外加剂对混凝土收缩的影响

外加剂对混凝土收缩的影响一、粉煤灰对混凝土早期收缩的影响掺粉煤灰混凝土的配合比、初凝时间和坍落度见表2，早期收缩试验结果见图2。试验结果表明，掺粉煤灰混凝土的早期收缩规律与单掺减水剂的混凝土相同，大量的收缩主要产生于初凝至24h之间。24h后，收缩速率明显减缓。在这一试验条件下，粉煤灰的掺入能适当降低混凝土的早期收缩，且随着粉煤灰取代率提高，混凝土的早期收缩减小。取代率为10％～50％时，早期收缩下降5％～15％左右。减水剂极大地增加混凝土的早期收缩，水胶比相同时，掺减水剂混凝土的48h收缩率为220×10-6。不掺减水剂时收缩率只有55×10-6两者相差约4倍，而且，不掺减水剂的混凝土1m3实际水泥用量为470kg，用水量为220kg，而掺减水剂混凝土的水泥和用水量分别只有420kg和197kg，这是非常值得引起重视的。减水剂增大混凝土收缩的作用机理目前尚无明确的结论，可能与减水剂的分散作用改变了孔结构，以及表面活性剂在水泥颗粒表面的定向排列改变了胶体的电场有关。二、矿粉对混凝土早期收缩的影响矿粉对混凝土早期收缩影响的配合比见表3，试验结果见图3。试验结果表明，掺矿粉混凝土的早期收缩规律与掺粉煤灰的混凝土相似，在相同取代率时，矿粉降低混凝土早期收缩的作用效果略优。需要说明的一点是，本试验中试样的4个侧面抽去聚四氟乙烯板后。留下3mm的空隙，混凝土中的部分水向空间蒸发，产生了少量的干燥收缩。事实上，试验结束时也观察到钢模内壁结有少量凝结水，使测得的混凝土早期收缩大于真正密封状态的自收缩值。但作为掺合料对早期收缩的影响机理，仍可引用混凝土自收缩理论。混凝土自收缩机理通常采用毛细孔负压学说，即自收缩由混凝土内部毛细孔负压形成拉应力而引起。根据Raouh定律，当水中含有可溶物质或离子时，水的蒸汽压将随着可溶物质浓度提高而降低。因此，水溶液浓度越高，相对湿度就越小。对混凝土内部相对湿度而言，可以用可溶离子摩尔浓度来评价，按下式计算：式中：M为可溶离子浓度(mol·L)，m为可溶离子量(mo1)，为可蒸发水量(L)。过此种方式的计算和实际内部相对湿度的测定可以发现混凝土内部可溶离子浓度与相对湿度具有较好的线性关系(见图4)。根据这一理论，可以从一个角度，较好地解释低水胶比混凝土自收缩较大的原因，同样也可解释矿粉和粉煤灰降低混凝土早期收缩的机理。即低水胶比混凝土的可蒸发水量减少。可溶离子浓度增大，导致混凝土内部相对湿度降低，增大混凝土自收缩。对掺矿粉和粉煤灰的混凝土而言，一方面因为水化过程的改变使得水化产物和孔结构发生了变化，从而改变了凝胶孔水、吸附水、层间水量之间的比例，最终影响早期收缩。另一方面，由于矿粉和粉煤灰等量取代，一次水化水泥量随取代量增大而减少，二次水化作用的时间滞后，延缓了水化进程，使得混凝土内部可溶离子量及可溶离子浓度降低，内部相对湿度就较高，从而减小混凝土的早期收缩。三、减缩剂对掺粉煤灰和矿粉混凝土早期收缩的影响由于减水剂的应用，使得混凝土早期收缩大大增加，因此通过减缩剂技术来降低混凝土的早期收缩，在技术上是切实可行的，并被认为是混凝土裂缝控制的最有效措施之一。为此，设计了一组掺减缩剂混凝土早期收缩的对比试验，配合比见表4。早期收缩试验结果见图5。试验结果表明，减缩剂能显著降低掺粉煤灰和矿粉混凝土的早期收缩。48h时的减缩率分别达47.0％和46.3％。说明减缩剂对矿粉和粉煤灰具有良好的相容性。减缩剂的作用机理及与减水剂的相容性见文献。四、减水剂品种对混凝土收缩的影响这一试验的设计是保持混凝土配合比不变，外掺减水剂，在增大坍落度条件下，比较掺减水剂后收缩的变化情况。收缩试验混凝土配合比见表1。早期收缩试验结果见图3。试验结果表明，在配合比相同的条件下，虽然不同减水剂品种之间的混凝土收缩略有差异，但均显著增大混凝土的早期收缩。前24h收缩增幅较快，24h后收缩速率减缓。而不掺减水剂的基准混凝土，大约在前5h内收缩较快，而后减慢。与不掺减水剂的基准混凝土相比，掺脂肪族系、萘系、胺基磺酸盐系减水剂的24h时收缩率比分别为357，410和368。从绝对值来看，基准混凝土的早期收缩值小于70×10～m／m，而掺减水剂混凝土的早期收缩均大于200×10～m／m。因此，出现早期收缩裂缝的可能性大大增加。经24h早期收缩测试后测得的干燥收缩试验结果表明，28d龄期时，掺脂肪族系、萘系、胺基磺酸盐系减水剂的混凝土收缩率比分别为130、132和138。这一试验结果与参照GBJ82标准方法(采用本研究的同一配合比)测得的试验结果相似。掺3种不同减水剂的混凝土收缩率比分别为126，130和135。虽然收缩规律和收缩率比相似，但28d收缩值不同。从24h后起测时，掺3种减水剂混凝土的收缩值分别为420×10-6，446×10-6，426×10-6m／m，而根据GBJ82测得的28d收缩值分别为362×10-6，390×10-6，375×10-6m／m，相应增大约50×10-6m／m。图4是采用本研究方法测得的24h早期收缩加上24h后测得的干燥收缩曲线。28d龄期时，与基准混凝土相比，掺脂肪族系、萘系、胺基磺酸盐系减水剂的总收缩增量分别达265.5×10-6，269.0×10-6和315.0×10-6m／m，收缩率比达182，183和197，远远大于按GB82方法测得的结果。说明现行国家标准试验方法由于没有测量到混凝土的早期收缩而远远低估了减水剂对混凝土收缩的影响。当然，这里忽略了早期养护对收缩的影响，但并不影响对这一规律的结论。为了进一步验证基准水泥中减水剂对混凝土早期收缩的影响，选用基准水泥进行了对比试验。配合比与表1相同，试验结果见表2。收缩规律与新都水泥的相似，减水剂的掺人同样显著增大混凝土早期收缩。3种减水剂24h的收缩率比分别达到300、327和317。值得说明的一点是，这一早期收缩试验虽然是在密封状态下进行，但由于四周的聚四氟乙烯板抽出后留下的3mm空隙，使混凝土中的部分水析出，并在钢模板上形成少量的冷凝水，测得的数值小于干燥收缩值，但又大于自收缩，因此，采用早期收缩这一概念，目前正在对试验装置进一步完善。五、坍落度相同时，减水剂对混凝土收缩的影响减水剂的分散作用，使得水泥浆体絮凝结构解体，从而释放出被水泥颗粒包裹的游离水，因此，在混凝土配合比不变的条件下，相当于增加了用水量，或增大了水灰比，成为增大收缩的原因之一，但减水剂增大混凝土收缩是否与此相关，值得探讨。为此，设计了2组混凝土坍落度基本相同，水泥用量相同，但用水量减少的配合比(为了简化和对比的需要，水泥用量及用水量改变时，砂石料用量未作相应调整，因此，严格意义上并不是1m3。减水剂品种为脂肪族系)，见表3，早期收缩试验结果见图5。早期收缩测试结束后测得的收缩试验结果表明，掺减水剂的混凝土收缩同样增大。水泥用量分别为450kg／m3和550kg／m3时，28d龄期的收缩率比为1：24。而以全收缩表征时(见图6)，收缩率比则达220和240。因此，如果忽视混凝土的早期收缩，而仅以后期干燥收缩值表征，一方面弱化了减水剂对混凝土收缩的增大作用。另一方面，对正确认识混凝土的总收缩和早期抗裂极为不利。