UFA水泥基材料早期自干燥及自收缩研究

摘 要 : 基于水泥石孔隙理论对超细粉煤灰 ( Ultra 2fine fly ash ,简称 U FA)水泥基材料的早期自干燥效应进行了理论分

文章编号 :167124431 (2007) 0320030205

高掺

第 29卷 第 3期 2007年 3月

武 汉 理 工 大 学 学 报

JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Vol. 29 No. 3 Mar. 2007

UFA 水泥基材料早期自干燥及自收缩研究

(1.武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室 ,武汉 430070 ;2.中南大学土木建筑学院 ,长沙 410075)

析及试验研究。在此基础上 ,采用改进的混凝土自收缩试验装臵对 U FA 混凝土的早期自收缩变形进行了测试。结果表 明 ,相比于基准水泥石 ,U FA 水泥石内部自干燥程度大大降低 ;且随着 U FA 的掺入 ,混凝土早期水化反应的有效水灰比 增大 ,自收缩变形随之减小 ,进一步证明水泥基材料早期内部孔隙的自干燥效应与混凝土的早期自收缩变形具有较好的 相关性。

关键词 : 超细粉煤灰 ; 水泥基材料 ; 早期 ; 自干燥 ; 自收缩 中图分类号 : TU 528. 04文献标志码 : A

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(1. Key Laboratory for Silicate Materials Science and Engineering of Ministry of Eduction , Wuhan University of Technology , Wuhan 430070 ,China ;2. Civil Architectural Engineering College , Central Sout h University , Changsha 410075 ,China)

desiccation degree of hardened cement paste containing U FA reduced more t han t hat of ordinary hardened cement paste. On t he

duced wit h t he addition of U FA , and t he more U FA was added , t he less chemical shrinkage would be. From t he above t he

crete had good correlation.

随着混凝土技术的不断发展 ,高强、性能混凝土是现今混凝土发展的趋势 ,而降低水胶比、用活性矿 物掺合料以及外加剂等正是配制高强高性能混凝土的主要技术途径。但是低水胶比的混凝土能提供水泥水 化的自由水分少 ,早期强度发展较快使自由水分的消耗也较快 ,因而在无外界供水的情况下更易产生自收缩 尤其早期的自收缩加大 ,并导致开裂 ,继而影响混凝土的强度和耐久性。因此 ,在高强高性能混凝土中 ,自收 缩现象已成为造成开裂破坏的主要原因之一 ,在总收缩中所占的比例已越来越大 ,必须引起足够的重

水泥基胶凝材料水化早期 (7 d 前)孔隙内部自干燥效应及其所配制的混凝土早期自收缩变形 ,通过理论分

基金项目 :铁道部科技研究开发项目 (2000 G031)和国家“863”计划项目 (2005A332010) .

转载

因此由于水化反应减缩的水量体积为 :ΔV w = W t - W 0 = 0. 279 W n (cm ) ,换句话说 ,相当于原来被水分占据 W 水 W 水

第 29卷 第 3期 高英力 ,等 :U FA 水泥基材料早期自干燥及自收缩研究

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析及试验测试展开系统的研究 ,并分析其内在的相关性 ,为实际的混凝土工程提供相应的理论及技术支持。

1 UFA 水泥基材料早期自干燥效应研究

分析混凝土自收缩产生的原因 ,许多研究者针对此问题已做了大量深入的研究 ,基本上可以达成这样的 认识 :在与外界无物质交换的情况下 ,水泥石基体内的水分随着胶凝材料的水化反应被不断消耗掉而产生自 身干燥 ,而产生自干燥现象的结果是使毛细孔中的水分不断被消耗掉 ,于是毛细孔中弯月面的曲率半径发生 改变 ,造成硬化水泥石受负压的作用而产生收缩 ,与干燥收缩产生的原因类似 ,都是由于毛细孔压力导致 的 [ 4 ]。因而分析水泥石内部毛细孔水分的失去 (即自干燥现象)可以帮助我们研究水泥浆体及混凝土的自 收缩现象。

对于硬化水泥浆体中的水分可以这样进行分类 ,总水量 W t ,在总水量中又可分为化学结合水 (不可蒸 发水) W n ,毛细管水 W c ,凝胶吸附水 W g ,而毛细管水和凝胶吸附水构成了可蒸发水 ,即 W t = W g + W c + W n ,水泥浆体在绝湿条件下 ,内部由于水化反应而消耗的水分属于可蒸发水部分 ,而可蒸发水的不断消耗导

致内部的自干燥加剧 ,产生毛细管压力引起自收缩。水泥浆中的孔隙水部分由于水化消耗而变空 ,而其变空 的比率就代表了单位浆体的体积内由于水化消耗产生的自干燥体积大小 ,自干燥体积的大小和自收缩的体 积大小是密切相关的 ,因而可以通过对水泥浆体自干燥部分体积的计算来间接反映水泥浆体自收缩的大小。

设水泥浆体原始加水量为 W 0 ( g ) ,水泥浆体中的水分其质量体积为 V t (cm 3/ g )。 新拌水泥浆中的水分体积这样表示

W t V t = W 0

( 1)

即质量体积没有发生改变。

随着龄期增长 ,浆体发生水化反应 ,因而浆体中水分的质量体积发生变化 ,也就是说 ,有部分水存在于孔 隙中 ,成为凝胶吸附水 ,或者有部分反应成为固相的一部分 ,即化学结合水部分 ,所以带来水分的质量体积发 生变化[ 5 ]

V t = 1 - 0. 279 W n / W t

( 2)

3

的体积部分变为了水分消耗后固相增加的体积 ;而可供消耗的孔隙水为 : W e = W t - W n ,则

ΔV w / W e = 0. 279 W n / ( W t - W n )

( 3)

就代表了孔隙变空的比率 (忽略质量体积的影响) ,即单位体积水泥浆体的自干燥体积部分 ,相当于水分消耗

而生成了固相 ,造成水分所占体积减小 ,引起自干燥 ,导致自收缩。

而 W t = W 0 + 0. 279 W n ,所以

ΔV w / W e = 0. 279 W n / ( W 0 - 0. 721 W n )

( 4)

这样就将水泥浆体的自干燥体积的求解转化为对化学结合水量的确定。 1. 1 UFA 硬化水泥浆体的化学结合水量试验 1. 1. 1 原材料及试验方法

原材料 水泥 :湖南湘乡水泥厂生产的 42. 5级普通硅酸盐水泥 ,比表面积为 330 m 2/ kg ,密度为 3. 15 g/ cm 3 ;超细粉煤灰 ( U FA) :湖南湘潭电厂生产 ,比表面积为 603 m 2/ kg ,含水率 < 1 %。

试验方法 :对 U FA 水泥石 ,采用灼烧失重法测定样品的化学结合水量 ,成型尺寸为 40 mm ×40 mm ×40 mm 的试件 ,进行各龄期的抗压强度试验。抗压强度测毕 ,将已破碎的试件碎片立即浸泡在无水乙醇中 ,停 止水化 ,然后磨细 ,接着在烘箱中 (105℃)烘 24 h (至恒重) ,取出 ,再臵于高温炉中 ,升温至 1 000℃并保持 15—20 min ,待试样冷却后 ,称重 ,然后按下式计算单位质量胶凝材料的化学结合水量[ 6 ]

W nel = ( m 1 - m 2) / m 2 - W U FA ,C / ( 1 - W U FA ,C )

式中 , W nel 为单位胶凝材料的化学结合水量 ( %) ; m 1为 105℃烘干时的质量 (g) ; m 2为 1 000℃灼烧后的质 量 ( g) ; W U FA ,C = W U FA ×W U FA , i + W c ×W c , i , ( W U FA 、 c 分别为 U FA 、泥的质量分数 ; W U FA , i 、 c , i 分别 为 U FA 、泥的烧失量)。 表 1为试验配合比 ,U FA 掺量 20 %—40 % ,保持相同的流动度成型试件。