自密實(shí)混凝土室內(nèi)干燥收縮性能預(yù)估

廖巍崴,湯勝,竇加進(jìn),俞紹林,張海濤,朱浩東

自密實(shí)混凝土室內(nèi)干燥收縮性能預(yù)估

廖巍崴1,湯勝1,竇加進(jìn)1,俞紹林1,張海濤1,朱浩東2

1. 中交第三公路工程局有限公司, 北京 100102 2. 山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院, 山東 淄博 255000

為了建立適用于自密實(shí)混凝土干燥收縮的預(yù)估模型，本文制備了不同參數(shù)的自密實(shí)水泥混凝土試件進(jìn)行干燥收縮試驗(yàn)，分別分析了粉煤灰摻量、膠結(jié)料用量及水膠比對(duì)自密實(shí)混凝土干燥收縮性能的影響規(guī)律，提出了自密實(shí)混凝土干燥收縮的預(yù)估模型。結(jié)果表明：粉煤灰對(duì)自密實(shí)混凝土的干燥收縮具有一定的抑制作用；膠結(jié)料用量越大，自密實(shí)混凝土的干燥收縮也越大；水膠比對(duì)自密實(shí)混泥土的干燥收縮性能影響特別大，隨著水灰比的逐漸增大，干燥收縮逐漸減小；利用該模型可以較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)自密實(shí)混凝土的干燥收縮。

自密實(shí)混凝土; 室內(nèi)試驗(yàn); 干燥收縮

自密實(shí)混凝土作為一種新型混凝土也存在一定的干燥收縮變形[1-3]，如果處理不得當(dāng)，則會(huì)使得自密實(shí)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微小的裂紋，勢(shì)必會(huì)對(duì)自密實(shí)水泥混凝土的強(qiáng)度特別是耐久性產(chǎn)生損害[4-6]。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者也在自密實(shí)水泥混凝土干燥收縮特性上展開了大量的研究工作，取得了許多有價(jià)值的成果。Oliveira MJ等[7]認(rèn)為自密實(shí)混凝土擁有更大的干燥收縮特性，減水劑、膨脹劑和礦物摻合料的使用有助于抑制其干燥特性。Liu KZ等[8]利用粉煤灰、高爐礦渣和偏高嶺土替代部分水泥，并借助鎂質(zhì)膨脹劑和液體膨脹劑的復(fù)合作用，制得了自收縮和干燥收縮大大降低的自密實(shí)水泥混凝土。Abdalhmid JM等[9]制備了粉煤灰摻量為0～60%的自密實(shí)混凝土，并對(duì)試件進(jìn)行了測(cè)試，通過對(duì)比認(rèn)為ACI209模型具有更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)度。但樓瑛等[10]則提出了相反的觀點(diǎn)，認(rèn)為相比王鐵夢(mèng)模型和ACI209模型，GL模型在自密實(shí)混凝土干燥收縮變形方面擁有更高的準(zhǔn)確度。郭奇等[11]則利用歐洲CEB-FIP干縮模型對(duì)自密實(shí)混凝土干縮的適用性進(jìn)行了研究，并基于試驗(yàn)結(jié)果肯定了該模型的適用性。所以在自密實(shí)混凝土干燥收縮預(yù)估上，眾說紛紜，尚缺乏具有廣泛適用性的預(yù)測(cè)模型。因此，本文選擇了粉煤灰摻量、膠結(jié)料用量和水膠比為參數(shù)，制備了參數(shù)不同的自密實(shí)水泥混凝土試件，進(jìn)行了干燥收縮試驗(yàn)，并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提出了適用于自密實(shí)水泥混凝土干燥收縮的預(yù)估模型。研究成果為自密實(shí)水泥混凝土的干燥收縮預(yù)測(cè)提供了一種新的思路與計(jì)算模型。

1 原材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

本文所采用的原材料來源于中交第三公路工程局有限公司承建的渤海先進(jìn)技術(shù)研究院項(xiàng)目。外摻劑為早強(qiáng)抗凍劑，生產(chǎn)單位為天津鑫永強(qiáng)有限公司，型號(hào)為SP406，減水率為26%，泌水率為30%，28 d收縮率比為110%，滲透高度比為75%，對(duì)鋼筋無銹蝕作用。細(xì)集料細(xì)度模數(shù)為2.9，原產(chǎn)地為遼寧，含泥量為1.5%；水泥為唐山弘也生產(chǎn)的P·O 42.5級(jí)；碎石的原產(chǎn)地為山東淄博，其粒徑為5～20 mm，含泥量為0.3%；粉煤灰為大唐魯北有限公司生產(chǎn)的F類粉煤灰。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過文獻(xiàn)資料分析，對(duì)自密實(shí)混凝土而言，影響其干燥收縮特性的因素主要包括粉煤灰摻量、水膠比和膠結(jié)料用量。本文以此為依據(jù)設(shè)計(jì)粉煤灰摻量分別為0%、10%、20%、30%的自密實(shí)水泥混凝土；并以粉煤灰摻量20%為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)膠結(jié)料摻量分別為500 kg/m3、550 kg/m3、600 kg/m3的自密實(shí)混凝土；同時(shí)制備水膠比分別為0.28、0.32、0.36、0.4的自密實(shí)混凝土。各類型自密實(shí)混凝土的配合比及編號(hào)見下表1，其坍落度及坍落擴(kuò)展度見下表2。

表1 自密實(shí)混凝土的配合比

表2 各編號(hào)自密實(shí)混凝土的工作性

對(duì)上述不同的自密實(shí)混凝土進(jìn)行干燥收縮試驗(yàn)，試件尺寸為100 mm×100 mm×515 mm，測(cè)量周期為40 d，試驗(yàn)的相對(duì)濕度為60±5%，試驗(yàn)溫度保持在20±5 ℃。為了確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每個(gè)編號(hào)的自密實(shí)混凝土制備4個(gè)試件，下文中的數(shù)據(jù)均為取平均值后的數(shù)據(jù)。

2 自密實(shí)混凝土干燥收縮試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 粉煤灰對(duì)自密實(shí)混凝土干燥收縮性能的影響

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理，不同粉煤灰摻量下的自密實(shí)混凝土的收縮曲線如下圖1所示。

從圖1可以看出在干燥收縮試驗(yàn)的初期，粉煤灰摻量對(duì)自密實(shí)混凝土的干燥收縮的影響不大，在干燥初期，自密實(shí)混凝土的干燥收縮增長(zhǎng)較快，但是7 d之后，增速逐漸減小，且隨著粉煤灰摻量的逐漸增大，自密實(shí)混凝土的干燥收縮越小。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，就干縮量而言，4#＜3#＜2#＜1#，即粉煤灰摻量30%＜20%＜10%＜0%。上述現(xiàn)象表明粉煤灰對(duì)于自密實(shí)混凝土提高其抵抗干燥收縮性能有利，其原因可能是由于粉煤灰的微填料作用及自身水化反應(yīng)緩慢，導(dǎo)致自密實(shí)混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)得到改善。

2.2 膠結(jié)料用量對(duì)自密實(shí)混凝土干燥收縮性能的影響

對(duì)不同膠結(jié)料用量的自密實(shí)混凝土進(jìn)行干燥收縮試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果整理在下圖2中。

圖1 不同粉煤灰摻量自密實(shí)混凝土的干燥收縮曲線

Fig.1 Drying shrinkage curves of self-compacting concretes with different fly ash contents

圖2 不同膠結(jié)料用量自密實(shí)混凝土的干燥收縮曲線

圖2顯示，在干燥收縮試驗(yàn)的初期，其規(guī)律依然表現(xiàn)為干燥收縮迅速增大，隨著齡期的逐漸延長(zhǎng)，增速逐漸變緩。對(duì)比不同膠結(jié)料摻量的自密實(shí)混凝土，不難看出隨著膠結(jié)料用量的逐漸增大，自密實(shí)混泥土的干燥量逐漸增大，表現(xiàn)在圖中為膠結(jié)料用量大的干燥收縮曲線在圖的上方，膠結(jié)料用量小的干燥收縮曲線在圖的下方。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，就干縮量而言，3#＜5#＜6#，即膠結(jié)料用量500 kg/m3＜550 kg/m3＜600% kg/m3。

2.3 水膠比對(duì)自密實(shí)混凝土干燥收縮性能的影響

不同水膠比的自密實(shí)混凝土試驗(yàn)結(jié)果如下圖3所示。

圖3顯示，水灰比對(duì)自密實(shí)混泥土的干燥收縮性能影響特別大，隨著水灰比的逐漸增大，干燥收縮逐漸減小。以試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的齡期40 d計(jì)算，以水灰比為0.28時(shí)的自密實(shí)混凝土干燥收縮量為基礎(chǔ)，水灰比為0.32、0.36、0.40時(shí)的干燥收縮量分別降低了8.5%、16.2%、27.3%。

圖3 不同水灰比自密實(shí)混凝土的干燥收縮曲線

3 自密實(shí)混凝土干燥收縮預(yù)測(cè)模型

現(xiàn)有水泥混凝土的干燥收縮計(jì)算模型主要包括王鐵夢(mèng)模型、GL模型和ACI209模型等，在利用上述模型進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差較大，說明上述模型不適用于自密實(shí)混凝土干燥收縮的預(yù)測(cè)。

自密實(shí)混凝土干燥收縮預(yù)測(cè)模型：

式中：ε()-最終收縮量，10-6；1-粉煤灰摻量，%；2-膠結(jié)料用量，kg/m3；3-水膠比因子，無量綱；-干燥收縮時(shí)間，d；f28-自密實(shí)混凝土28 d抗壓強(qiáng)度，MPa；,-系數(shù)；，，分別為粉煤灰摻量因子、膠結(jié)料用量因子、水膠比因子。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的、、、、的取值分別為0.817、1.26、-0.089、1.071、-0.949，則式（1）可以寫成：

利用式（2）可以預(yù)測(cè)不同齡期的自密實(shí)水泥混凝土的干燥收縮量，下圖4-圖9為預(yù)估模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比關(guān)系圖。

圖4～9顯示，無論是面對(duì)粉煤灰摻量的變化、膠結(jié)料用量的變化還是水膠比的變化，上述模型的預(yù)測(cè)結(jié)果均呈現(xiàn)出相對(duì)較高的相關(guān)度，說明該模型在預(yù)測(cè)自密實(shí)混凝土的干燥收縮量上具有普遍的適用性。當(dāng)然，該模型的是基于室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)而建立的，限于試驗(yàn)樣本數(shù)量與種類的限制，不排除存在本模型未考慮的因素會(huì)對(duì)自密實(shí)混凝土的干燥收縮性能造成影響，相關(guān)系數(shù)的取值隨著試驗(yàn)樣本與種類的增大也可能會(huì)得到進(jìn)一步的優(yōu)化。

圖4 3#試件預(yù)估效果

圖5 4#試件預(yù)估效果

圖6 5#試件預(yù)估效果

圖7 6#試件預(yù)估效果

圖8 8#試件預(yù)估效果

圖9 9#試件預(yù)估效果

4 結(jié)論

通過對(duì)自密實(shí)混凝土的干燥收縮特性的室內(nèi)試驗(yàn)研究，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）粉煤灰對(duì)自密實(shí)混凝土的干燥收縮現(xiàn)象具有一定的抑制作用；

（2）膠結(jié)料用量越大，自密實(shí)混凝土的干燥收縮也越大；

（3）水灰比越大，干燥收縮越??；

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The Prediction for Indoor Drying Shrinkage Performance of Self-compacting Concrete

LIAO Wei-wei1, TANG Sheng1, DOU Jia-jin1, YU Shao-lin1, ZHANG Hai-tao1, ZHU Hao-dong2

1.100102,2.255049,

In order to establish a prediction model for drying shrinkage of self-compacting concrete (SCC), The content of fly ash, cement content and water binder ratio were selected as variables. Self-compacting cement concrete specimens with different parameters were prepared. The drying shrinkage test was carried out to analyze the influence of fly ash content, cement content and water binder ratio on the drying shrinkage performance of self-compacting concrete. And a prediction model for drying shrinkage of SCC was proposed based on the analysis of experimental data. The results show that, fly ash can restrain the drying shrinkage of self-compacting concrete. The greater the amount of binder, the greater the drying shrinkage of SCC. The influence of water binder ratio on the drying shrinkage of self-compacting concrete is especially great. With the increase of water binder ratio, the drying shrinkage is smaller. The model established in this paper can be used to accurately predict the drying shrinkage of SCC.

Self-compacting concrete; indoor test; drying shrinkage

TU528.53

A

1000-2324(2021)03-0521-04

2020-02-28

2020-04-12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助(51908342)

廖巍崴(1983-),男,本科,高級(jí)工程師,主要從事路橋及建筑施工管理工作. E-mail:40545313@qq.com