论文部分内容阅读
摘要：
使用高性能混凝土的目的除了其它高强度，更为重要的是它的不易渗透性和高耐久性，所以高性能混凝土的结构开裂相比普通混凝土来说影响更大，因此正确评价和预测高强混凝土自收缩旨起的潜在开裂和约束应力是一项比较重要的研究，本文对影响混凝土自收缩的原因做了浅显的研究，分析了影响自收缩的因素，并提出一些抑制自收缩的对策与大家共同探讨。
关键词：高性能；混凝土；自收缩
一、自收缩产生原因
上文中说到自收缩是混凝土在终凝后，在无外界水份交换、恒温的条件下混凝土整体结构的缩小，这也是它与干缩的区别所在，它不仅发生在混凝土表面，它还从整体均匀的发生，不管理表面还是内部。水泥和水发生作用时，二者形成的水化产物体积小于水和水泥的体积之和，当混凝土有较大的流动性时，可以缩小宏观体积，以对水泥水化产生的体积缩小进行补偿；但随着混凝土的流动性逐渐降低，混凝土就无法依靠其宏观体积的缩小再对其做出补偿，当混凝土达到一定强度时，主要依靠在内部形成空隙来补偿水泥水化产生的体积变化，当混凝土终凝后，由于其体积变化主要是由内部空隙来完成补偿的，在内部空隙形成会产生相应的毛细管张力，从而使混凝土的宏观体积出现收缩的情况。水灰比越高，混凝土内部因形成空隙而产生的毛细管张力会越小，混凝土的自收缩程度也越小；但当水灰比很低的情况下则反之。
二、影响自收缩的因素
（一）水泥
根据国内外科学家的实验结果证明：水泥净浆种不同，自收缩能力也不同，早强水泥和铝酸盐水泥的自收缩相对较大，如果使用低C3A和C2S或者C4AF的硅酸盐水泥，则可以降低自收缩，混凝土用低热或中热硅酸盐水泥来制备，其收缩值要远远低于曾通硅酸盐水泥。并且水泥的细度也对自收缩有一定的影响。
（二）外加剂
高效减水剂可以增大流动度，因此对于降低自收缩值有一定的作用。而干缩减少剂则可以减少百分之五十的自收缩。膨胀剂也会对自收缩产生一定的影响，但主要取决于它的种类，某些氧化钙膨胀剂可以减少自收缩；引气剂无法对混凝土自收缩产生影响。
（三）矿物掺合料
将比表面积在400m2/kg以上的矿渣掺入到水泥中，自收缩会因为掺入量的多少而增大或缩小，一般情况下掺入量越多，自收缩越大，反之则越小，一般矿渣的掺入量不得大于70%；如果将比表面积为338m2/kg的矿渣掺入到水泥中，自收缩值不会随着矿渣的量有所变化；如果将硅灰掺入到水泥中，则会增大混凝土的自收缩值，硅灰的量越多，收缩值会越大；粉煤灰掺量也会影响自收缩，只是煤灰量越大，自收缩值就越小，不过粉煤灰掺量如果超过了20%，那么对自收缩的影响就要对不那么明显；偏高岭土加入水泥中的含量超过10%，水泥浆的自动收缩值最大；经过防水处理后的粉末加入水泥中，可以减少自收缩，如果偏高岭土经过防水处理，那么在后期对自收缩的影响就消失了；但是硅质粉末经过防水处理后，还可以保持很长时间的作用效果。
三、高性能混凝土中抑制自收缩的对策
（一）优化组合混凝土料种类可以抑制自收缩
在选择和使用混凝土掺合料种类时，要从各方面考虑各种掺合料的碱性与酸性、惰性与活性的合理搭配和选择，以使掺合料在配合后保持适当的酸性和活性，从而避免掺合料二次水化速度过快、活性过高、造成过大的混凝土早期自收缩和二次化学收缩，同时又改善了混凝土的和易性，保证了混凝土早期强度和后期强度的良好状态。所以，生产高性能混凝土时最好不要单独使用过量的高活性掺合料，比如经过高细粉磨的矿渣；也不要单独使用酸性较强而且活性较高的掺合料，比如超细沸石粉或者硅灰等。如果一定要采用酸性较强或活性较高的掺合料时，要注定加入适量磨细的碱性和惰性的掺合料，比如可以将硅灰石尾矿粉和石灰石复合搭配使用。这些方法因为取代部分活性掺合料和水泥，胶凝材料的化学收缩幅度得到有效减少，从而也有效的降低了自收缩值；并且可以降低组成材料的亲水性，缓解了毛细孔的压力。
（二）控制水胶比可以抑制自收缩
人们对于混凝土的水胶比形成一种惯性的思维定式，即他们认为水胶比越小，混凝土毛细孔半径就越小，其耐久性也会越好。其实水胶比的控制固然不可过高，但也决不是越低越好，不能因为片面追求尽量小的毛细孔半径和片面的高强度，而忽略了保证混凝土合理的孔隙结构和足够强度的要求。在控制水胶比时既要考虑到保证混凝土的强度，也要考虑到减小自收缩值，因此在满足强度要求的前提下的最大水胶比才是相对合理的水胶比。人们普遍认为毛细孔半径越小，抗大气稳定性、抗冻性、抗渗性就越好，但是其实毛细孔小到一定程度时，即毛细孔半径小于0.1μm时，就会出现毛细孔凝结、自收缩应力增大等现象，反而影响了混凝土在大气中的抗冻性、抗大气稳定性和整体结构的抗渗性。
因此，在进行水胶比控制时，要尽量将混凝土中出现几率最大的孔隙控制在一定的范围内，不仅要尽量减少微细毛孔数量，增加大毛细孔和超微孔的数量，以减少混凝土的自收缩裂缝和毛细孔内部的含湿量，又要减少过粗的大毛细孔数量，以满足混凝土强度的根本需求，在遵循以上原则的基础对水胶比进行控制，从而提高混凝土的抗冻性、抗大气稳定性和抗渗性。另外需要注意的，施工方法和使用环境不同，水胶比的控制也要因料而宜，才能保证混凝土的最佳孔隙结构。
（三）骨料与纤维可以抑制自收缩
因为高性能混凝土结构中，引起自收缩的材料是水泥，所以混凝土中掺入的骨料作用机理也可以像干燥收缩一样，起到降低体系自收缩和约束水泥石变形的作用。自收缩引起骨料弹性变形对抑制水泥浆的自收缩起到一定作用，而另一方面混凝土中掺入骨料又减少了水泥浆的使用量，因此同等尺寸的混凝土和水泥浆相比，混凝土的自收缩要远远小于水泥浆，由此可见，骨料的弹性模量和体积含量大大的影响着自收缩值。通常高性能混凝土骨料体积含量越大，自收缩值就越小，同配比的混凝土也同时随着骨料弹性模量的增加而降低自收缩值。
纤维对于自收缩的抑制作用与骨料十分相似，它也是约束水泥石自干燥而达到降低自收缩值的目的。高弹性模量的碳纤维或钢纤维不旦可以抑制早期自收缩，对于后期体系的抑制自收缩作用也十分明显。
参考资料：
[1]安明喆，高性能混凝土自收缩的研究[D]，清华大学博士学位论文，1999
[2]冯乃谦，高强混凝土结构[M]，北京，机械工业出版社，2004
[3]张涛，覃维祖，混凝土早期开裂敏感性评价[J]，混凝土，2005
[4]郭宏宝，高性能混凝土在工程实践中的技术应用[J]，山西建筑，2009（35）
[5]蔣正武，国外混凝土自收缩研究进展评述[J]，混凝土，2001(4)
使用高性能混凝土的目的除了其它高强度，更为重要的是它的不易渗透性和高耐久性，所以高性能混凝土的结构开裂相比普通混凝土来说影响更大，因此正确评价和预测高强混凝土自收缩旨起的潜在开裂和约束应力是一项比较重要的研究，本文对影响混凝土自收缩的原因做了浅显的研究，分析了影响自收缩的因素，并提出一些抑制自收缩的对策与大家共同探讨。
关键词：高性能；混凝土；自收缩
一、自收缩产生原因
上文中说到自收缩是混凝土在终凝后，在无外界水份交换、恒温的条件下混凝土整体结构的缩小，这也是它与干缩的区别所在，它不仅发生在混凝土表面，它还从整体均匀的发生，不管理表面还是内部。水泥和水发生作用时，二者形成的水化产物体积小于水和水泥的体积之和，当混凝土有较大的流动性时，可以缩小宏观体积，以对水泥水化产生的体积缩小进行补偿；但随着混凝土的流动性逐渐降低，混凝土就无法依靠其宏观体积的缩小再对其做出补偿，当混凝土达到一定强度时，主要依靠在内部形成空隙来补偿水泥水化产生的体积变化，当混凝土终凝后，由于其体积变化主要是由内部空隙来完成补偿的，在内部空隙形成会产生相应的毛细管张力，从而使混凝土的宏观体积出现收缩的情况。水灰比越高，混凝土内部因形成空隙而产生的毛细管张力会越小，混凝土的自收缩程度也越小；但当水灰比很低的情况下则反之。
二、影响自收缩的因素
（一）水泥
根据国内外科学家的实验结果证明：水泥净浆种不同，自收缩能力也不同，早强水泥和铝酸盐水泥的自收缩相对较大，如果使用低C3A和C2S或者C4AF的硅酸盐水泥，则可以降低自收缩，混凝土用低热或中热硅酸盐水泥来制备，其收缩值要远远低于曾通硅酸盐水泥。并且水泥的细度也对自收缩有一定的影响。
（二）外加剂
高效减水剂可以增大流动度，因此对于降低自收缩值有一定的作用。而干缩减少剂则可以减少百分之五十的自收缩。膨胀剂也会对自收缩产生一定的影响，但主要取决于它的种类，某些氧化钙膨胀剂可以减少自收缩；引气剂无法对混凝土自收缩产生影响。
（三）矿物掺合料
将比表面积在400m2/kg以上的矿渣掺入到水泥中，自收缩会因为掺入量的多少而增大或缩小，一般情况下掺入量越多，自收缩越大，反之则越小，一般矿渣的掺入量不得大于70%；如果将比表面积为338m2/kg的矿渣掺入到水泥中，自收缩值不会随着矿渣的量有所变化；如果将硅灰掺入到水泥中，则会增大混凝土的自收缩值，硅灰的量越多，收缩值会越大；粉煤灰掺量也会影响自收缩，只是煤灰量越大，自收缩值就越小，不过粉煤灰掺量如果超过了20%，那么对自收缩的影响就要对不那么明显；偏高岭土加入水泥中的含量超过10%，水泥浆的自动收缩值最大；经过防水处理后的粉末加入水泥中，可以减少自收缩，如果偏高岭土经过防水处理，那么在后期对自收缩的影响就消失了；但是硅质粉末经过防水处理后，还可以保持很长时间的作用效果。
三、高性能混凝土中抑制自收缩的对策
（一）优化组合混凝土料种类可以抑制自收缩
在选择和使用混凝土掺合料种类时，要从各方面考虑各种掺合料的碱性与酸性、惰性与活性的合理搭配和选择，以使掺合料在配合后保持适当的酸性和活性，从而避免掺合料二次水化速度过快、活性过高、造成过大的混凝土早期自收缩和二次化学收缩，同时又改善了混凝土的和易性，保证了混凝土早期强度和后期强度的良好状态。所以，生产高性能混凝土时最好不要单独使用过量的高活性掺合料，比如经过高细粉磨的矿渣；也不要单独使用酸性较强而且活性较高的掺合料，比如超细沸石粉或者硅灰等。如果一定要采用酸性较强或活性较高的掺合料时，要注定加入适量磨细的碱性和惰性的掺合料，比如可以将硅灰石尾矿粉和石灰石复合搭配使用。这些方法因为取代部分活性掺合料和水泥，胶凝材料的化学收缩幅度得到有效减少，从而也有效的降低了自收缩值；并且可以降低组成材料的亲水性，缓解了毛细孔的压力。
（二）控制水胶比可以抑制自收缩
人们对于混凝土的水胶比形成一种惯性的思维定式，即他们认为水胶比越小，混凝土毛细孔半径就越小，其耐久性也会越好。其实水胶比的控制固然不可过高，但也决不是越低越好，不能因为片面追求尽量小的毛细孔半径和片面的高强度，而忽略了保证混凝土合理的孔隙结构和足够强度的要求。在控制水胶比时既要考虑到保证混凝土的强度，也要考虑到减小自收缩值，因此在满足强度要求的前提下的最大水胶比才是相对合理的水胶比。人们普遍认为毛细孔半径越小，抗大气稳定性、抗冻性、抗渗性就越好，但是其实毛细孔小到一定程度时，即毛细孔半径小于0.1μm时，就会出现毛细孔凝结、自收缩应力增大等现象，反而影响了混凝土在大气中的抗冻性、抗大气稳定性和整体结构的抗渗性。
因此，在进行水胶比控制时，要尽量将混凝土中出现几率最大的孔隙控制在一定的范围内，不仅要尽量减少微细毛孔数量，增加大毛细孔和超微孔的数量，以减少混凝土的自收缩裂缝和毛细孔内部的含湿量，又要减少过粗的大毛细孔数量，以满足混凝土强度的根本需求，在遵循以上原则的基础对水胶比进行控制，从而提高混凝土的抗冻性、抗大气稳定性和抗渗性。另外需要注意的，施工方法和使用环境不同，水胶比的控制也要因料而宜，才能保证混凝土的最佳孔隙结构。
（三）骨料与纤维可以抑制自收缩
因为高性能混凝土结构中，引起自收缩的材料是水泥，所以混凝土中掺入的骨料作用机理也可以像干燥收缩一样，起到降低体系自收缩和约束水泥石变形的作用。自收缩引起骨料弹性变形对抑制水泥浆的自收缩起到一定作用，而另一方面混凝土中掺入骨料又减少了水泥浆的使用量，因此同等尺寸的混凝土和水泥浆相比，混凝土的自收缩要远远小于水泥浆，由此可见，骨料的弹性模量和体积含量大大的影响着自收缩值。通常高性能混凝土骨料体积含量越大，自收缩值就越小，同配比的混凝土也同时随着骨料弹性模量的增加而降低自收缩值。
纤维对于自收缩的抑制作用与骨料十分相似，它也是约束水泥石自干燥而达到降低自收缩值的目的。高弹性模量的碳纤维或钢纤维不旦可以抑制早期自收缩，对于后期体系的抑制自收缩作用也十分明显。
参考资料：
[1]安明喆，高性能混凝土自收缩的研究[D]，清华大学博士学位论文，1999
[2]冯乃谦，高强混凝土结构[M]，北京，机械工业出版社，2004
[3]张涛，覃维祖，混凝土早期开裂敏感性评价[J]，混凝土，2005
[4]郭宏宝，高性能混凝土在工程实践中的技术应用[J]，山西建筑，2009（35）
[5]蔣正武，国外混凝土自收缩研究进展评述[J]，混凝土，2001(4)