對輕骨料混凝土收縮性能的探究

摘 要：研究了不同吸水率、不同預濕程度的輕骨料對不同水膠比混凝土收縮性能的影響，并與普通骨料混凝土、混合骨料混凝土進行對比分析。在低水膠比時輕骨料混凝土的收縮大于普通骨料混凝土，在高水膠比時，早齡期輕骨料混凝土的收縮小于普通骨料混凝土，而后期大于普通骨料混凝土； 隨著骨料預濕含水率的提高，輕骨料混凝土的收縮變形減小，在早期尤為顯著，通過預濕處理提高輕骨料預飽水程度可以顯著降低輕骨料混凝土的收縮。

關鍵詞：輕骨料混凝土；收縮；含水率；吸水率

隨著現(xiàn)代結構工程向高層、大跨方向發(fā)展，具有輕質高強、耐久性和抗震性好等獨特優(yōu)點的高性能輕骨料混凝土將在橋梁工程、高層建筑、軟地基和耐久性要求高地區(qū)及地震區(qū)中得到更加廣泛的應用。但是，輕骨料混凝土也有一定的不足之處——輕骨料彈性模量低，限制水泥石收縮變形的能力小，輕骨料粒徑和表面特征不好導致水泥用量增多等原因，都會造成混凝土的收縮增大，最終導致建筑物結構的開裂。近年來，隨著低水膠比和高活性礦物摻合料為特征的高性能混凝土的廣泛應用，混凝土的收縮與開裂已經成為工程質量中極其普遍和嚴重的問題，混凝土的裂縫呈現(xiàn)越來越早的趨勢。因此，如何減小輕骨料混凝土的收縮及防止混凝土開裂，同時又能保持其輕質高強的特點，成為當前輕骨料混凝土研究和應用中迫切需要解決的問題之一。

通過采用不同吸水率的輕骨料及同種輕骨料進行不同預濕處理后所配制的輕骨料混凝土與普通混凝土之間的對比，來研究輕骨料對不同水膠比混凝土收縮變形的影響規(guī)律。選擇兩種不同吸水特征的陶粒（賓縣圓球型頁巖陶粒（BY）和大慶粉煤灰陶粒（QF）），分別預濕處理，使其具有不同含水率，配制三種水膠比的輕骨料混凝土，并與同條件的普通骨料（P）混凝土和混合骨料（H-BY和P各50%）混凝土對比，研究各組混凝土的收縮性能。

1 輕骨料含水率對混凝土收縮變形的影響

由于陶粒具有很強的吸水性，隨著時間的延長陶?？梢晕崭嗟乃?，并且經過預濕處理的陶粒在混凝土中可以逐漸釋放預吸收的水份，改善混凝土的性能。我們對BY分別進行1、24h以及壓力飽和預濕，從而研究不同含水率條件下陶粒對混凝土干燥收縮的影響。

結果表明，陶粒含水率對混凝土收縮的影響十分明顯，通過提高陶粒含水率可以顯著降低輕骨料混凝土的收縮率。在使用過程中，混凝土水化以及表面水分的蒸發(fā)，使得混凝土內部濕度不斷降低并產生濕度梯度，陶粒中的孔尺寸遠大于水泥基體中水化所形成的毛細孔尺寸，從而水泥漿體中毛細孔張力遠大于陶粒表面的毛細孔張力。隨著水泥漿體的逐漸硬化，水泥石毛細孔中的相對濕度逐漸低于陶粒內，陶粒中的水分將向水泥石中遷移，陶粒含水率越高，可供遷移的水分越多對漿體收縮的補償作用越大，混凝土的收縮值也就越小。h吸水率7.0%的600級圓球型頁巖陶粒的有效彈性模量僅有1.09×104MPa左右，對水泥石收縮的限制作用較小，且陶粒內的水分在混凝土中的釋放是一個長期的過程，隨著齡期的延長，輕骨料混凝土中仍有可供蒸發(fā)的自由水存在，收縮仍在持續(xù)增長，而普通骨料混凝土的收縮趨于平緩。

2 不同吸水率輕骨料對混凝土收縮變形的影響

為了研究不同吸水率輕骨料對混凝土收縮的影響，選取1h吸水率為17%的QF陶粒、6.6%的BY陶粒、以及BY等體積取代50%P進行了試驗，具有較高吸水率的QF陶粒混凝土收縮率明顯小于其他幾組，在前3d甚至出現(xiàn)微膨脹，但是盡管其收縮的絕對值較小，收縮曲線的斜率卻相對較高，隨著齡期的延長，收縮率逐漸超過其他幾組混凝土。這是因為QF陶粒吸水率高，吸水、返水速度均較快，其早期返水對混凝土干燥失水的補償作用顯著，而1h吸水率14.7%的800級燒結粉煤灰陶粒的有效彈性模量僅13.4GPa左右，對水泥石收縮的抑制作用低，二者的綜合作用使得該混凝土早期收縮小，但隨齡期的增長幅度較大。用部分陶粒代替石子的混合骨料混凝土，早齡期預濕輕骨料的蓄水作用占主導地位，隨著齡期的延長，石子對漿體收縮的抑制起主要作用。

3 水膠比對輕骨料混凝土收縮變形的影響

為研究水膠比對混凝土收縮的影響規(guī)律，采用0.30、0.45、0.60水膠比，預濕1h的BY陶粒所配制的輕骨料混凝土與普通骨料混凝土進行對比。

混凝土的收縮隨水膠比的增大而減小，這是因為在低水膠比時，除干燥收縮外還會產生較大的自收縮，且低水膠比的混凝土中總收縮主要是由自收縮引起的。收縮的主要部分起源于C- S- H以及與其有關的孔隙率。改變水膠比也可改變C- S- H顆粒在其形成過程中堆聚的密度，這又會影響他們之間的結合、微觀孔尺寸分布。因而隨水膠比的降低，自干燥引起的收縮在干燥條件下的總收縮中所占比例逐漸增大。并且，本試驗是固定用水量，隨著水膠比的提高水泥用量減少，水泥石的收縮也相應減小，因此，水膠比越小收縮越大。

相同試驗條件下，有效水膠比較低時，普通混凝土的水分蒸發(fā)量低于輕骨料混凝土，在水膠比較高時則相反，這種情況可能與輕骨料的吸水特性有關。當水膠比較高時，混凝土的流動性增大，在混凝土成型密實的過程中，輕骨料混凝土和普通混凝土的分層結構差異較大。對于普通混凝土，密度較小的水、水泥漿及帶有較小細骨料的水泥砂漿上浮，碎石及較大顆粒的細骨料及包裹它們的水泥漿下沉，造成混凝土整體的不均勻；而輕骨料混凝土，則是密度較小的輕骨料、水等上浮，水泥漿和砂下沉，造成混凝土整體的不均勻。輕骨料的上浮，一方面抑制了泌水，另一方面使有效蒸發(fā)面積減小。在水膠比較高時，輕骨料混凝土的水分蒸發(fā)量低于普通混凝土，且蒸發(fā)速率緩慢，而普通混凝土失水速率快，因此，在早期輕骨料混凝土的收縮低于普通混凝土，隨著齡期的增長，輕骨料混凝土的收縮逐漸超過普通混凝土。

4 結語

輕骨料含水率對混凝土收縮的影響十分明顯，含水率大于12.45%時，輕骨料混凝土的早期收縮率低于同條件的普通混凝土。因此，通過預濕處理提高輕骨料含水率可以顯著降低混凝土的早期收縮；采用高吸水率陶粒配制的輕骨料混凝土的早期收縮較小，可大大降低混凝土早期開裂的可能性，因此，在配制高性能輕骨料混凝土時，應該正確對待高吸水率陶粒的優(yōu)缺點，充分發(fā)揮輕骨料吸水返水特性；當總用水量不變時，隨水膠比降低，輕骨料混凝土和普通混凝土總收縮均相應增大；輕骨料混凝土的早期收縮接近或低于普通混凝土，隨齡期增加，輕骨料混凝土的收縮率逐漸超過普通混凝土。

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作者簡介：趙春賢，身份證號：342327197501073012。