体积稳定性

高强高性能混凝土的体积稳定性

戴荟郦

（安徽工业大学，安徽马鞍山243000）

【摘要】本文阐述了高性能混凝土体积稳定性的各种类型及其各自影响因素，介绍了目前国内外在这方面的研究进展和方法。在此基础上提出了应从综合的角度把混凝土的所有体积变形合成为一种“合变形”，并在接近实际使用条件范围内建立模型，以此更好地解决混凝土的耐久性问题。

【关键词】高性能混凝土；体积稳定性；收缩；合变形

Volume Stability of High Performance Concrete

DAI Hui-li

(Anhui University of Technology,Ma'anshan 243000 ,China) 【Abstract】Types and factors of high performance concrete volume stability has been outlined and how well this research get on in the world has been introduced．It is pointed out that all kinds of concrete volume stability should be transformed to “whole deformation” and this research should be done in the condition that is close to actual circumstance.In this way,the durability of concrete will be settled better.

【Key words】high performance concrete；volume stability；shrinkage；whole deformation

1 引言

随着混凝土科学的发展，现在配制高强度混凝土已不再困难，人们研究的重点逐渐转移到混凝土的耐久性上。高性能混凝土的研究成为当今国际土木工程界研究热点就是这一原因。而高性能混凝土的体积稳定性问题乃是热点之中的热点。增加胶凝材料用量、掺人活性矿物掺合料(如硅粉、磨细矿渣、粉煤灰等)、掺加高效减水剂以降低水胶比是配制高性能混凝土的主要技术措施。但是，正是由于这些技术措施引发了一系列复杂的体积稳定性问题。国内外土木工程界的专家学者在这方面作了大量的研究并且取得了很大的进展。日本的Shin-ichi Igarashi通过试验研究发现不含掺合料的低水灰比砂浆在水中养护产生膨胀现象

而掺有硅粉的同样砂浆则经历了从收缩到膨胀的过程，并且得出由于膨胀而在砂浆内部引起的离散微裂缝并不影响强度，而掺加硅粉的砂浆由于最终的自收缩产生的连续微裂缝明显地降低了强度[1]。法国的Loukili A．等研究超高强混凝土的自收缩与水化过程及内部相对湿度的关系时指出，超高强混凝土的水化开始非常快，但4天后就变得很缓慢，到28天时水化度仅为57．5％，并且它的收缩主要集中在前期，1天的收缩就达总收缩的45％，10天达95％，以后收缩几乎停止[2]。美国的C，Maria等研究了水泥浆的干燥收缩与水化硅酸钙的微观结构的关系，希望以此来有效地控制混凝土的干燥收缩。他们把水化硅酸钙分成高密度区和低密度区两类，并指出高密度区的水化硅酸钙的干燥收缩在相对湿度为50％时可以恢复，而低密度区则不能，而且水化硅酸钙的表面积和孔体积决定混凝土的不可恢复干燥收缩，可恢复干燥收缩则与它们无关[3]。澳大利亚的Frank进行了孔径分布对碱激活矿渣混凝土的干燥收缩影响的研究，通过孔径分布解决了同普通波特兰水泥混凝土相比，碱激活矿渣混凝土收缩较大而失重较小这一矛盾[4]。我国同济大学的杨全兵也研究了水中养护两年的高性能混凝土的自干燥收缩，研究得出混凝土中可溶离子的浓度的增大，以及层间水、吸附水、胶凝水数量在总的可蒸发水中比率的增加，是自干燥收缩的产生原因[5]。日本的Ei-ichi等研究了水泥浆的化学收缩及其与自收缩的关系[6]。然而所有这些或是经过了很大简化(基本上都是研究水泥净浆或砂浆)或是假定在特定的环境下(一般都是在水养护条件下)或是只研究收缩的某一种类型。众所周知，高性能混凝土的体积变化有很多类型，包括化学收缩、干燥收缩、自收缩、温度收缩、碳化收缩以及可能发生的膨胀等等，另外混凝土是一个非常复杂的体系，对某种收缩起控制作用的因素可能对另一种收缩有利，因此要彻底解决混凝土的体积稳定性问题，必须综合考虑各种变形（包括各种收缩和膨胀），并把它们归一为一种“合变形”加以考虑，且尽可能模拟实际环境条件，研究混凝土的体积变形及控制措施。这样才能更好更快地解决实际建筑结构的裂缝，进而解决耐久性问题。然而目前国内外在这方面研究还很少，本文基于这一技术思路，通过研究各种收缩的成因、影响因素和控制措施，然后提出从综合的角度研究评价高性能混凝土的体积稳定性问题。

2国内外高性能混凝土体积稳定性研究现状

2.1 化学收缩

混凝土的化学收缩是指在混凝土内水泥水化的过程中，水化产物的绝对体积同水化前水泥和水的绝对体积之和相比有所减少的现象。硅酸盐水泥的水化收缩率大约在7％一9％的范围内。但水化收缩在混凝土初凝前后的宏观表现形式并不相同，初凝前拌合物具有良好的塑性，因此化学收缩时通过宏观体积的减少表现出来；初凝后拌合物逐步失去塑性而形成了水泥石骨架，化学收缩并不直接引起宏观体积的变化，而是以形成内部孔隙结构的形式表现出来。因此单纯分析混凝土的化学收缩实际意义不大，应该把它溶入到别的体积变化中综合考虑。

2.1.1 化学收缩的形成原因

波特兰水泥的水化比较复杂，但四大矿物水化时都会发生不同程度的收缩。为阐述它的收缩原因以C3S的水化为例，一般认为C3S水化过程如下：

2C3S+6H2O→C3S2H3+3Ca(OH)2

完全水化时反应前后的体积变化如下：

2C3S+6H2 O→C3S2H3+3Ca(OH)2

重量456.6 108.1 342.5 222.3

密度 3.15 1.0 2.71 2.24

体积145.0 108.1 126.4 99.2

化学收缩(145.0+108.1—126.4—99.2)／253.1=10.87％

通过以上计算可以看出C3S完全水化的收缩为10.87％，其它矿物成分可按类似的方法计算。对于复杂的整个水泥体系来说，各个时段的水化程度在早期可以采用G．Yamaguchi的数据，一天后可以采用Copeland的计算数据，各物质的密度值可以参考Taz&wa等的数据。因此，根据这些就可以完全计算出各个时段的化学收缩量。

2.l.2 化学收缩的影响因素

从以上化学收缩的机理来看影响混凝土的化学收缩主要有①水泥的矿物组成，②水化时间，③骨料的含量和弹性模量，④掺合料等。

2.2 自收缩

自收缩是指在恒温绝湿的条件下混凝土初凝后因胶凝材料的继续水化引起自干燥而造成的混凝土宏观体积的减少。自收缩最早是在1934年由Lyman提出，到1940年H.E.Divis定义了自收缩。在当时的水灰比比较大的混凝土测到的自收缩