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高性能混凝土收缩开裂与对策研究

中华沙子网讯高性能混凝土是以耐久性作为基本要求的混凝土。发展高性能混凝土有利于改善建筑物的使用功能,延长建筑的使用寿命,进而保护生态环境,促进经济社会的可持续发展。但在工程实践中,由于高性能混凝土具有水胶比较低、水泥用量较大以及砂率较高等特点,使得混凝土收缩较大,容易开裂。高性能混凝土有着与普通混凝土不同的结构特点,因而引起高性能混凝土收缩开裂的主要原因也与普通混凝土不同。

1 高性能混凝土的特点

1990年5月美国国家标准与技术研究院(NIST)和美国混凝土协会(ACI)召开会议,首次提出高性能混凝土(HPC)的概念,认为HPC是同时具有某些性能的匀质混凝土。不同国家、不同学者由于各自的认识、实践、应用范围和目的要求的差异,对高性能混凝土有不同的定义和解释。吴中伟教授认为高性能混凝土是一种新型高技术制作的混凝土,它以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途要求,高性能混凝土侧重于保证混凝土的耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。因此,高性能混凝土在配制上的特点是:低水胶比;选用优质原材料;除水泥、水、集料外,必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效减水剂。

高性能混凝土的微观结构特点如下:

(1)孔隙率低,基本上不存在大于100μm的大孔;

(2)水化物中Ca(OH)2减少,C-S-H凝胶和钙矾石增多;

(3)未水化胶凝材颗粒多,各中心质间距缩短,有利的中心质效应增多,中心质网络骨架强化;

(4)界面过渡层厚度小,水化物结晶颗粒尺寸减小,更接近于水泥石本体水化物的分布。

高性能混凝土的微观结构特点决定了其与普通混凝土的变形特征不同,随之带来了早期体积稳定性差,容易开裂等问题。

2 混凝土收缩的类型

2.1塑性收缩

塑性收缩发生在新拌混凝土成型后最初的若干小时内,此时混凝土仍为塑性,还没有明显的强度。塑性收缩的原因可以归结于毛细管应力差。混凝土在浇筑后的最初几个小时,在干燥或炎热气候条件下,当蒸发速率超过了泌水达到表面的速率时,在靠近表面的粒子(水泥和骨料)之间的水中将形成复杂的弯月面体系(见图1)。这种条件下的毛细作用,使得液体状态内的压力得以发展,从而产生塑性收缩。

高性能混凝土的水胶比低,自由水分少,表面水分蒸发快,所以高性能混凝土比普通混凝土更容易产生塑性收缩变形。

这一点可以通过加强高性能混凝土的早期养护来解决,例如采用喷雾养护可保持混凝土表面必要的湿度,防止毛细孔中水分蒸发,减少塑性收缩。见图2。

另外,王川等人的研究表明,较低水灰比和较高水灰比对应的混凝土拌合物塑性收缩裂缝相对较小,而中间某一水灰比对应的裂缝最大。这一最大裂缝对应的拌合物水灰比为0.4或0.45左右。因此,对于高性能混凝土要注意水灰比的选择,在满足强度和耐久性要求的前提下,选择适宜的水灰比。

2.2 化学收缩

混凝土的化学收缩是指混凝土内水泥水化过程中,水化产物的绝对体积比水化前水泥与水的绝对体积之和减少的现象,主要是由于水化反应前后化合物密度不同所致。100g水泥完全水化,水泥—水体系总体积约减少6mL左右,约占浆体总体积的7%~9%。化学收缩自水泥与水混合后即开始,至水泥水化完全结束。其中,只有极少部分表现为固相体积的减小,大部分转变为水泥浆体或混凝土内部的孔隙(或空气体积)。