混凝土自收缩测量方法的进展.pdf

祝瑜等 ： 混凝土 自收缩测量方法的进展 7 混凝土 自收缩测量 方法 的进展 祝瑜 ， 邓宏卫 ， 曾京生 ， 郑俊 ( 1 哈尔滨工业大学土木学院 哈尔滨1 5 0 0 0 1 ； 2 中交集团第一公路工程局有 限公 司。 北京1 0 0 0 2 4) 【 摘要】 文中对国内混凝土的自收缩测量方法的研究进行了综述 ， 介绍了千分表法 、 埋人应变计法、 电容 式测微仪法、 非接触感应式等国内自收缩测量方法， 同时指 出了上述测量方法的优缺点。另外， 还采用非接触式 混凝土收缩测量仪研究了不同水灰比的混凝土的自收缩， 结果表明， 水灰比从 0 3 6减小到 0 2 8 ， 增加了混凝土 1 d 内自生收缩量 ， 而对 1 d后 自生收缩影响不大。当水灰比大于 0 4时， 混凝土在开始测量的 8 h龄期内甚至出现微 膨 胀现象 。 【 关键词】 混凝土 ； 自收缩； 测量方法 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 0 0 0 0 7 0 3 RESEARCH PRoGRESS oF M哐 AS URD G M THoD FoR AUToGENoUS SHRI NKAGE oF CoNCRETE Z HU Yu ， DE NG Ho n g W e l一， Z E NG J i n g s h e n g ， ZHE NG J u n ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 0 1 ， C h i n a ； 2 C h i n a F i r s t H i g h w a y E n g i n e e ri n g C o ， L t d ， B e i j i n g 1 0 0 0 2 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n r e c e n t y e a r s e v e n t h o u g h the s c i e n c e a n d t e c h n o l o gy o f c o n c r e t e d e v e l o p s r a pi d l y，the s h ri n k a g e c r a c k i n g o f c o n c r e t e a t e a r l y a g e h a s b e e n a m a j o r c o n c e r n O n e o f t h e k e y s t e p s i s t o me a s u r e t h e s h rin k a g e d e f o r ma t i o n a nd c r a c k i n g o f c o n c r e t e a c c u r a t e l y I n thi s p a p e r ，the me a s u rin g me tho d f o r a u t o g e n o us s h rin k a g e o f c o n c r e t e a t h o me wa s r e v i e we d，whi c h i n c l ud e d t he d i a l g a u g e，e mbe d d e d s t r a i n me t e r me tho d，c a p a c i t a n c e mi c r o me t e r me tho d，n o n- c o n t a c t s e n s o r t y p e a n d S O o n Th e a d v a n tag e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f d i ff e r e n t me a s u r e me n t me tho d w e r e p o i n t e d o u t I n t h i s p a p e r ，n o n c o n tac t s e n s o r typ e w a s e mp l o y e d t o i n v e s t i g a t e the a u t o g e n o u s s h ri n k a g e o f c o n c r e t e w i th d i ff e r e mt w a t e r b i n d e r r a t i o( W B) T h e r e s u l t s i n d i c a t e d tha t t h e a u t o g e n o u s s h ri n k a g e w i t h i n l d i n c r e a s e d w h e n the W B r a t i o d e c r e a s e d f r o m 0 3 6 t o 0 2 8 T h e a u t o g e n o u s s h ri n k a g e o f c o n c r e t e( W B= 0 3 6 - 0 2 8 )c h a n g e d s l i g h fl y a f t e r 1 d a y Ho w e v e r ， the c o n c e t e r( W B 0 4 0 )h a d a s l i g h t e x p a n s i o n w i thi n 8 d a y s Ke y wo r d s： c o nc r e t e；a u t o g e n o u s s h r i n k a g e；me a s u rin g me t h o d 一 般而言 ， 自收缩是 指在恒温恒湿条件下 ， 由于水 泥的不 断水 化及 矿 物掺 合 料 的二次 水化 反 应 在混 凝 土内部产生 系列复杂的物理 、 化学及力学变化 ， 从而 使混凝 土在宏观上 表现 出来 的一种体积 缩小 的现 象 。 混凝土自收缩 主要受水胶 比和矿物掺合料这两个 因 素的影响， 即使养护再充分的混凝土， 由于自收缩的作 用也会发生轻微 的开裂或不 同程度 的破坏 。混凝 土的 自收缩对 抗裂 问题有 着不 容忽 视 的影 响。一 般认 为 ， 自收缩通常较多发生在 高强高性能混 凝土 中， 而普 通混凝 土的 自收缩 都很小 ， 对混凝 土的使 用性 能影 响 不大 。但随着现代混凝 土技 术 的发展 ， 各 种外 加剂及 矿物掺合料相继应用 到混 凝土 中 ， 使 得混 凝土 某些性 能尤其是 自收缩性 能发生 了很 大改变 ， 由此引 起 的开 裂也逐渐受 到重视 。 1 国 内主要的 自收 缩测试 方法 ( 1 ) 埋入应变计法 ： 我 国水工 混凝 土试 验规 程 中建议埋入应变计的方法测定 收缩 ( 图 1 ) 。虽 然埋 入应变计的方法精度较高( 5 81 0 ) ， 但 当早期混 凝土 尚无足够强度时 ， 应变计无法 与混凝 土同步 变形 ， 而高强混凝土恰恰此时产生很大的自收缩 ， 无法准确 测得混凝土早期收缩， 往往使所测得的收缩值偏小。 另外 ， 该应变计价格 昂贵无法重复利用 ， 故埋人应变计 法 的应用也受 到一定程度 的限制 。 ( 2 ) 电容 式测微 仪 法 ： 马 新伟 等研 究 出 的电 容式测微仪法是一种非 接触式 的位 移测 量装 置 ， 试 件 尺寸 为 4 0 ra m 4 0 n u n X l O 0 0 m m， 左侧 端模 与侧模 、 底 8 低温建筑技术 2 0 1 0年第 l O期 ( 总第 1 4 8期 ) 模间 留有 2 m m缝隙可使试件 自由收缩 ， 为保证试件与 环境无 物质交换 ， 试模 内侧衬 以铝箔并 待试件成 型后 覆盖表面。电容式测微仪可 精确测 量混凝 土变形 ， 精 度可达 l 0 。变形测量在试模 中进行 ， 混 凝土试件一 旦成型结束 ， 变形的测量即可 开始 ， 可 以测量混凝 土变 形的全过程。该法克服了传统测量方法中变形测量只 能在 l 天混凝土拆模后才 能测量 的弊端 ， 真 实地反映 了混凝土的收缩变形。 7 1 一 白铁皮筒 2 一 橡胶皮筒 3 一 塑料袋 4 一 混凝士试件 5 一应变计 6 一锡焊缝 7 一密封管 8 一 电缆 图1 水工混凝土 自收缩测定方法示意图f ( 3 ) 阶段式 混凝 土 自收缩 测试 法 ： 东 南大学 的田倩和孙伟 等在 国 内外 自收缩测 量方 法基 础上研 究 了阶段式 自收缩测试方法。 自行设计 了混凝土早期 自收缩的测试系统。根据混凝土的 自收缩发展规律， 可 以分段测量 ： 采用立 式测量方式 和非接触传 感器可 使凝缩测试初始时间提早到浇筑成型后即开始； 采用 横向测长方式和非接触传感器可测试 1 d以前的白干 燥收缩； 采用立式千分表可测试 l d以后的长龄期 自收 缩。该 系统 可有效 避免模 具 的约束 及 外界震 动 的干 扰 ， 测试过程 中毋须拆模及搬 动试件 ， 并实现了数据的 自动化采集及分析。该系统 的试验结果具有很好 的重 现性 ， 测试结果与定义相一致 。 采用 1 0 0 ra m1 0 0 m m5 1 5 m m 的收缩试模 ， 内衬 双层 P V C塑料薄膜 。试件一端埋有不锈钢钉头 ， 成型 后将其表层盖住 ， 1 d拆模后 将试 件表 面涂上石 蜡 ， 再 放人 1 1 0 m m1 1 0 m m 5 5 0 ra m 的方 形铁皮桶 内 ， 并 以 液体石蜡填充密封 空余部分 。测试环 境温度为 ( 2 0 2 ) ， 相对湿度 ( 6 0土 5 ) 。 ( 4 ) 安 氏自收缩测试 法 ： 安明哲 在 日本 T a z a w a 自收缩测试方法的基础之上 对混凝土 自收缩 测 定方法 进 行 了改 进。混 凝 土 收缩 试 件 的 尺 寸定 为 1 0 0 ra m1 0 0 ra m3 2 4 m m。混凝 土浇注 到试 模 内立 即 密封试模 ， 带模测定 收缩 。测定装置 由3个部分组成 ： 混凝土密封试模、 千分表架和 温度测定 仪。混 凝土密 封试模 内底衬有一层特富纶 ， 长方 向 的内侧 衬有可插 拔的侧板， 密封盖与试模之间设有密封垫 ， 并用密封螺 栓紧 固， 短向板 留有伸出测头的 孔( 图 2 ) 。 安氏 自收 缩测 试法 不仅 可以精 确地 测定 混凝 土 无强度的条件下早期 自收缩值 ， 而 目还 可以精确地 测 7 1 混凝土，2 _ 密封板， 昆 凝土测头。 4 - 千分表架5 _ 支架立柱 6 - 橡胶垫，7 一 千分表 ，8 一 热 电阻，9 一 紧固螺丝。 l O 一 特富纶垫板 。l l 一 有机玻璃衬板，1 2 一 高度调节螺丝 ， 图2 安 氏自收缩测试示意图I 定 出后期 自收缩值 。但 是如果测量龄期 延长 、 测 量试 件数量增加时， 需要的装置数量增加， 而且设备占用空 间增多， 试验不能实现 自动控制和 自动数据采集处理， 故整个试验过程会变得更为繁琐。 ( 5 ) 非接触 感应 式 自收 缩测量 方法 ： 巴恒静 等人提 出一种 非接 触感 应式 混凝 土早期 自收缩 测 量 方法， 通过涡流传感器输出电压值的改变可反映出传 感器端头与测头间距离的变化。混凝土试件的尺寸选 定为 1 0 0 m m1 0 0 ra m4 0 0 ra m。混凝土浇筑到试模 内立 即密封 ， 带模 测量收缩 ， 如果 测量组数 多 ， 测量龄 期 长 ， 对 1 d后 的收缩 也可 在拆模后 密封试 件进 行测 量。该法测量精度高达 0 1 m。测温设备采用数字 温度测定仪， 可同时测量 2 O个点的温度， 可以实现使 用一对传感器对多个试件进行 测量 。该 自收缩测量方 法 克服 了以往手动 测量方法的不足 ， 可 连续 自动 测量 混凝土的体积变形， 尤其是测量混凝土的早期 自收缩。 2不同水灰 比混凝土 自收缩测量 本试验所用水泥为牡丹江水 泥集团生产 的 P O 4 2 5 R型普通 硅酸盐水 泥。选 用石灰 岩质碎石 ， 粒径 5 2 5 m m连续级配， 表观密度为2 6 6 0 k g m ， 吸水率为 0 4 3 。细集 料 采 用 松 花 江 江 砂 ， 细 度 模 数 Mx= 2 8 2 ， 属 中砂 、 区级 配。砂 的密度为 2 6 g e m ， 吸水 率为 0 7 5 。减水 剂 为上 海花 王公 司生 产 的 Mi g h t y 1 0 0高效减水剂 。混凝土配合 比如表 1 所示 。 不 同水灰 比混凝 土 的 自收缩测 量结 果如 图 3所 示。由图可知， 混凝土在开始测量的 68 h内 自生收 缩发展特别快 ， 水 灰 比越 小时这 种趋势 越 明显 ， 到 1 d 龄期后收缩速率逐渐减缓。随着水灰比的减小 ， 混凝 土 中可用 自由水量减少 ， 因水 泥水 化引起 的 自干燥现 象提前发生 ， 因而混凝 土早期 自生收缩值 明显增大 ， 水 灰比从0 3 6减小到0 2 8时， 混凝土 1 d时 自生收缩值 从 3 8 1 0 增加 到 3 6 4 1 0 ， 2 8 d时的 自生收缩值从 1 3 9 1 0 增 加到 4 5 61 0。可见水灰 比减小大大增 加了混凝 土 1 4内 自生 收缩量 和收缩速度 ， 而对 1 d后 自生收缩影响不 大。当水灰 比大于 0 4时 ， 混凝 土在 开始测量 的 8 h龄期内甚至出现微膨胀现象 ， 这是 由于 水灰 比较大时 的混凝 土在成型后表面 出现泌水现 象 ， 祝瑜等 ： 混凝土 自收缩测量方法的进展 9 在密封条件 下这 些 表面 泌水 会 随着 水 泥水 化 进程 再 次渗入混凝 土内而引起 的。当水灰 比增大至 0 4 5时 ， 混凝土 的 2 8 d自生 收缩 值 只有 2 91 0 ， 与 干燥 收缩 相 比， 可 以忽 略不计 。 表 1 混凝土的配合 比 k g m 宝 鬻 血 5 0 5 O l 5 O 一2 5 0 3 5 O 一 4 5 0 5 5 O 图3 水灰 比对混凝 土早期 自生收缩的影响 3结 语 通过 采用 非接 触 式混 凝 土 自收 缩测 量 仪对 不 同 水灰 比的混凝 土进行研 究 ， 结果表明 ， 水灰 比减小大大 增加 了混凝 土 1 d内 自生 收 缩量 和收 缩速 度 ， 而 对 1 d 后 自生收缩影响不 大。当水 灰 比大于 0 4时 ， 混凝 土 在开始测量的 8 h龄期内甚至出现微膨胀现象。 自收缩的测量 目前 尚无统一标准 ， 各 国不 同研究 者根据实 际条 件采用不 同 的研究 方法 ， 所 选取 的试 件 基准长度也不 同 ， 有的是从初凝开始测量 ， 有些是从 终 凝开始测量 ， 而 国内绝大 多数研究 者是从 混凝 土成 型 后 1 d 时开始测 量。但 是 ， 高强混凝 土 自收缩绝大部 分 发生在混凝 土成 型后 的几天 内 ， 尤 其是混 凝土成 型后 一 天 内， 因此 ， 测试方法 的差异严重地 阻碍 了 自收缩研 究 的进展 。通过上述 方法对 比分 析 ： 提早测 量 的起始 时间 、 降低模具约束 、 消 除温 度变形 的干 扰、 保 证 密封 有效性是提高测试 精度 的关键 ， 也将 是研 究人员 一直 努力的 目标 。 参考文献 谭晓倩 ， 陈伟 ， 王凌跃 国内外混凝 土的收缩性能试验研 究方 法 J 山西建筑 ， 2 0 0 6， 3 2 ( 2 ) ： 1 5 71 5 8 马新 伟 ， 钮 长 仁 ， 伊 彦 科 早 龄期 高强 混 凝土 自收 缩 的测 量 J 低温建筑技术 ， 2 0 0 2， 9 0 ( 4 )： 4-5 黄 国兴 ， 惠荣炎 混凝土的收缩 J 北京 ：中国铁道 出版社 ， 1 9 9 0 田倩， 孙伟等高性能混凝土自收缩测试方法探讨 J 建筑 材料学报 ， 2 0 0 5 ，8 ( 1 )： 8 28 9 安 明哲 ， 谭维祖 ， 朱金铃 高强混凝 土的 自收缩 试验研究 J 山东建材院学报 ， 1 9 9 8， 1 2 ( 增刊) ： 1 3 91 4 3 T a TA iwa E，Mi y a z a wa SEx p e r i me n t a l s t u d y o n me c h an i s m o f a l l t o g e n o u s s h r i n k a g e o f c o n c r e t e J C e mC o n e R e s 1 9 9 5， 2 5 ： 1 6 3 3 1 6 3 8 T a z a w a E A u t o g e n o u s S h r i n k age o f C o n c r e t e M N e w Y o r k ： E &F N S p o n 1 9 98： 9 1 5 巴恒静 ，高小建 ，杨英 姿高性能混凝 土早期 自收缩测试 方 法研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 8 ) ： 1 4 收稿 日期 2 0 1 00 51 7 作者简介 祝瑜( 1 9 8 3一) ， 女 ， 山东成 武人 ， 博 士研究生 ， 从事建筑材料专业。 ( 上接 第 2页) 助磨剂， 具有广泛的应用前景。 3结语 从水泥颗粒级配分布来看 ， 木质磺酸盐、 糖类化合物、 偏硅酸盐对大掺量混合材水泥均具有明显的助磨作用 ， 特 别 是 7 0 木质磺酸盐 与 多元 醇胺 复 掺、 5 0 一6 o 糖 类化 合物与多元醇胺复掺、 偏硅酸盐掺量为 3 万时助磨效果最 佳。适 当掺量的偏硅酸盐、 糖类化合物及其与多元醇胺复 合使用均可使水泥的早期强度显著提高， 从而有效改善大 掺量混合材水泥早期强度低的这一不利因素； 同时， 糖类化 合物、 偏硅酸盐的价格远远低 于传统 的多元醇胺系列助磨 剂 ， 具有 广泛的应 用前景 。 参考文献 1 唐 明述水泥混 凝 土与可 持续 发 展 J 中 国水 泥 ， 2 0 0 3 ( 1 O ) ： 2 33 0 S n e l s o n D G，W i l d S， ml l M 0 He a t o f h y d r a t i o n o fPo r t l a n d C e m e n t Me t a k a o l i n F l y a s h( P C MK P F A)b l e n d s C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 6 ) ： 8 3 28 4 0 杨南如水泥工 业应 用工业 废渣价 值观 的演 变 J 水 泥技 术 ， 2 0 0 5 。( 2 ) ： 2 1 2 4 赵洪义 ，李峰德 ，包西祥水 泥工业大量利 用固体工 业废渣 的有效途径 J 粉煤灰 ， 2 0 0 1 ，( 3 ) ：l O一1 1 Vi o l e t a BB S CC mi x e s wi t I I p o o r l y g r a d e d a g g r e g a t e an d h i g h w , l u m e o f l i m e s t o n e f i l l e r J C e m e n t a n d C o n c ret e R e s e a r c h， 2 0 0 3， 3 3 ( 9 ) ：1 2 7 91 2 8 6 高小建 ，杨英姿 ，邓宏卫 掺 大量混合材 水泥组分 优化与性 能研究 J 青岛理 工大学 学报 ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( o 4 ) ： 6 66 9 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 3 1 作者简 介 高小建 ( 1 9 7 6一)， 男 ， 西安人 ， 博士 ， 副教授 ， 研究 方 向 ： 绿 色水 泥与混凝土耐久性。 ：1 1J 1J 1J 1 j 1j