掺合料对混凝土自缩性能的影响研究
时间：2021-01-09 00:03:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘 要]混凝土的自缩是在混凝土硬化阶段中由于水泥水化产生的毛细管张力作用的结果，自缩值的大小受到矿物掺合料的影响， 其影响可分为材料的活性和材料的细度两个方面。
[关键词]混凝土、自缩、掺合料
中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）11-0169-02
1、前言
近年来，随着混凝土科学的发展，尤其是高效减水剂和矿物掺合料在混凝土中的广泛应用，混凝土的水灰比大大降低。这种低水灰比的混凝土有很高的强度，在不发生裂缝的前提下是十分耐久的。但在低水灰比的情况下，强烈的水化会导致混凝土体中毛细管液面快速下降形成弯月面，混凝土内部的相对湿度快速下降，在混凝土中出现自干燥现象，从而导致混凝土宏观体积的减小，这种现象被称为混凝土的自收缩，简称自缩。在低水灰比的情况下，混凝土在硬化的早期就会产生较大的自缩，加上在实际的混凝土工程中，混凝土又不可避免地受到钢筋、模板、基底等各种约束力的作用，混凝土发生早期开裂的可能性将大大增加。由于混凝土的自缩与早期开裂现象关系紧密，因此有必要对混凝土的自缩性能及影响因素加以研究。
本文通过搜集和总结近年来行业内对混凝土自缩性能的研究资料，分析混凝土自缩的作用机理和影响因素，并总结一些减小混凝土自缩的途径。
2、混凝土自缩的作用机理
混凝土的自缩是指混凝土硬化阶段，在恒温、绝湿的条件下混凝土宏观体积的减小。混凝土的自缩与干缩都是由于水的迁移而引起的，但它不是由于水向外蒸发散失，而是由于水泥水化时消耗水分造成的，它在混凝土体内相当均匀地发生，而不仅仅在混凝土表面发生。
混凝土中的骨料体积是不变化的，但是水泥和水产生的水化反应会导致体积变化。水泥和水发生水化作用时，所形成的水化产物的总体积要小于水化作用前水泥和水的总体积，称之为化学减缩。大部分水泥水化所产生的体积减缩，都形成了混凝土的内部孔隙（毛细孔、凝胶孔），少量体积减缩直接体现在混凝土的宏观体积上。水泥水化的化学减缩量，随水化反应进程而增大，也与水泥的矿物组成有关，水泥的铝酸三钙和铁铝酸四钙含量越高，产生的化学减缩越大。
一般认为，混凝土自缩主要是混凝土中水泥水化形成的混凝土内部空隙产生的毛细管张力造成的。其具体过程如下：在拌和初期混凝土具有较大流动性时，混凝土通过宏观体积的减小来补偿化学减缩；随着水泥水化的进行，混凝土的流动性逐渐降低，当不能完全依靠宏观体积的减小来补偿化学减缩时，混凝土会通过宏观体积减小和形成内部空隙两种形式同时来补偿；随着水泥水化的进一步发展，混凝土的化学减缩主要通过形成内部空隙来补偿；在混凝土初凝以后，水泥水化继续进行，因化学减缩形成的内部空隙中水分减少，从而产生向内收缩的毛细管张力，使混凝土的宏观体积继续收缩。通常在早期混凝土强度较低时，混凝土自缩的发展速度很快。在水灰比较高的情况下，混凝土内部的毛细管较粗，由于内部空隙的形成而产生的毛细管张力很小，混凝土的自缩值也很小；但在水灰比很低的情况下，混凝土中的毛细管很细，由于内部空隙的形成而产生的毛细管张力将很大，混凝土的自缩值也将很大。
3、混凝土自缩的影响因素
（1）水泥对自缩的影响
不同种类水泥净浆的自缩能力是不同的：铝酸盐水泥和早强水泥的自缩值较大，而中热、低热水泥的自缩值较小，矿渣水泥后期的自缩值较大（21d龄期时的自缩值大于普通水泥的自缩值）。不同类型水泥对自缩的影响，实质上是水泥中不同矿物成分对自缩的影响。水泥的细度对自缩也有影响，细度较大的水泥在早期表现出较大的自缩速度。
（2）外加剂对自缩的影响
高效减水剂在增大混凝土流动度的同时，可略微降低自缩值，不同类型、不同掺量的高效减水剂对减小自缩的作用差别很小。干缩减少剂能够减小毛细水在混凝土体内的表面张力，可以减小混凝土自缩值的50%左右。膨胀剂对自缩的作用取决于它的种类，某些氧化钙型的膨胀剂可以减小自缩，而其他类型的膨胀剂虽在早期有膨胀，但随后的收缩速度与空白样相同。引气剂对混凝土的自缩没有影响。
（3）掺合料对自缩的影响
掺合料可以改变水泥各组分的水化环境，影响水化进程和水化机理，从而改变水化产物的宏观性能。不同的掺合料种类、掺量、活性、细度，对混凝土自缩的影响也不同。掺入适量的粉煤灰、石灰石粉、火山灰、矿渣等掺合料，可以明显降低混凝土的自缩，尤其是早期自缩；若掺入硅粉，在较高的环境温度下，混凝土的自缩将增大。掺合料选择和使用应事先通过试验论证，如果使用不当，比如掺量过高，反而会增大混凝土的自缩。
（4）其它因素对自缩的影响
温度对水泥浆体的自缩影响很大，在15～40℃范围内，水泥浆体的自缩值和自缩速度随温度的增加而增加。水灰比对自缩值的影响很大，当水灰比大于0.5时，混凝土的自缩值相对于干缩值而言很小；随着水灰比的减小，混凝土的自缩值和自缩发展速度增大；当水灰比小于0.35时，混凝土体的相对湿度会很快降低到80%以下，混凝土的自缩与干缩几乎各占一半。骨料的含量对混凝土自缩值的影响很大，随着骨料的含量增加，混凝土的自缩值减小；骨料的最大粒径增大，混凝土的自缩值减小；骨料的种类对混凝土的自缩也有影响，人工轻骨料混凝土的自缩值比普通混凝土小，且轻骨料混凝土的自缩值随着轻骨料的含湿量和干密度的增加而减小。在混凝土中掺加6%体积分量的钢纤维，可以降低自缩值20%左右。随养护龄期的增加，自缩值逐渐增大，但早期自缩值增加得非常快，后期发展比较缓慢。
本文重点讨论火山灰、磷矿渣掺合料对混凝土自缩性能的影响。
4、试验内容
本次试验配合比采用碾压混凝土配合比设计参数，四级配混凝土，强度等级为C15碾压混凝土，根据不同矿物掺和料的掺量，对混凝土硬化后的自缩性能进行研究。试验用配合比的相关参数见表1，试验成果见表2。
5、试验结果分析
（1）在火山灰含量不同的情况下，比较编号1和编号2的试验结果，两者的区别是编号2的火山灰掺量比编号1的多5%，由表2可以看出两者前期自缩值差别不大，后期编号2的自缩增长较快，说明掺入火山灰可以减小混凝土的自缩值，但火山灰掺量过高时，混凝土的自缩反而变大。
（2）在掺合料含量相同的情况下，比较编号3和编号4的试验结果，两者的区别是编号3的掺合料全部用火山灰，编号4的掺合料一半用磷矿渣代替火山灰，由表2可以看出编号3的混凝土自缩较小，说明火山灰对减小混凝土自缩的效果比磷矿渣好。
综合上述：第一，在混凝土中掺入火山灰、磷矿渣等掺合料，可以减小混凝土的自缩，延长最大自缩的出现时间，且在一定范围内，掺合料含量越高，减小混凝土自缩的效果越明显，但超出适宜范围后，掺合料含量越高，混凝土的自缩反而变大；第二，不同种类的掺合料对减小混凝土自缩的影响也不同，火山灰对减小混凝土自缩的效果比磷矿渣好。
6、结论
通过上述分析，从原材料选择、配合比参数等方面综合考虑，减小混凝土自缩的途径大致可分为以下几点：
（1）尽量避免使用高细度的水泥和矿渣掺和料，建议优先选择中热或低热水泥。
（2）火山灰对减小混凝土自缩的效果比磷矿渣好，建议优先选择火山灰掺和料。
（3）适当采用高性能减水剂。
（4）考虑使用有吸水性的人工或天然骨料，并在使用前吸足水分。
（5）严格控制水胶比，避免过大或者过小。
（6）在条件许可的情况下，适当增大骨料的含量和最大粒径。
参考文献
[1] 袁勇、柳献，混凝土早期收缩试验方法评价，混凝土与水泥制品，2003（5）.
[2] 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，工业建筑，2003（8）.
[3] 苏达根，水泥与混凝土工艺，化学工业出版社，2004.
[4] 李家和，掺和料对高性能混凝土早期自收缩的影响，混凝土，2002（5）.
