ： 多孔 掺 合 料 ； 超 高 强 混 凝 土 ； 自收 缩 Ab s t r a c t ： A s w i t h l o w w a t e r b i n d e r r a t i o a n d h i g h a u t o g e n o u s s h ri n k a g e o f u l t r a - h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e( U HS C ) ， i n - fl u e n c e o f e x p a n s i v e a g e n t wi t h d i f f e r e n t e x p a n s i o n s o u r c e s a n d p o r o u s mi n e r a l a d mi x t u r e o n wo r k a b i l i t y ，me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d a u t o g e n o u s s h ri n k a g e of UHS C we r e s t u d i e d R e s u h s s h o we d t h a t t h e h y d r a t i o n r a t e o f e x p a n s i v e a g e n t w i t h e x p a n s i o n s o u r c e s o f Mg O wa s s l o we r a n d h y d r a t i o n p r o c e s s n e e d e d l i t t l e r wa t e r t h a n o n 1 e r e x p a n s i v e a g e n t s wh i c h r e s u l t - e d i n BT MG h a d l i t t l e e ff e c t o n s h ri n k a g e c o mp e n s a t i o n o f UHS C a t e a r l y a g e 。 a n d mu c h u s e f u l e f f e c t a t l a t e r a g e I n s i d e w a t e r o f p r e w e t ri c e h u s k a s h ( R H A ) a n d n a t u r a l z e o l i t e ( N Z ) w o u l d b e r e l e a s e d alo n g w i t h c u ri n g a g e ， w h i c h i m p r o v e d v u me s t a b i l i t y o f UHS C b e c a u s e t h e i n s i d e h u mi d i t y of UHS C i n c r e a s e d T h e p o z z o l a n i c a c t i v i t y o f R HA wa s h i g h e r a n d p o r e s t r u c t u r e s d i v e r s e d mo r e t h a n NZ ，ma k i n g UHS C wi t h b e t t e r w o r k a b i l i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h Un d e r t h e c o m p o u n d u s e o f B T MG a n d R HA， UHS C g o t h i g h v o l u me s t a b i l i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h wi t h s t a c k e f f e c t Ke y wo r d s ： P o r o u s mi n e r a l a d mi x t u r e ； Ul t r a - h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ； Au t o g e n o u s s h rin k a g e 中图分 类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7( 2 0 1 5 ) 1 0 1 1 0 5 0前 言 超 高强混凝 土在配制过 程 中会大 幅度提 高胶 材用量及降低水胶 比 极低的水胶比可能降低超高 强混凝土真正意义的干缩 。 但高胶材用量不可避免 会导致混凝土水化放热量大 ， 化学收缩大 ， 致使 混 凝土开裂【 ” 。 H J u s f n e s 和 H U S h u g u a n g 2 - s 研究了水泥 浆体在凝结硬化过程中水泥浆相对湿度变化 ， 发现 混凝 土内部湿度随龄期 的增长而持续降低 ， 随水胶 比的降低而降低 ， 其 中早期降低最快 。 王勇威 研究 了膨胀剂对高强混凝土收缩 的补偿作用 ，发 现掺 U E A膨胀剂对高强混凝土收缩补偿作用很弱。 蒲心 诚四 认为超 高强混凝土结构致 密 ， 水分难 以进入混 凝土 内部 。 膨 胀阻力大 ， 而且超 高强混凝 土一 般掺 人较多的掺合料 ， 消耗 了大量 C a ( O H) ， 弥补其收缩 比普通混凝土更难 。因此 ， 减小超高强混凝土收缩 的 有 效 办 法 是 提 高 混 凝 土 内部 湿 度 和 进 行 化 学 补 基金项 目： 中建股份科技资助 ( C S C E C 一 2 0 1 3 一 Z 一 3 1 ) 。 偿收缩。 1 原材 料 1 1 粉 料 水泥： 湖北某水泥厂生产 的 P 5 2 5级水泥 ， 基本 性 能 如 表 1 所 示 ： 微 珠 ： 天 津 某 科 技 有 限 公 司 生产 ； 矿粉 ： 湖北鄂钢 $ 9 5矿粉 ； 硅灰 ： 四川 I 产加密 硅灰 ； 沸石粉 ： 湖北鄂州产。原材料基本性能指标如 表 2所示 。 1 2 骨 料 细骨料 ： 洞庭 湖河砂 ， 细度模数 2 7 ， 含 泥量 0 5 ； 粗骨料 ： 京 山辉绿岩 ， 实验前经过清洗至含泥 量 HC S A B T MG。 掺 U E A 和 H C S A混 凝土 流 动度 较基 准组 小 。原 因可 能是 两种 膨胀剂中硫酸盐对外加剂吸附所致 ， B T MG为煅烧 氧化镁 ， 对外加剂吸附作用最弱 ， 故 对混凝 土工作 性 能影 响也 最 小 。 由图 5可 知 ， HC S A和 B T MG对 混 凝土收缩弥补效果较明显 ， 掺 U E A膨胀混凝土早期 略 有 膨胀 ， 随后 收 缩 较 大 ， 原 因 是 U E A膨 胀 剂 主要 通 过 水 化 形 成 A n 弥 补 收 缩 A F t 生 成 快 ，膨 胀 量 大 。 但发挥作用时间也最短 ， 且水化需水量较多 ， 超 高强混凝土含水少 ， 结构致 密， 外部水分难 以进入 ， 形成 A n所需的 C a( O H ) 也被掺合料大量消耗 ， 故 A F t 型膨胀剂仅能补偿混凝土早期收缩 后期补充 收缩作用不明显 ：膨胀剂 B T MG为煅烧氧化镁 ， 水 化慢 早期膨胀效果不甚 明显 ， 7 d后逐渐水化生成 Mg ( O H ) ， 水化需水少 ， 产物稳定 ， 晶体膨胀能较大 ， 可有效弥补混凝 土后期 收缩 ； H C S A主要膨胀 源为 C a O和 C a S O ， 早期主要水化产物为 A F t ， 中期水化 表 4 掺不 同膨胀剂超高强混凝土工作性能和力学性能 4 0 0 3 o o 0 斟2 o o 婿 1 o 0 O 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 龄期， d 膨胀剂对超 高强混凝 土 自收缩 性能的影 响 产物为 C a ( O H ) ： ， 也具有一定持续的膨胀效果 。 3 2多孔掺 合料 对超 高强 混凝 土性 能 的影 响 3 2 1 多孔掺合料的种类 和性能 超高强混凝土水胶 比极低 导致 内部 湿度降低 加剧 。是超高强混凝土 自收缩大的主要原因之一 故可考虑通过补充混凝土内部水分 ， 增大内部湿度 的手段 降低其 自收缩 ， 减少开裂风险。 沸石粉和稻壳灰是两种具有多孔结 构的火山 灰质材料 沸石粉一般 以玻璃体为主 ， 火 山玻璃质 失去了物理化学稳定性逐渐转化成晶相玻璃质 。沸 石粉不仅具有一定 的活性火 山灰性 ， 其多孔结构可 吸附拌合物用水 ， 调节混凝土拌合物的黏度6 1 。稻壳 灰 主要 由火力 发 电厂焚 烧稻 壳所 得 ，其无 定形 S i O 含量较高 对水泥基材料具有较高的增强改性作 用。稻壳灰具有丰富的孔结构 ， 呈蜂窝状 ， 孔径大约 在 1 0 1 - m左右7 1 。 实验利用沸石粉和稻壳灰的多孔结 构预先吸附一定水分 的方式掺入混凝土 中， 改善混 凝土和易性 ， 后期释放水分减缓混凝土 内部湿度 的 降低 ， 促进混凝土进一步水化 ， 提高混凝土强度 ， 改 善混凝土的体积稳定性。 沸石粉和稻壳灰化学成分见表 5 。物理性能见 表 6 ， 微观形貌见图 6 、 图 7 。 一 1 3一 O 5 图 加 O 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 彭园 ， 赵 E l 煦 ， 杨文 ， 等 超高强混凝土补偿收缩措施的研究 性 S i O 含量高 ， 早期活性高。虽然稻壳灰预吸水后 提高 了拌合物实际水胶 比， 但早期抗压强度降低较 小 ， 且后期释水有利于提高混凝土强度 ， 整体上降 低混凝土孔 隙率 ，提高混凝土密实度和抗压强度 。 由收缩性能可知 ， 掺稻壳灰超高强混凝土 自收缩率 随掺量的增加而降低 ， 当稻壳灰掺量为 8 时 ， 混凝 土 自收缩较基准降低 1 5 ， 而抗压强度降低仅 3 。 稻壳灰含有一定游离 C a O和 Mg O。 水化时可产生体 积膨胀 弥补收缩 ： 另一方面 。 稻壳灰填充效应和吸 水效应可以改善混凝土孔结构 ， 减少混凝 土孔隙水 分 ， 从而降低混凝土干缩 。 3 3 膨胀剂和多孔掺合料复合作用对超高强混凝 土性 能 的影 响 选择 B T MG膨胀剂和稻壳灰多孔 掺合 料按照 1 ： 2复合 ，测试 了复合剂掺量为 1 0 时超 高强混凝 土的工作性能 、 抗压强度和收缩性能 ， 见表 8 、 图 9 。 表 8 掺 复合剂超 高强混凝 土工作性 能和力学性 能 3 0o 0 婪2 0 0 1 00 0 0 5 1 O 1 5 2 0 2 5 3 0 龄期， d 图 9 膨胀剂和多孑 L 掺合 料复合对 混凝 土 自收缩性能的影响 由表 8可知 ， 膨胀剂和多孔掺合料复合后对混 凝土早期工作性能影响不大 ， 原 因是稻壳灰预吸水 后可能释放少量水分 ， 提高混凝土流动度 ， 弥补膨 胀剂水化带来 的损失 ， 5 6 d抗压强度高于基准配 比， 原因是后期稻壳灰 释放水分 。 促进水泥和膨胀剂水 化 。 提高混凝土致密性。由收缩 曲线可知， 二者复合 后对混凝土补偿 收缩效果较好。 原因是 Mg O水化需 水量少 ， 水化持续时间长 ， 水化产物晶体膨胀能大 ， 加入稻壳灰后在混凝土后期持续释水 ， 保证 Mg O水 化需水量 ， 从而持续弥补混凝土收缩。 4结 论 ( 1 ) 膨胀源 为 Mg O的膨胀剂 B T MG水化 耗水 少 ， 膨胀能大 ， 水化产物稳定 ， 可弥补超高强混凝土 体积收缩 。 ( 2 ) 多孑 L 掺合料 预吸水后可在养护后期缓慢释 水 ， 一定程度 弥补超 高强混凝 土湿度降低 ， 减缓混 凝土体积收缩 ， 相对稻壳灰 ， 沸石粉对超高强混凝 土抗压强度影响较大。 ( 3 ) 将膨胀剂 B T MG和预吸水稻壳灰复合后可 提 高超 高 强混 凝 土工 作 性 能和 后 期抗 压 强 度 ， 同时 可明显降低超高强混凝土的收缩率。 参考文献 ： 1 】 桂海清， 葛炜 ， 王周松， 等 高强高性能 混凝 土的体积稳定性 J 材料科学与工程学报， 2 0 0 3 ， 2 1 ( 3 ) ：4 6 0 4 6 3 【 2 】E J S e l l e v o l d ，H J a s t n e s H i g h S t r e n g t h C o n c r e t e B i n d e r s P a r t B： N o n e e v a p o r a b l e wa t e r S e lf - De s i c c a t i o n a n d P o r o s i t y o f C e me n t wi t h a n d wi t h o u t C o n d e n s e d S i l i c a F u me ， F l y a s h ， S i l i c a F u m e ， S l a g a n d N a t u r a l P o z z o l a n s i n C o n c r e t e C P r o c e e d i n g s F o u r I n t e rna t i o n al C o n f e r e n c e ， I s t a n b u l ，1 9 9 2 3 】H U S h u g u a n g ， wU J i n g ， Y A N G We n ，e t a1 R e l a t i o n s h i p B e t w e e n A u t o g e n o u s De f o r ma t i o n a n d I n t e rnal Re l a t i v e Hu mi d i t y o f H i g h - s t r e n g t h E x p a n s i v e C o n c r e t e J J o u rnal o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e e h n o l o g y Ma t e r ， 2 0 1 0 ，2 5 ( 3 ) ： 5 0 4 5 0 8 4 】 王勇威， 蒲心诚 U E A补偿 收缩超高强 混凝土 的研究 J 混 凝 土 ， 2 0 0 1 f 1 1 )： 3 6 3 8 【 5 】 蒲 心诚 超高强高 性能混 凝土 M 重 庆： 重庆大 学出版 社， 2 0 04 6 】 王辉， 高纯， 陈兵， 等 一种含沸石粉 自密实混凝 土及制备方 法 P 中 国专利： 2 0 0 9 1 0 1 7 7 5 4 5 9 ， 2 0 0 9 9 1 5 7 】Y e G u a n g ，V T N G U Y E N M i t i g a t i o n o f A u t o g e n o u s S h rin k a g e o f Ul t r a Hi g h P e rfo rm a n c e C o n c r e t e b y Ri c e Hu s k A s h O 硅酸盐学报， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 2 ) ： 2 1 2 - 2 1 6 收稿 日期 ： 2 01 5 0 7 2 1 作者 简介 ： 彭园 ( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 硕士 。 通讯地址 ： 湖北省武汉市 洪山区珞狮南路 2 4 8号技术 中 办公楼 2 1 2室 联 系电话 ： 1 8 7 7 1 0 9 5 2 1 2 E - ma i l ： p e n g y d y x 1 6 3 c o m 一 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m