補(bǔ)償收縮混凝土的力學(xué)性能研究綜述

(重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400041)

一、引言

補(bǔ)償收縮混凝土是一種微膨脹混凝土，加入膨脹劑之后，水化產(chǎn)物為具有一定體積膨脹性質(zhì)的鈣礬(C3A·3CaSO4·32H2O)，即膨脹源[1]。

膨脹劑的摻加往往對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土工作性有不利影響，摻量越大，越不利[1]。摻量過(guò)大之后則會(huì)破壞混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致混凝土的一些性能大幅下降[2]。現(xiàn)已有很多解決混凝土開(kāi)裂的方法，其中有關(guān)一般混凝土，主要是通過(guò)外部濕養(yǎng)護(hù)的方法來(lái)減小混凝土的收縮。但對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土，內(nèi)部已經(jīng)處于一個(gè)絕濕的環(huán)境，通過(guò)像對(duì)普通混凝土那樣的方法減小這類混凝土的自收縮就沒(méi)那么有效。輕骨料的使用必然會(huì)帶來(lái)混凝土強(qiáng)度的降低，且成本較高，因此降低混凝土的干燥收縮普遍采用的方法是加入減縮劑和膨脹劑。本論文基于前人的研究之上，就膨脹劑、水膠比和礦物摻和料三個(gè)因素對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土力學(xué)性能的影響做了一個(gè)綜述。

二、影響補(bǔ)償收縮混凝土力學(xué)性能的因素

(一)膨脹劑。目前膨脹劑種類主要是有氧化鈣型、硫鋁酸鈣類和氧化鎂類，不同膨脹劑對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土的力學(xué)性能的作用是不一樣的，由于鈣礬石和氫氧化鈣分別呈現(xiàn)針狀或柱狀和板狀，這種形狀顯然增大混凝土拌合物的粘度和屈服剪切應(yīng)力，進(jìn)而降低了新拌混凝土流動(dòng)性。膨脹劑會(huì)加速膠凝材料的水化，導(dǎo)致晶體析出迅速，縮短了新拌混凝土中結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)框架形成時(shí)間，故導(dǎo)致混凝土初凝時(shí)間較短[2]。

向混凝土中摻加適量膨脹劑時(shí)，混凝土由于外界限制條件約束，會(huì)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，這種應(yīng)力能削減混凝土所受部分拉力，進(jìn)而提高混凝土強(qiáng)度[3]。但是摻量過(guò)大時(shí)，產(chǎn)生過(guò)大的膨脹應(yīng)力，進(jìn)而破壞水泥石薄弱區(qū)并產(chǎn)生裂縫；這兩種矛盾決定了膨脹劑存在最佳摻量。

圖1沒(méi)有添加膨脹劑的混凝土a和添加膨脹劑混凝土b水化兩天之后的電鏡掃描圖[3]

強(qiáng)度不同混凝土抗壓強(qiáng)度與CSA摻量關(guān)系也存在與上述類似結(jié)論[5]。

楊易靈[5]經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：隨CSA摻量增多，抗折強(qiáng)度出現(xiàn)先增大后減少的趨勢(shì)，即當(dāng)CSA從0%增至6%時(shí)，混凝土抗折強(qiáng)度逐漸增大；CSA從6%增至10%時(shí)，混凝土抗折強(qiáng)度逐漸減小。

摻入膨脹劑之后，混凝土的強(qiáng)度都有所降低，其原因是膨脹劑在水化時(shí)消耗大量水分，制約了水泥水化進(jìn)展，因此對(duì)混凝土早期強(qiáng)度產(chǎn)生了不利影響[6]。

李承木[7]針對(duì)用MgO作為膨脹劑得到的混凝土力學(xué)性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)MgO在一定摻量范圍內(nèi)，混凝土所有力學(xué)性能隨MgO摻量增加而增長(zhǎng)。但劉加平[8]發(fā)現(xiàn)：相比于不摻膨脹劑的基準(zhǔn)混凝土，摻MgO類膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度有一定降低。

(二)水膠比。馮竟竟[9]發(fā)現(xiàn)水膠比比膨脹劑對(duì)混凝土強(qiáng)度影響更大，和所有混凝土一樣，補(bǔ)償收縮混凝土抗壓強(qiáng)度隨水膠比增大而降低。馮竟競(jìng)在研究不同水膠比水泥膠砂試件各齡期強(qiáng)度時(shí)發(fā)現(xiàn)：對(duì)強(qiáng)度影響最大的是水膠比，水膠比越大，強(qiáng)度越低?；炷恋那捌咛鞆?qiáng)度發(fā)展迅速，最后增長(zhǎng)緩慢，膨脹劑對(duì)強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)不及水膠比影響大，可以忽略不計(jì)。

但是混凝土中摻加一定的纖維之后會(huì)對(duì)膨脹收縮混凝土的強(qiáng)度有一定的提升，可以減弱膨脹劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的不利影響。膨脹劑對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響不僅與自身?yè)搅坑嘘P(guān)還和混凝土外部約束有關(guān)。當(dāng)外部約束為零時(shí)，一定摻量范圍內(nèi)，膨脹劑對(duì)混凝土強(qiáng)度沒(méi)有明顯影響，但超過(guò)一定摻量后，由于膨脹量過(guò)大而破壞了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此混凝土強(qiáng)度降低；當(dāng)存在外部約束時(shí)，一定摻量范圍內(nèi)，對(duì)膨脹變形約束使得膨脹對(duì)結(jié)構(gòu)收縮有改善作用，因此增大混凝土強(qiáng)度[1]。齊志強(qiáng)[6]研究了粉煤灰對(duì)補(bǔ)償收縮纖維混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。發(fā)現(xiàn)粉煤灰替代了部分水泥，所以會(huì)降低混凝土的早期強(qiáng)度，但是后期水化較快，強(qiáng)度增長(zhǎng)較大。

王棟民等[4]通過(guò)向補(bǔ)償收縮混凝土中添加磨細(xì)礦渣來(lái)研究其抗壓強(qiáng)度的變化以及對(duì)其收縮性能的影響。相比于40%，礦渣的摻量為20%的時(shí)對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土的抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)作用效果更好，原因是適量的礦渣可以填充水泥石孔隙，增強(qiáng)其密實(shí)度，進(jìn)而增強(qiáng)其強(qiáng)度，而過(guò)多的礦渣則會(huì)取代了水泥。

三、總結(jié)

不同的膨脹劑其膨脹原理不同，所以根據(jù)使用環(huán)境和實(shí)際工程選用不同類型的膨脹劑和最佳摻和量；礦物摻和料的加入既節(jié)約成本又可以在一定程度上增加補(bǔ)償收縮混凝土的強(qiáng)度，但是其最佳摻量應(yīng)以混凝土強(qiáng)度和其耐久性來(lái)確定。