摘要:為了防止混凝土發(fā)生裂縫,許多壩工等大體積混凝土在設(shè)計(jì)中都提出抗裂要求,自生體積變形是混凝土抗裂能力的一個(gè)重要指標(biāo)。為此,討論了混凝土自生體積變形的影響因素和規(guī)律,同時(shí)提出了通過摻入粉煤灰和膨脹劑來提高混凝土自生體積變形的膨脹量。
關(guān)鍵詞:混凝土;自生體積變形;抗裂性能
中圖分類號(hào):TV698. 231 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
混凝土依靠膠凝材料自身水化引起的體積變形,稱之為自生體積變形。膨脹水泥混凝土或補(bǔ)償收縮混凝土的體積變形可以列入自生體積變形一類。自生體積變形主要取決于膠凝材料的性質(zhì),是在保證充分水化條件下產(chǎn)生的,它不同于干縮變形,與混凝土的單位用水量無關(guān)。普通水泥混凝土的自生體積變形大多為收縮,少數(shù)為膨脹,一般在- 100～100 ×10 - 6范圍內(nèi),如果以混凝土線膨脹系數(shù)為10 ×10 - 6/ ℃計(jì),混凝土的自生體積變形較大時(shí),相當(dāng)于溫度變化數(shù)十度引起的變形,說明混凝土自生體積變形對(duì)于其抗裂性能有著不容忽視的影響。
首先對(duì)改善混凝土自生體積變形的試驗(yàn)研究進(jìn)行調(diào)研,在此基礎(chǔ)上分析了影響混凝土自生體積變形的因素,并總結(jié)混凝土自生體積變形的規(guī)律。
1 改善混凝土自生體積變形的研究
1. 1 粉煤灰和硅粉的影響
李光偉研究了粉煤灰摻量對(duì)混凝土自生體積變形的影響,其試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示:
表1 數(shù)據(jù)顯示:當(dāng)齡期大于60 d ,混凝土自生體積變形的收縮值隨著粉煤灰摻量的增加而減小,這說明粉煤灰對(duì)改善混凝土自生體積變形是有益的。黃國平研究了粉煤灰和硅粉復(fù)摻對(duì)混凝土自生體積變形的影響,其試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示:
表2 數(shù)據(jù)顯示:當(dāng)單摻粉煤灰30 %時(shí),混凝土的自生體積變形表現(xiàn)為膨脹;當(dāng)提高粉煤灰和硅粉的復(fù)摻摻量時(shí),混凝土的自生體積變形表現(xiàn)為收縮。這說明硅粉的摻入將使混凝土自生體積變形的膨脹量減小。
1. 2 氧化鎂
黃緒通過研究長沙以曲拱壩延遲性微膨脹混凝土得出的試驗(yàn)結(jié)果,如表3 所示:
表3 數(shù)據(jù)顯示:隨著氧化鎂摻量的增加,混凝土自生體積變形的膨脹量將提高,而且混凝土的自生體積變形的膨脹不會(huì)出現(xiàn)倒縮的現(xiàn)象,這說明氧化鎂能穩(wěn)定地提高混凝土自生體積變形的膨脹量。
1. 3 膨脹劑
膨脹劑能提高混凝土自生體積變形的膨脹量。王再芳等人復(fù)合摻入U(xiǎn)EA 和氧化鎂膨脹劑及粉煤灰摻合料,研究混凝土的自生體積變形規(guī)律,試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示:
表4 膨脹劑與粉煤灰摻合對(duì)混凝土自生體積變形的影響
試驗(yàn)結(jié)果顯示:氧化鎂能提高混凝土自生體積變形的膨脹量;混凝土自生體積變形的膨脹量隨UFA 摻量的增加而增大;當(dāng)UEA 摻量較小時(shí),復(fù)合摻入粉煤灰能提高混凝土自生體積變形膨脹量;提高UEA 摻量時(shí),復(fù)合摻入粉煤灰混凝土自生體積變形的膨脹量將減小。這說明膨脹劑能提高混凝土自生體積變形的膨脹量,但再復(fù)合摻入粉煤灰時(shí)要注意控制其摻量。
2 混凝土自生體積變形的影響因素
分析
混凝土的自生體積變形大小主要由化學(xué)收縮和自收縮的大小決定,一切影響混凝土化學(xué)收縮和自收縮的因素都會(huì)影響自生體積變形,而混凝土化學(xué)收縮和自收縮主要來自膠凝材料的水化。
在幾種水泥礦物中,理論上C3A 水化減縮最大( - 24. 25 %) ,根據(jù)實(shí)測(cè)資料,其干縮也是比較大的。C3S 在水泥中數(shù)量最多,它水化后體積減縮5. 26 %。水化后生成托勃莫來石凝膠在很大程度上決定了水泥石的收縮。水泥石的收縮有2/ 3是由托勃莫來石凝膠造成的,有1/ 3 是C3A 水化物造成的。在成熟度高(齡期長) 的水泥漿體中,托勃莫來石的影響還會(huì)超過2/ 3。C2S 水化緩慢、含量又低,所以它對(duì)水泥漿體的收縮影響很小,C4AF 也是如此。石膏、游離CaO 和MgO
由于吸收水分,其絕對(duì)體積膨脹,并生成穩(wěn)定的結(jié)晶結(jié)構(gòu),對(duì)補(bǔ)償收縮有良好作用。
研究表明,影響混凝土化學(xué)收縮和自收縮的主要因素是水膠比、水泥的礦物組成、摻合料品種及其摻量、膠凝材料的細(xì)度、集料的顆粒尺寸和養(yǎng)護(hù)溫濕度等。雖然這些因素對(duì)混凝土自生體積變形的影響程度仍未形成共識(shí),但以下一些基本的觀點(diǎn)是被廣泛認(rèn)同的:
(1) 水泥熟料中C3A ,C3S 的含量越大,產(chǎn)生的化學(xué)收縮越大;
(2) 膠凝材料的細(xì)度和用量越大,產(chǎn)生的化學(xué)收縮越大;
(3) 低水膠比更易引發(fā)自收縮。
現(xiàn)在,為加快施工速度,縮短工期和加快模板的周轉(zhuǎn),C3S 含量高、粉磨細(xì)度大、混合材摻量少的高早強(qiáng)型水泥倍受市場(chǎng)青睞。與此同時(shí),為滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不斷提高的要求,膠結(jié)料總用量增加及高效減水劑的使用,使得水膠比進(jìn)一步降低,這都加劇了混凝土的化學(xué)收縮和自收縮。
3 混凝土自生體積變形的規(guī)律
自生體積變形有的是收縮型,有的是膨脹型,也有先縮后脹或先脹后縮的,這與水泥品種和化學(xué)成分有關(guān)。一般來說,普通水泥混凝土的自生體積變形是收縮,礦渣水泥混凝土的自生體積變形是膨脹。自生體積變形還與粉煤灰摻量有關(guān),一般收縮型自生體積變形隨粉煤灰摻量的增加而減小。
混凝土的自變值一般在- 100 ×10 - 6 ～ 100 ×10 - 6 ,撫順礦渣大壩水泥中含MgO 含量高達(dá)4. 5 % ,3年實(shí)測(cè)自生體積變形值為膨脹100 ×10 - 6 。可見水泥中MgO 含量越高,混凝土的膨脹量越大。
用膨脹水泥拌制的混凝土,自生體積變形較大,幾天內(nèi)可達(dá)100～400 微應(yīng)變。秦皇島港工混凝土自生體積變形的試驗(yàn)結(jié)果表明,膨脹混凝土比普通混凝土的自生體積變形在開始時(shí)約大10 倍,但隨著齡期的增加,膨脹量減小,這種混凝土只有在水中才能維持膨脹量不減小。
4 結(jié) 語
總結(jié)了混凝土自生體積變形的影響因素和規(guī)律,同時(shí)提出了通過摻入粉煤灰和膨脹劑來提高混凝土自生體積變形的膨脹量。
參考文獻(xiàn):
[1]李光偉. 玄武巖人工骨料混凝土抗裂性能試驗(yàn)研究[J ] . 水電站設(shè)計(jì),2001.
[2]惠榮炎,黃國興,易冰若. 混凝土的徐變[M] . 北京:中國鐵道出版社,1998.
[3]黃國平. 摻粉煤灰和硅粉混凝土的特性[J ] . 水電站設(shè)計(jì),1994.
[4]李光偉. 長期荷載下的碾壓混凝土變形特性[J ] . 水電站設(shè)計(jì),1997.
[5]黃緒通,梁慶. 長沙雙曲拱壩應(yīng)用延遲性微膨脹混凝土實(shí)現(xiàn)無分縫的快速施工總結(jié)[J ] . 四川水力發(fā)電,2002.
[6]王再芳,鄭嵐,李蒲建. 復(fù)合型膨脹劑在混凝土施工中的應(yīng)用研究[J ] . 西北水電,1999.
