轻质高强薄壁结构混凝土的收缩变形研究.pdf

2 0 1 3年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA CO NC RE T E AND CE MEN T P RODUC T S 2 01 3 No 7 J u l y 轻质高强薄壁结构混凝土的收缩变形研究 殷 文 ( 丹阳市建设工程质量检测中心 ， 2 1 2 3 0 0 ) 摘 要 ： 随着薄壁结构混凝土的大量应用， 其收缩开裂问题 日益突出， 本文对薄壁结构混凝土收缩开裂的影响 因素进行 了探讨研究 。 关键词 ： 薄壁混凝土 ； 收缩 ； 开裂 ： 影 响因素 Ab s t r a c t ：T h e p r o b l e m o f s h r i n k a g e c r a c k i n g i s b e c o mi n g i n c r e a s i n g l y a c u t e a l o n g wi t h ma s s i v e a p p l i c a t i o n s o f t h i n - wa i l e d s t r u c t u r e c o n c r e t e Th e i n flu e n c i n g f a c t o r s o f the s h r i n k a g e c r a c k i n g o f t h i n wa l l e d s t r u c t u r e c o n c r e t e a r e r e s e a r c h e d a n d d i s c u s s e d i n t h i s p a p e r Ke y wo r d s ： I i n wa l l e d s t ruc t u r e c o n c r e t e ； S h r i n k a g e ； C r a c k i n g ； I nfl u e n c i n g f a c t o r s 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 1 文献标识 码 ： A 文章 编号 ： 1 O O 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 7 1 5 0 3 0前言 薄壁混凝土结构与实心结构相 比，具有轻质 、 高强的特点 ， 被广泛应用于现代大型桥梁工程和高 层建筑 中。然而 ， 薄壁结构混凝土的表面积与体积 比较大 混凝土极易失水而导致其产生干燥收缩开 裂 。 直接影响混凝土结构的耐久性和服役年限。 本文从原材料、 配合比和构件尺寸等方面对薄 壁结构混凝土收缩变形 的影响因素进行探讨。 1 原 材 料 1 1 水泥 本研究采用海螺 P 0 4 2 5级水泥 。 具体性能测 试结果见表 1 、 表 2 。 1 2 粉煤灰 粉煤 灰的性能测试 与化学组成分析分别依据 标准 G B T 1 7 6 -1 9 9 6 ( 水泥化学分析方法 和 G B T 表 1 水 泥 的化 学 组 成 标准稠度 比表面积 抗折强度 MP a 抗压强度 M P a 用水量 ( m2 k g ) 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 2 6 8 4 5 5 5 2 8 6 2 9 6 5 0 8 1 5 9 6 - 1 9 9 1 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 进行 ， 具体测试结果见表 3 、 表 4 。 1 _ 3水 自来水 。 1 4 细骨料 细度模数为 2 8的 区中砂。 1 5 粗 骨料 粒 径 为 5 - 2 0 m m 的连续 级配 碎石 。 1 6 外加 剂 江苏某公司生产 的氨基磺酸盐减水剂( MA S ) 、 萘系减水剂( J M B) 和聚羧酸减水剂 J M P C A。 2结果 与讨 论 2 1 原 材料 对干 燥收 缩 的影 响 2 1 1 砂的含泥量对干燥收缩的影响 砂作为配制混凝土的一个重要组分 ， 其质量 的 好坏对混凝土的性能有重要影响。泥粉含量是砂众 多性能 中的一项 。 其含量 的多少直接影 响预拌混凝 土的用水量 与和易性 ，同时对硬化混凝土 的强度、 收缩 、 徐变、 抗渗等性能均有不利的影响。 本文将实验室现有的砂进行清洗 ， 得到含泥量 为 0的基准样 ， 然后再掺人一定量 的泥粉 ， 配制含 泥量分别为 1 、 3 和 5 的砂试样 ， 重点研究砂含 泥量对砂浆干燥收缩的影响。 试验配合 比见表 5 ， 含 表 3 粉煤灰的化学组成 一 1 5 2 0 1 3年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 7期 表 4 粉煤 灰物 理性 能 泥量对砂浆干燥收缩的影响见 图 1 。 由图 1 可 以看 出， 随着砂含泥量 的增 加 ， 砂浆 的干燥 收缩值将增加 ； 砂浆 的干燥收缩值在早期变 化较大 ，随着龄期的延长而缓慢增长并趋于平缓 。 因此 ， 泥粉对砂浆早期干缩值有显著影响。 表 5 不 同含 泥量 的砂浆配合 比 注 ： C ： 水泥 ， S ： 砂 ， W： 水 ， F A： 粉煤灰 ， P C A： 聚羧酸减水剂 。 理 鬻 H - O 2 O 4 0 6o 8 0 1 0 o 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 02 0 o 龄期， d 图 1 砂 含 泥 量 对 砂 浆 干 燥 收 缩 的 影 响 泥粉增加收缩 的原因： 由于砂浆中所含 的泥粉 都是颗粒很细的非活性物质 这些非活性物质使水 泥浆与集料之间的界面区粘结变差 ， 影 响了浆体与 集料 的粘结 ， 使集料抑制 收缩 的作用减弱 ； 另一方 面 ， 泥粉具有吸水膨胀 、 失水 收缩的特点 ， 在外界湿 度变化 的情况下 ， 导致泥粉含量大的砂浆干燥收缩 值明显较泥粉含量小的砂浆收缩值大。 2 1 2 减 水剂对 干燥 收缩 的影 响 混凝 土减水剂作为现代混凝土的必备组分 ， 对 混凝土的高性能化起到了不可替代的作用 ， 但是减 水剂属于表面活性剂 ， 大量使用也造成 了混凝土收 缩问题 日益突 出 收缩会引发混凝土开裂 ， 导致结 构耐久性的下降。 本 文 重 点 研 究 常 用 的 氨 基 磺 酸 盐 减 水 剂 一 1 6一 ( MA S ) 、 萘系减水剂 ( J M B) 和聚羧酸减水剂 ( P C A) 对砂浆干燥收缩的影响 。 掺人量为胶凝材料用量 的 0 5 试验配合比见表 6 ， 不同减水剂对砂浆干燥收 缩的影响见 图 2 。 从图 2可以看出 。 各种减水 剂的加入均导致水 泥浆体收缩 的增加 ， 但不同减水剂对砂浆收缩 的影 响也有一定 的差别 。在相 同龄期 ， 萘 系减水剂砂浆 的收缩值较基准样的增加幅度最大 ， 其次为氨基磺 酸盐减水剂 ， 掺聚羧酸减水剂砂浆的收缩值较基准 样 的增加 幅度 最小 。 表 6 不 同种类减水剂的砂浆配合比 宝 趔 袈 H - 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 龄期， d 图 2减 水剂 品种 对 砂 浆 干 燥 收 缩 的 影 响 究其原 因， 减水剂本身属于表面活性剂 。 对颗 粒具有较强的分散作用 ， 导致毛细管张力变大而增 大水泥浆体收缩 1 1 。由于不同类型的减水剂溶液的 表面张力大小不同 ， 其中聚羧酸减水剂溶液 的表面 张力最X 2 1 ， 导致浆体的收缩也最小。因此 ， 不同类 型的减水剂对砂浆干燥收缩 的影响也有差别。 2 1 3 粉煤灰对干燥收缩的影响 为研究不同品质粉煤灰对砂浆收缩 的影响 ， 分 别选用 了谏壁 电厂的 I 级粉煤灰 、 华能 电厂的 级 粉煤灰和华瑞电厂的 级粉煤灰进行试验 。这三种 品质粉煤灰的差异 主要表现在细度 、 需水量 比和烧 失量等方面。 试验配合 比见表 7 ， 不同粉煤灰对砂浆 干燥收 缩 的影响见 图 3 从 图 3可 以看 出 。 谏壁电厂 I级粉煤灰砂浆 收 缩值最小 。在不 同龄期 ， 级粉煤灰砂浆收缩值均 大于 I级粉煤灰的砂浆收缩值 ； 同级别 级粉煤灰 姗 咖 咖 伽 瑚 o 0 9 8 7 6 5 4 3 2 l 殷文 轻质高强薄壁结构混凝土的收缩变形研究 的砂浆收缩值也存在差别 。 表 7 不同粉煤灰品质的砂浆配合 比 粉煤灰 配合比 种类 C g F A g S g ( C +P C A 含气 | 瞿 l C FA) 。， 量， 谏壁 I 级4 2 5 5 3 4 5 9 2 0 1 ： 2 1 4 8 0 3 2 1 5 5 1 华 能 级4 2 5 5 3 4 5 9 2 0 1 ： 2 1 4 8 0 3 2 1 5 5 0 华瑞 级4 2 5 5 3 4 5 9 2 0 1 ： 2 1 4 8 0 3 2 1 5 5 0 7 0 0 6 0 0 苔 5 0 0 翘4 0 0 婚 3 0 0 H - 2 0 0 1 0 0 O 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 龄期 d 图 3 粉煤灰 品质对砂浆干燥 收缩 的影 响 造 成不同粉煤灰 砂浆 收缩值差别 的主要原 因 是粉煤灰的细度 。粉煤灰细度越细 ， 比表面积越大 ， 粉煤灰的活性及填充效应就越容易发挥 。 I 级粉煤 灰 的细度较细 ， 比表面积较大 ， 火 山灰 效应高于 级灰 ， 同时对水泥颗粒 的填充效应较强 使 混凝 土 体系的颗粒级配更趋合理 ，混凝土 的密实度更高 ， 从而有利于抑制混凝土的收缩3 。 2 - 2 试件尺寸对干燥收缩的影响 测试离干燥面不同深度处的混凝土收缩变形 ， 试件配合 比见表 8 。 表 8 混凝 土配合 比设计及基本性能 自然环境 因素对混凝 土的影 响主要包括温度 和湿 度 2个方 面 。本 文 主要研 究相 对湿 度 的变化 对 混凝土收缩性能的影响。 混凝土内部相对湿度 的变 化本质上是水分在混凝土内部的扩散过程 。在单面 干燥条件下 ， 混凝土试件距离干燥 面不 同深度处 的 收缩变化规律见图 4 。 从图 4可知 ， 混凝土试件内层( 距表面 7 5 mm和 1 2 5 ram)的收缩 明显小 于混凝土近表层( 距表面 2 5 mm) 的收缩。混凝土试件表层的收缩值在各龄期 均大于 内层 的收缩值 ， 且随着龄期 的延长 ， 混凝 土 近表层的收缩值与 内层收缩值 的差距越来越大 。 2 o o b 1 5 o 理 篓1 0 0 H _ 5 O 0 0 2 0 4 0 6 O 8 0 1 0 o 1 2 0 1 4o 1 6 o l 8 0 2 o o 龄期， d 图 4距离干燥面不同深度 处的收缩值 将混凝土试件置于 自然环境 中， 其表面的水分 首先蒸发 ， 离干燥面距离越近处相对湿度下降的越 快 ， 当外部水分蒸发到一定程度时 ， 内部水分开始 往外 迁 移 。从 而导 致 内层 混 凝 土 相 对 湿 度 开 始 下 降。距离表层越近 。 水分蒸发越大， 且随着龄期的延 长 ， 混凝土 内部结构逐渐形成 ， 毛细孔逐渐被水化 产物所填充 。 内部水分通过毛细管向表面扩散将更 加 困难 从而导致混凝土中距离干燥表面不同深度 处 的收缩变形产生差异。 3结论 ( 1 ) 砂浆干燥收缩值随砂含泥量的增加而增加。 ( 2 ) 减水剂 的掺入会导致砂浆 的收缩值增大 ， 其 中聚 羧 酸系 减水 剂 增加 砂 浆 收缩 的 幅度 最 小 ， 其 次是氨基磺酸盐系减水剂 萘系减水剂增加收缩的 幅度最大。 ( 3 ) 掺 I级粉煤灰 的砂浆收缩值 明显低于掺 级粉煤灰的收缩值 ， 粉煤灰对收缩值 的影响与其细 度密切相关 。 ( 4 ) 混凝 土 不 同深 度 处 的收 缩 随着 离 混凝 土 干 燥面距离的增加而降低。 参考文献 ： 1 】 卢爽， 王政， 张宇 外 加剂对砂浆收缩性能 的影 响J 低温 建筑技术， 2 0 0 7 f 4 ) ： 4 6 2 】 费治华， 乔 艳静， 田倩 减水剂 品种对水泥浆体 的收缩 性 能研究 J 化学建材， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 1 ) ： 3 6 - 3 8 3 】 杨波 粉煤灰对 高性 能混凝土收缩 、 抗 裂性能的影响及机 理研究【 D 】 福州 ： 福州 大学 土木建筑工程学院， 2 0 0 4 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 5 2 8 作者简介 ： 殷文 ( 1 9 8 3 一 ) ， 男 ， 工程 师。 通讯地址 ： 丹 阳市石城路 8号 联 系电话 ： 1 5 0 0 5 2 9 3 2 2 5 E- ma i l ： y i n we n s y l 1 6 3 c o m 一 1 7