摘要:为了防止混凝土发生裂缝,许多坝工等大体积混凝土在设计中都提出抗裂要求,自生体积变形是混凝土抗裂能力的一个重要指标。为此,讨论了混凝土自生体积变形的影响因素和规律,同时提出了通过掺入粉煤灰和膨胀剂来提高混凝土自生体积变形的膨胀量。
关键词:混凝土;自生体积变形;抗裂性能
中图分类号:TV698. 231 文献标志码:A
混凝土依靠胶凝材料自身水化引起的体积变形,称之为自生体积变形。膨胀水泥混凝土或补偿收缩混凝土的体积变形可以列入自生体积变形一类。自生体积变形主要取决于胶凝材料的性质,是在保证充分水化条件下产生的,它不同于干缩变形,与混凝土的单位用水量无关。普通水泥混凝土的自生体积变形大多为收缩,少数为膨胀,一般在- 100～100 ×10 - 6范围内,如果以混凝土线膨胀系数为10 ×10 - 6/ ℃计,混凝土的自生体积变形较大时,相当于温度变化数十度引起的变形,说明混凝土自生体积变形对于其抗裂性能有着不容忽视的影响。
首先对改善混凝土自生体积变形的试验研究进行调研,在此基础上分析了影响混凝土自生体积变形的因素,并总结混凝土自生体积变形的规律。
1 改善混凝土自生体积变形的研究
1. 1 粉煤灰和硅粉的影响
李光伟研究了粉煤灰掺量对混凝土自生体积变形的影响,其试验结果如表1 所示:
表1 数据显示:当龄期大于60 d ,混凝土自生体积变形的收缩值随着粉煤灰掺量的增加而减小,这说明粉煤灰对改善混凝土自生体积变形是有益的。黄国平研究了粉煤灰和硅粉复掺对混凝土自生体积变形的影响,其试验结果如表2 所示:
表2 数据显示:当单掺粉煤灰30 %时,混凝土的自生体积变形表现为膨胀;当提高粉煤灰和硅粉的复掺掺量时,混凝土的自生体积变形表现为收缩。这说明硅粉的掺入将使混凝土自生体积变形的膨胀量减小。
1. 2 氧化镁
黄绪通过研究长沙以曲拱坝延迟性微膨胀混凝土得出的试验结果,如表3 所示:
表3 数据显示:随着氧化镁掺量的增加,混凝土自生体积变形的膨胀量将提高,而且混凝土的自生体积变形的膨胀不会出现倒缩的现象,这说明氧化镁能稳定地提高混凝土自生体积变形的膨胀量。
1. 3 膨胀剂
膨胀剂能提高混凝土自生体积变形的膨胀量。王再芳等人复合掺入UEA 和氧化镁膨胀剂及粉煤灰掺合料,研究混凝土的自生体积变形规律,试验结果如表4 所示:
表4 膨胀剂与粉煤灰掺合对混凝土自生体积变形的影响
试验结果显示:氧化镁能提高混凝土自生体积变形的膨胀量;混凝土自生体积变形的膨胀量随UFA 掺量的增加而增大;当UEA 掺量较小时,复合掺入粉煤灰能提高混凝土自生体积变形膨胀量;提高UEA 掺量时,复合掺入粉煤灰混凝土自生体积变形的膨胀量将减小。这说明膨胀剂能提高混凝土自生体积变形的膨胀量,但再复合掺入粉煤灰时要注意控制其掺量。
2 混凝土自生体积变形的影响因素
分析
混凝土的自生体积变形大小主要由化学收缩和自收缩的大小决定,一切影响混凝土化学收缩和自收缩的因素都会影响自生体积变形,而混凝土化学收缩和自收缩主要来自胶凝材料的水化。
在几种水泥矿物中,理论上C3A 水化减缩最大( - 24. 25 %) ,根据实测资料,其干缩也是比较大的。C3S 在水泥中数量最多,它水化后体积减缩5. 26 %。水化后生成托勃莫来石凝胶在很大程度上决定了水泥石的收缩。水泥石的收缩有2/ 3是由托勃莫来石凝胶造成的,有1/ 3 是C3A 水化物造成的。在成熟度高(龄期长) 的水泥浆体中,托勃莫来石的影响还会超过2/ 3。C2S 水化缓慢、含量又低,所以它对水泥浆体的收缩影响很小,C4AF 也是如此。石膏、游离CaO 和MgO
由于吸收水分,其绝对体积膨胀,并生成稳定的结晶结构,对补偿收缩有良好作用。
研究表明,影响混凝土化学收缩和自收缩的主要因素是水胶比、水泥的矿物组成、掺合料品种及其掺量、胶凝材料的细度、集料的颗粒尺寸和养护温湿度等。虽然这些因素对混凝土自生体积变形的影响程度仍未形成共识,但以下一些基本的观点是被广泛认同的:
(1) 水泥熟料中C3A ,C3S 的含量越大,产生的化学收缩越大;
(2) 胶凝材料的细度和用量越大,产生的化学收缩越大;
(3) 低水胶比更易引发自收缩。
现在,为加快施工速度,缩短工期和加快模板的周转,C3S 含量高、粉磨细度大、混合材掺量少的高早强型水泥倍受市场青睐。与此同时,为满足混凝土设计强度等级不断提高的要求,胶结料总用量增加及高效减水剂的使用,使得水胶比进一步降低,这都加剧了混凝土的化学收缩和自收缩。
3 混凝土自生体积变形的规律
自生体积变形有的是收缩型,有的是膨胀型,也有先缩后胀或先胀后缩的,这与水泥品种和化学成分有关。一般来说,普通水泥混凝土的自生体积变形是收缩,矿渣水泥混凝土的自生体积变形是膨胀。自生体积变形还与粉煤灰掺量有关,一般收缩型自生体积变形随粉煤灰掺量的增加而减小。
混凝土的自变值一般在- 100 ×10 - 6 ～ 100 ×10 - 6 ,抚顺矿渣大坝水泥中含MgO 含量高达4. 5 % ,3年实测自生体积变形值为膨胀100 ×10 - 6 。可见水泥中MgO 含量越高,混凝土的膨胀量越大。
用膨胀水泥拌制的混凝土,自生体积变形较大,几天内可达100～400 微应变。秦皇岛港工混凝土自生体积变形的试验结果表明,膨胀混凝土比普通混凝土的自生体积变形在开始时约大10 倍,但随着龄期的增加,膨胀量减小,这种混凝土只有在水中才能维持膨胀量不减小。
4 结 语
总结了混凝土自生体积变形的影响因素和规律,同时提出了通过掺入粉煤灰和膨胀剂来提高混凝土自生体积变形的膨胀量。
参考文献:
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