关于减少混凝土收缩的几点探讨

用 ,减少现浇混凝土的收缩开裂. 2. 2 用水泥石形成条件提高混凝土的体积稳定性
水泥石形成的温度 、压力对其体积稳定性有很 大的影响 ,见表 2. 可见 ,低压蒸养 、高压蒸养混凝土 的收缩比常温湿养减小 10 %～39 %和 72 %～80 %. 2. 2. 1 温度 、压力条件对结构形成的影响
孙南屏
(广东工业大学 建设学院 , 广东 广州 510090)
摘要 : 分析研究了混凝土沉降 、离析 、泌水时内部颗粒的运动特征和利用混凝土养护条件 、粗骨料骨架作用以及非 均态成核等方法来降低混凝土的收缩. 结果表明 ,混凝土内各颗粒的相对运动及水的高速运动导致混凝土的沉降 、 离析和泌水 ,用上述三种方法减少混凝土的收缩效果明显. 关键词 : 混凝土 ; 泌水 ; 养护条件 ; 粗骨料骨架 ; 非均态成核 中图分类号 : TU528 文献标识码 : A
1) 温度提高 ,水泥的水化反应加速 ,100 ℃ 蒸 养时水化反应比 20 ℃时加速了 9 倍[8] .
表 2 不同形成条件下形成的混凝土的收缩[ 7] Tab. 2 Shrinkage of concrete in different producting
conditions
相 对 收 缩
1 硬化前混凝土体积的稳定性
1. 1 混凝土拌合物中颗粒的运动 混凝土拌合物由不同大小和密度的固体颗粒及
水均匀混合而成. 施工作业中外力 (如振动力 、重力 、 浮力等) 既有助于混凝土的密实成型 ,又会破坏其各 组分的均匀分布 ,使其丧失连续性 ,即产生离析[4] .
如果均匀分布的颗粒群中各颗粒的运动速度不 等 ,则原有的均匀分布状态丧失. 可用 Stokes 定律和 颗粒沉降运动方程说明离析的产生[5 ,6] ,所得拌合 物中颗粒与周围混凝土的相对速度为
水灰比 0. 55 0. 55
水泥 砂子比 1/ 1. 55
1/ 1. 55
水泥用量/ (kg·m - 3)
约 405
约 400
收缩率 ( ×10 - 6)
380
230
施工方法
普通浇注成型 预填粗骨料成骨架 , 振 实 ,加入砂浆 ,再振实
备 注
室内 6 个月 , 5～30 mm 连续 级配骨料 ,100 mm ×100 mm × 400 mm 试件
ρc) ×100 % ;所需水的体积 Vw = kc Vc ;水的重量 Ww
= kc Vcρw ;水泥的重量 Wc =ρcz Vc ×100 % ,则
(W/ C) l
=
kc Vcρw ρcz Vc
= ρρc c-zρρc czρw
(3)
取ρc = 3. 15 g/ cm3 ,ρcz = 1 700 kg/ m3 ,代入式 (3) ,得
g/ cm3
t 颗粒运动时间 ,s
设 t = ∞时为最终速度 ,则
v
|
wk.baidu.com
t= ∞
=
2 r2 g 9η
(ρ
-
ρc)
(2)
可见相对速度 v 与粒径 、密度差 、粘度有关 ,这些因
素决定了混凝土的离析程度.
1. 2 水的运动与离析 、泌水
固体颗粒沉降 、水上浮引起泌水. 原则上混凝土
的沉降收缩量等于泌水量. 由于混凝土中水的体积
骨料品种 常温
低压蒸养
高压蒸养
湿养 普通水泥 快硬水泥 普通水泥 快硬水泥
高炉矿渣 1. 00 0. 84
0. 74
0. 28
0. 20
膨胀页岩 1. 00 0. 90
0. 74
0. 26
0. 21
沙砾石 1. 00 0. 70
0. 61
0. 26
0. 22
第 3 期 孙南屏 :关于减少混凝土收缩的几点探讨 1 07
第 30 卷 第 3 期 2004 年 6 月
兰 州 理 工 大 学 学 报 Journal of Lanzhou University of Technology
文章编号 : 100025889 (2004) 0320105204
Vol. 30 No. 3 Jun. 2004
关于减少混凝土收缩的几点探讨
vw va
=
ρw ρa
-
ρa ρc
= 5. 6.
该值与 V/ Vw 值是一致的. 高速运动的水 ,与骨料形
成较大的相对运动 ,引起离析 、水侵蚀 、浮浆和泌水.
如果模板不密封 ,高速运动的水会把水泥冲走 ,只剩
下骨料.
1. 3 临界水灰比( W/ C) l 近似认为混凝土中的石子形成大骨架 ,砂子填
图 1 骨料体积率与混凝土收缩的关系 Fig. 1 Relation between volume proportion of aggrerate
and concrete shrinkage
项次 1
骨料体 积分数/ %
81. 0
2
82. 6
表 1 普通成型和预填骨料混凝土的收缩 Tab. 1 The shrinkage of normal forming and prepacked concrete
Abstract : Some features of the movement of internal particles within the concrete accompanied with settlement , segre2
gation ,and bleeding are analysed and investigated in this paper ,and some methods for reducing the concrete shrinkage such as stipulating the concrete curing conditions ,employing the skeleton effect of coarse aggregate ,and creating nonho2 mogeneous phase coring are also investigated. The investigation result shows that the settlement ,segregation ,and bleeding of concrete is caused by the relative movement of the partieles within the concrete as well as the high2speed flow of water within it ,so that the foregoing three methods can be used to reduce the concrete shrinkage with remarkable effect .
2) 温度 、压力提高 ,水泥的溶解度大大提高 ,溶 液迅速达到强烈过饱和. 从溶液中结晶生成的 C2S2 H 因晶粒细小且具有很大的表面自由能 ,同时溶解 度相对较大 ,因而不断地再结晶成为更粗大的颗粒 , 水化产物颗粒粗化 、分散度降低 ,将很大的表面自由 能转化为化学结合能以提高自身的稳定性[9] ,并使 硅的聚合加剧 ,使水泥石的孔隙率下降 ,小孔减少 , 见图 2[10] (图中纵坐标为孔径大于 r 的总孔体积 V 对孔半径 r 的微分ΔV/Δr ,横坐标为孔半径 r) . 上 述作用宏观表现为比表面积降低. 试验表明 ,养护温 度 、压力提高 ,砂浆的比表面积明显降低 ,见表 3.
1 m3 ,则 V/ Vw = 5. 56. 该差距是由于水的上浮速度
大于固体颗粒沉降速度所致. 取混凝土密度 ρc =
2 400 kg/ m3 ,骨料的密度ρa = 2 650 kg/ m3 ,水的密度
ρw = 1 000 kg/ m3 ,由式 (2) 可得粒径相同时水的上浮
速度与骨料的沉降速度之比 :
分数较小 ,泌水量占总用水量的比例就远大于混凝
土的沉降收缩率. 设混凝土的体积为 V ,其中固体部
分 、水和泌水体积分别为 V s , Vw 和 Vb ,泌水率与沉
降收 缩 率 的 比 例 为 V/ Vw. 取 Vw = 0. 18 m3 , V =
1 06 兰 州 理 工 大 学 学 报 第 30 卷
Discussion on some measures for reducing concrete shrinkage
SUN Nan2ping
( Faculty of Construction , Guangdong University of Technology , Guangzhou 510090 , China)
收稿日期 : 2003210214 作者简介 : 孙南屏 (19572) ,男 ,江苏苏州人 ,副教授 ,硕士.
v
=
2 r2 g 9η
(ρ -
ρc)
1-
e
-
9η t 2ρr2
(1)
式中 r 颗粒的半径 ,cm
η 混凝土的粘性参数 ,s/ cm2
ρc ,ρ 混 凝 土 拌 合 物 与 颗 粒 的 密 度 ,
Key words : concrete ; bleeding ; curing condition ; coarse aggregate skeleton ; nonhomogeneous phase coring
近 20 年来混凝土技术突飞猛进 ,然而其收缩 、 开裂问题并未减少 ,专家学者就其机理进行了很多 研究[1～3] ,在此 ,笔者从新的角度对混凝土硬化前 、 后两阶段混凝土收缩及减缩措施进行探讨.
(W/ C) l = 0. 271. 实际工程所用水灰比基本都大于
0. 271 ,因此 ,出现浮浆 、泌水难以避免.
离析 、水侵蚀 、浮浆和泌水是硬化前混凝土沉
降 、收缩 ,体积不稳定的主要原因. 减小水灰比可减
轻上述现象. 适量泌水可避免混凝土表面的塑性开
裂并方便混凝土的表面修饰.
2 减少硬化后混凝土收缩的几点探讨
充其中 ,水泥填充砂子的空隙 ,水填充水泥颗粒的空
隙. 混凝土用水量小于等于水泥颗粒的空隙体积时 ,
不泌水 ;反之则泌水. 设混凝土用水量等于水泥颗粒
空隙体积时的水灰比为临界水灰比 (W/ C) l ,水泥的
密度 、颗粒振实堆积密度和体积分别为 ρc ,ρcz 和
Vc ,水的密度为 ρw ,则水泥的空隙率 kc = (1 - ρcz/
2. 1 利用粗骨料骨架的“内约束”作用减少混凝土 的整体收缩开裂 混凝土收缩主要由水泥石引起. 骨料 ,尤其是粗
骨料 ,自身体积稳定性高 ,可抑制水泥石的收缩. 混 凝土中骨料的体积率越高 ,混凝土的收缩就越小 ,见 图 1. 掺入骨料并不能减少水泥石的收缩. 当界面结 构完好时 ,骨料周围水泥石的收缩因受到骨料的约 束而降低. 这种约束存在于混凝土内部 ,可称为“内 约束”. 内约束使混凝土外观收缩减少 ,尤其当石子 的粒径较大 ,体积率较高 ,颗粒相互接触形成刚性较 大的骨架时 ,内约束作用尤其明显. 由此 ,在试模中 预填粗骨料形成骨架 ,再注入砂浆形成内约束混凝 土 ,用普通浇注成型混凝土作为对比 ,见表 1. 可见 内约束混凝土的外观收缩大大减小. 内约束使由水 泥石干缩引起的混凝土变形由外观变形转变为骨架 内的局部变形 ,消除开裂或使少量粗大 、贯通的裂缝 转变为众多局部分散的细小裂缝 ,使收缩裂缝分散 和细化 ,减轻外部约束对混凝土收缩开裂的促进作
different curing conditions and W/ C cm2/ g
养护条件
室温空气 常压蒸养 蒸压养护
W/ C
0. 4
0. 6
0. 8
32
52
53
25
38
40
10
15
25
注 :氮吸附 ,32. 5 P. O 软练试件.
2. 2. 2 讨论 C2S2H 是影响水泥石体积稳定性的主要因素 ,
图 2 不同温度水化 1 d 的 3 个 C3S 试样的孔分布 Fig. 2 Hole distribution of three C3S samples hydrating for
1day in different temperation 表 3 不同养护条件和 W/ C 时水泥石的比表面积 Tab. 3 Specific surface area of hardened cement paste in