论文部分内容阅读
自收缩是导致高性能混凝土(HPC)早期开裂的主要因素。掺入饱水轻骨料具有内养护效果,可有效抑制HPC自收缩的发展。然而,轻骨料的掺入量过大会降低混凝土的力学性能与耐久性。本文结合轻骨料吸释水性能、混凝土温度变形和湿度变化等试验参数,对内养护水掺量与自收缩相关性进行试验与机理研究。研究目的是在消除早期自收缩的前提下得到轻骨料的最小掺量。本文主要工作内容与结论如下:(1)开展了自密实内养护混凝土配合比设计,解决了混凝土振捣成型过程中轻骨料的上浮问题。设置了0%、30%、70%和100%四种轻骨料掺量的混凝土配合比,其中100%表示按Bentz公式计算的消除自收缩所需饱水轻骨料掺量。(2)监测了恒温环境下不同饱水轻骨料掺量混凝土内部的湿度和温度变化过程。试验发现,温度时变曲线存在上升段、下降段与平稳段,对应于水泥水化热释放速率的时变特征;湿度时变曲线呈现出上升-下降-上升-下降的规律,该规律是新拌混凝土泌水重吸收、混凝土内部轻骨料吸释水过程以及水泥水化过程三者综合作用的结果。(3)对不同轻骨料掺量混凝土分别开展了密闭和干燥条件下的自由变形(Free Deformation)试验。结果表明,饱水轻骨料在干燥和密闭条件下均有减缩作用,且减缩作用随着轻骨料掺量增大而增强。对相同轻骨料掺量的混凝土而言,干燥条件下的自由收缩值远大于密闭条件下的自由收缩值。从密闭条件下的自由变形中剥离温度变形得到自发变形(Autogenous Deformation)。5天时的自发变形数据显示,70%和100%掺量的混凝土分别出现了85μm/m和119μm/m的膨胀变形,0%和30%掺量的混凝土分别出现了297μm/m和61μm/m的收缩变形,约41%掺量的饱水轻骨料即可消除5天时的自收缩变形,这说明不需要按Bentz公式计算的内养护水量也可以完全消除早期自收缩。(4)对不同轻骨料掺量混凝土分别开展了力学性能和吸水性能试验。与0%掺量组别对比,30%、70%和100%轻骨料掺量混凝土的标准立方体抗压强度分别下降7%、16%和30%;5天龄期的弹性模量分别下降2.2%、4.8%和11%;28天龄期的弹性模量分别下降了2.3%、3.6%和5.5%;对40天龄期的混凝土而言,烘干失水量分别增大4.8%、16.2%和24.2%,烘干冷却浸水后的吸水量分别增大5.2%、11.5%和19.8%。结果表明,饱水轻骨料掺量越大,混凝土的力学性能越差,吸水性能越强。(5)采用“软壳硬核”模型计算得到了轻骨料在不同混凝土中的分布规律和受保护浆体体积占所有水泥浆体的比例。结果表明,轻骨料掺量越大,水泥浆体到轻骨料表面的“平均距离”越小,即内养护水分不需要传输很远便可养护大部分水泥浆体。假设受内养护水保护的水泥浆不发生收缩,通过受保护浆体体积推算水分迁移距离发现,若使轻骨料掺量为41%的混凝土不发生自收缩,内养护水分迁移距离应在1mm-2mm内。(6)将30%、70%和100%掺量混凝土的自发变形减去0%掺量的自发变形,得到不同饱水轻骨料掺量引发的混凝土“相对膨胀”随时间变化规律。结果显示,不同轻骨料掺量混凝土的早龄期“相对膨胀”速率基本相同,“相对膨胀”持续时间也会随着掺量增大而增大。此外,为得到消除早龄期自收缩的最小轻骨料掺量,将Bentz公式中的化学收缩值重新定义,并采用早龄期水化度替代最大水化度,因此避免了过量掺入轻骨料带来的负面影响。