（材料学专业论文）自养护高性能混凝土的试验研究.pdf

西北工业大学硕十学位论文摘要 摘要 自 养护混凝土是高性能混凝土研究中的一个新课题， 它不仅抗压强度高， 而且对养 护条件要求低。在高强混凝土中掺入含水率高的预湿轻质骨料 ( 自 养护剂) ，是一种加 强低水胶比 h p c养护的新方法。本文采用预湿轻质陶砂作为 “ 自 养护剂” ，通过采用合 理的水胶比、 用水量及高效减水剂， 配制了抗压强度为8 0 m p a以上且和易性良好的自 养 护高性能混凝土。 本文采用正交试验，系统地分析了水胶比和硅灰掺量、自养护剂掺量、高效减水剂 掺量等因素对自 养护高性能混凝土性能的影响， 给出了c 8 0自 养护高性能混凝土的推荐 配合比，并利用 s p s s软件对自 养护混凝土的坍落度和 2 8 d 抗压强度进行了多元线性回 归分析，得出了自 养护高性能混凝土坍落度、2 8 d 抗压强度与水胶比、硅灰掺量、自 养 护剂掺量、高效减水剂掺量等因素的函数关系。 试验结果表明:自养护高性能混凝土在自 然养护条件下2 8 d 抗压强度可以达到标准 养护条件下2 8 d 抗压强度;自 养护剂可以 提高混凝土胶凝材料的水化程度， 降低混凝土 内由于水化反应导致的毛细孔水面下降所产生的压应力，减少了微裂缝的产生。 关键词:高性能混凝土:自 养护混凝土:自 养护剂;硅灰;高效减水剂;水胶比;自 然 养护;标准养护 西北工业人学硕 七 学位论文 摘要 abs tract c o n c r e t e w i t h a u t o g e n o u s c u r in g i s a n e w t o p i c i n h ig h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e h p c s c i e n c e . i t i s n o t o n l y h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e b u t a l s o r e l a t i v e l y i n s e n s i t i v e t o c u r i n g . mi x p r e - s o a k e d a n d h i g h m o i s t u r e c o n t e n t l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e ( a u t o g e n o u s c u r i n g a g e n t ) i n h p c , i t i s t h e n e w m e t h o d t h a t e n h a n c e m e n t c u r i n g o f lo w w a t e r / b i n d e r r a t i o h p c . u s e d p r e - s o a k e d f i n e l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e a s a u t o g e n o u s c u r in g a g e n t , a d o p t e d t h e r e a s o n a b l e w a t e r / b i n d e r r a t i o , w a t e r c o n s u m p t i o n a n d s a n d p e r c e n t a g e a n d s u p e r p l a s t i c i z e r , t h e c o n c r e t e w i t h a u t o g e n o u s c u r i n g a n d g o o d w o r k a b i l i t y a n d o v e r 8 0 mp a c o m p r e s s i v e s t r e n g t h w as ma d e . b y o r t h o g o n a l e x p e r i m e n t , t h e e ff e c t o f t h e r a t i o w a t e r / b i n d e r , t h e m i x i n g a m o u n t o f a u t o g e n o u s c u r i n g a g e n t , s i l i c a f u m e , a n d s u p e r p l as t ic i z e r f a c t o r s o n t h e p e r f o r m a n c e o f a u t o g e n o u s - c u r i n g c o n c r e t e w a s s y s t e m a t i c a l l y a n a l y z e d , t h e r e c o m m e n d e d m i x p r o p o r t i o n s p r o d u c i n g c 8 0 a u t o g e n o u s - c u r in g c o n c r e t e w a s p u t f o r w a r d . u t i l i z e s p s s s o ft w a r e , t h e a u t h o r c a r r i e d o n m u l t i - l i n e a r i t y r e g r e s s i o n a n a l y s i s o n t e s t d a t a , g a i n e d t h e f u n c t i o n a l r e l a t i o n s b e t w e e n s l u m p a n d c o m p r e s s i o n s t r e n g t h a t 2 8 d a y s o f h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e w i t h a u t o g e n o u s c u r i n g d e p e n d e n t v a r i a b l e s a n d t h e w a t e r i b i n d e r r a t i o , t h e m i x i n g a m o u n t o f a u t o g e n o u s c u r i n g a g e n t , s i l i c a f u m e , a n d s u p e r p l a s t i c i z e r v a r i a b l e s . t h e r e s u l t o f t e s t i n d i c a t e s : c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e w i t h a u t o g e n o u s c u r in g a t 2 8 d a y s u n d e r n a t u r e c u r i n g i s a s h i g h a s u n d e r s t a n d a r d c u r i n g . a u t o g e n o u s c u r i n g a g e n t c a n i m p r o v e t h e h y d r a t i o n d e g r e e o f c o n c r e t e , r e d u c e t h e c o m p r e s s i v e s t r e s s w h i c h d r o p p i n g o f w a t e r i n c a p i l l a ry o f c o n c r e t e c a u s e d a n d s e n s i t i v it y t o c r a c k i n g . k e y w o r d s : h i g h - p e r f o r m a n c e c o n c r e t e ; c o n c r e t e a u t o g e n o u s c u r i n g ; a u t o g e n o u s c u r i n g a g e n t ; s i l i c a f u m e ; s u p e r p l a s t i c i z e r ; w a t e r / b i n d e r r a t i o ; s t a n d a r d c u r i n g ; n a t u r e c u r i n g 西北工业大学硕 卡 学位论文第一章绪论 第一章 绪论 1 . ，高性能混凝土的定义 人类在远古时代就开始使用各种简单的胶结材料建筑房屋， 如古代埃及人就曾用泥 浆拌以 稻草， 将干燥的砖块粘结在一起。 到1 9 世纪3 0 年代， 英国在修建泰晤士河隧道 工程中首次大规模使用了水泥混凝土， 才 一 使人类对混凝土和混凝土技术的研究应用进入 了一个崭新的发展阶段， 这也标志着真正意义上的混凝土在建筑工程中应用的开始。 经 过1 7 0 多年的发展， 混凝土从地上到地下， 从陆地到海洋， 从一般侵蚀性环境到极其严 酷的环境， 其应用已随着社会的发展， 技术的进步走进这个世界的各个角落， 并将仍会 是今后一段时期应用最多的建筑材料。 长期以来， 人们一直以抗压强度作为评价混凝土优劣的最重要的指标， 使混凝土的 发展成为强度不断提高的过程。 1 9 7 0 年， 在第六届国际预应力混凝土学术会议上， 提出 了“ 混凝土耐久性与其强度同等重要” 的论述。当c 5 0 高强混凝土在工程中应用时。一 些远见卓识的专家指出混凝土在要求高强的同时， 也应要求好的和易性和耐久性。 1 9 9 0 年5 月， 在美国马里兰州的c a i t h e r s b u r g 城，由美国n i s t 和a c i 主办的讨论会上， 高 性能混凝土 ( h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e 简称 u k) 被定义为具有所要求的性能和均 质性的混凝土。这些性能包括，易于浇注、 捣实而不离析;高超的、能长期保持的力学 性能; 早期强度高、 韧性高和体积稳定性好: 在恶劣的条件下使用寿命长。 也就是说h p c 要求高的强度、 高的流动性与优异的耐久性。 但是， 不同的学派， 根据实际工程的要求， 对h p c 的看法有所不同: ( 1 ) 美国m e h t a p k 认 为 i : 近 年来 建 造的 暴露 于 腐蚀 性 环 境 下的 混 凝土 结 构 物， 其受腐蚀的 速度之快表明， 抗压强度指标已 不足以 保证其长期耐久性， 耐久性应放在h p c 的首位， m e h t a 还认为h p c 应满足高的抗渗性和高的尺寸稳定 性。 ( 2 ) 以冈 村为 代表的 一部分日 本学者认为2 1 : 高 流态、 免振自 密实的 混 凝土 就是高 j性能混凝土。 他们强调的是新拌混凝土的性质， 这种h p c 曾用于日本明石海峡大桥的混 凝土工程。 ( 3 ) 大多 数日 本学者 及工业界 认为 2 : h p c 是高强、 超高强与高 流态混 凝土。 因 为 高性能首先必须具有高强度。日 本建设省综合技术开发计划“ 钢筋混凝土结构建筑物超 ，i 西北工业大学硕 卡 学位论文第一章绪论 第一章 绪论 1 . ，高性能混凝土的定义 人类在远古时代就开始使用各种简单的胶结材料建筑房屋， 如古代埃及人就曾用泥 浆拌以 稻草， 将干燥的砖块粘结在一起。 到1 9 世纪3 0 年代， 英国在修建泰晤士河隧道 工程中首次大规模使用了水泥混凝土， 才 一 使人类对混凝土和混凝土技术的研究应用进入 了一个崭新的发展阶段， 这也标志着真正意义上的混凝土在建筑工程中应用的开始。 经 过1 7 0 多年的发展， 混凝土从地上到地下， 从陆地到海洋， 从一般侵蚀性环境到极其严 酷的环境， 其应用已随着社会的发展， 技术的进步走进这个世界的各个角落， 并将仍会 是今后一段时期应用最多的建筑材料。 长期以来， 人们一直以抗压强度作为评价混凝土优劣的最重要的指标， 使混凝土的 发展成为强度不断提高的过程。 1 9 7 0 年， 在第六届国际预应力混凝土学术会议上， 提出 了“ 混凝土耐久性与其强度同等重要” 的论述。当c 5 0 高强混凝土在工程中应用时。一 些远见卓识的专家指出混凝土在要求高强的同时， 也应要求好的和易性和耐久性。 1 9 9 0 年5 月， 在美国马里兰州的c a i t h e r s b u r g 城，由美国n i s t 和a c i 主办的讨论会上， 高 性能混凝土 ( h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e 简称 u k) 被定义为具有所要求的性能和均 质性的混凝土。这些性能包括，易于浇注、 捣实而不离析;高超的、能长期保持的力学 性能; 早期强度高、 韧性高和体积稳定性好: 在恶劣的条件下使用寿命长。 也就是说h p c 要求高的强度、 高的流动性与优异的耐久性。 但是， 不同的学派， 根据实际工程的要求， 对h p c 的看法有所不同: ( 1 ) 美国m e h t a p k 认 为 i : 近 年来 建 造的 暴露 于 腐蚀 性 环 境 下的 混 凝土 结 构 物， 其受腐蚀的 速度之快表明， 抗压强度指标已 不足以 保证其长期耐久性， 耐久性应放在h p c 的首位， m e h t a 还认为h p c 应满足高的抗渗性和高的尺寸稳定 性。 ( 2 ) 以冈 村为 代表的 一部分日 本学者认为2 1 : 高 流态、 免振自 密实的 混 凝土 就是高 j性能混凝土。 他们强调的是新拌混凝土的性质， 这种h p c 曾用于日本明石海峡大桥的混 凝土工程。 ( 3 ) 大多 数日 本学者 及工业界 认为 2 : h p c 是高强、 超高强与高 流态混 凝土。 因 为 高性能首先必须具有高强度。日 本建设省综合技术开发计划“ 钢筋混凝土结构建筑物超 ，i 西北工业大学硕士学位论文第一章 绪论 轻量与超高层技术开发” ( 简称 “ 新r c 总计划” ) ，从1 9 9 8 年开始进行了5 年的工 作， 获得了大量的科研成果，并在工程中获得了试验验证与工程应用。 在新r c 计划中， 以 混凝土的高强与超高强为目 标， 同时与钢筋的高强度相匹配， 把研究的对象分成四个 区，如图1 . 1 所示。 .!一:一 lr 酬一 万一厂一 ! 口 l _ j 竺塑 日 高i ; r 混凝上 v a n 一k ,1 nn曰 日d占 门兔侧濒瞪骥崛塞 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 混凝 l 的强度 /m p a 区域 i :用高强材料的r c 结构:区域i i 一1 :超高强混凝土的r c 结构 区域i i -2 :超高弧钢筋的r c 结构;区域i i i :超高强材料的r c 结构 图 1 . 1 材料强度与研究开发区关系 ( 4 ) 吴中 伟院士认为 i 3 1 ; h p c 应走绿 色化的 道路， 他认为 绿色高 性能 混 凝土的 特征 是: 更多的节约硅酸盐水泥熟料， 更多的掺加以工业废渣为主的活性细掺料， 更大地发 挥高性能优势。他还建议将h p c的强度下限从c 5 0 -c 6 0 降低到c 3 0 左右，以不损及混 凝土内部结构 ( 如孔结构、水化物结构、界面区结构等) ，保证其耐久性与体积稳定性 为度。 例如水胶比 不低于0 . 4 0 -0 . 4 2 ， 胶凝材料总用量不少于2 5 0 - 3 0 0 k g / m o ( 5 ) 冯乃谦认为 14 1 : 高 性能 混凝土必须 具 有高强 度， 或者高 强混凝土属于高性能 棍 凝土的范畴; 高性能混凝土必须是流动性好、 可泵性好的混凝土， 以 保证施工的密实性; 高性能混凝土需要控制坍落度损失，以保证施工要求的和易性。 耐久性是高性能混凝土 最重要的技术指标， 但混凝土强度高并不一定具有高耐久性。 高性能混凝土中含有一定 量的矿物质超细粉， 这是保证其高耐久性的技术关键。 当然耐久性还要与使用的环境相 结合， 这就需要采取相应的对策， 仅仅高强度是不够的。 他还认为， 根据使用的目 的与 条件不同，混凝土高性能的要求及技术途径也不同。 例如，免振自密实混凝土就是通过 混凝土的流动性与填充性，使混凝土获得密实。 其目的是消除施工噪音，获得高效率与 高度机械化施工。 特别是钢筋较密， 无法振动捣实的构件， 免振自 密实就体现出高性能。 又如水下浇注混凝土， 在浇注过程中不被水所分散， 硬化后具有均匀性、 密实性及要求 一 2- me .t 当壁竺竺竺些匕一一一一一一一一 -_ _第 一 章绪 论 的强度，这也是高性能的一种体现。 总之， “ 高性能”具有相对性，是指不同的设计荷载、不同的施工条件及使用环境 中具有优异的性能，包括优良的和易性及力学性能、高的耐久性及体积稳定性。 1 .2高性能混凝土的研究及应用现状 当前混凝土技术有向高强、高性能化发展的趋势。国际上普遍认为， 采用高性能混 凝土 ( h p c ) 来取代旧混凝土具有显著的技术经济效益。 h p c 不仅有令人满意的耐久性， 还具有优异的和易性和物理力学性能，故它一问世就受到工程界的关注。 对h p c 的研究 开发、推广利用，也受到各国政府的高度重视。 1 9 8 6 1 9 9 3 年， 法国 政府组织包括政府研究机构、高等院 校、建筑公司等2 3 个单 位展开“ 混凝土新方法” 的研究项目， 进行高强高性能混凝土的研究， 并建成示范工程。 1 9 9 6 年， 法国公共工程部、 教育与研究部又组织了为期4 年的国家研究项目“ 高 性能混 凝土2 0 0 0 ，投入研究经费5 5 0 万美元。 日 本建设省于 1 9 9 6- 1 9 9 8年进行了一项综合开发计划 “ 钢筋混凝土结构建筑物的 超轻质、超高层化技术开发” 。为实施该项研究计划，共成立了五个分会， 其中高强混 凝土材料分会由水泥协会、 建筑协会建设省研究所、 建材实验中心、 化学外加剂协会等 机构和多所高等院校以及有关公司参加。 1 9 9 4 年，美国联邦政府1 6 个机构联合提出了 一个在基础设施工程建设中 应用高性 能混凝土的建议，并决定在1 0 年内投资2 亿美元进行研究和开发。 瑞典1 9 9 1 - 1 9 9 7 年由 政府和企业联合出资5 2 0 0 万法郎， 实施高性能混凝土研究的 国家计划。 我国从 1 9 9 2 年开始引入h p c 这一概念，也投入了大量人力、物力进行h p c 的研究 开发，北京、上海、沈阳、深圳等地起步较早，发展较快，走在全国同行业的前列，保 持领先地位。其它一些城市也开始发展，但整体水平很不均衡。 在国 内 外， h p c 都已 向 实 用 化迈出了 可 喜 的 一 步。 表1 . 1 11 是国 外h p c 的 典 型实 例， 其中4 号系美国 西雅图双联广场的应用实例， 施工坍落度为2 5 0 m m ，拌合物不经振捣， 由下至上将混凝土挤送于钢管内。该建筑高2 3 0 . 7 m 5 8 层。由于采用了 超高强h p c降 低了 结构成本的3 0 ， 这一工程是h p c 在重要结构工程上应用的杰出范例。表1 . 2 15 1 是 中国的应用实例。 me .t 当壁竺竺竺些匕一一一一一一一一 -_ _第 一 章绪 论 的强度，这也是高性能的一种体现。 总之， “ 高性能”具有相对性，是指不同的设计荷载、不同的施工条件及使用环境 中具有优异的性能，包括优良的和易性及力学性能、高的耐久性及体积稳定性。 1 .2高性能混凝土的研究及应用现状 当前混凝土技术有向高强、高性能化发展的趋势。国际上普遍认为， 采用高性能混 凝土 ( h p c ) 来取代旧混凝土具有显著的技术经济效益。 h p c 不仅有令人满意的耐久性， 还具有优异的和易性和物理力学性能，故它一问世就受到工程界的关注。 对h p c 的研究 开发、推广利用，也受到各国政府的高度重视。 1 9 8 6 1 9 9 3 年， 法国 政府组织包括政府研究机构、高等院 校、建筑公司等2 3 个单 位展开“ 混凝土新方法” 的研究项目， 进行高强高性能混凝土的研究， 并建成示范工程。 1 9 9 6 年， 法国公共工程部、 教育与研究部又组织了为期4 年的国家研究项目“ 高 性能混 凝土2 0 0 0 ，投入研究经费5 5 0 万美元。 日 本建设省于 1 9 9 6- 1 9 9 8年进行了一项综合开发计划 “ 钢筋混凝土结构建筑物的 超轻质、超高层化技术开发” 。为实施该项研究计划，共成立了五个分会， 其中高强混 凝土材料分会由水泥协会、 建筑协会建设省研究所、 建材实验中心、 化学外加剂协会等 机构和多所高等院校以及有关公司参加。 1 9 9 4 年，美国联邦政府1 6 个机构联合提出了 一个在基础设施工程建设中 应用高性 能混凝土的建议，并决定在1 0 年内投资2 亿美元进行研究和开发。 瑞典1 9 9 1 - 1 9 9 7 年由 政府和企业联合出资5 2 0 0 万法郎， 实施高性能混凝土研究的 国家计划。 我国从 1 9 9 2 年开始引入h p c 这一概念，也投入了大量人力、物力进行h p c 的研究 开发，北京、上海、沈阳、深圳等地起步较早，发展较快，走在全国同行业的前列，保 持领先地位。其它一些城市也开始发展，但整体水平很不均衡。 在国 内 外， h p c 都已 向 实 用 化迈出了 可 喜 的 一 步。 表1 . 1 11 是国 外h p c 的 典 型实 例， 其中4 号系美国 西雅图双联广场的应用实例， 施工坍落度为2 5 0 m m ，拌合物不经振捣， 由下至上将混凝土挤送于钢管内。该建筑高2 3 0 . 7 m 5 8 层。由于采用了 超高强h p c降 低了 结构成本的3 0 ， 这一工程是h p c 在重要结构工程上应用的杰出范例。表1 . 2 15 1 是 中国的应用实例。 西北工业人学硕万 学位论文 第一章绪论 表1 . 1 国外h p c 典型实例 拌合物序号 12 34 水( k g / m ) 1 6 51 3 5 1 4 51 3 0 水泥( k g / m )4 5 15 0 03 1 55 1 3 粉煤灰( k g / m ) 矿渣( k g / 动1 3 7 硅灰( k g / m ) 3 0 3 64 3 粗骨料( k g / m )1 0 3 01 1 1 01 1 3 01 0 8 0 细骨料( k g / m ， ) 7 4 57 0 0 7 4 56 8 5 减水剂( m l / m )9 0 0 缓凝剂( m l / m )4 . 51 . 8 高效减水剂( m l / m )1 1 . 2 51 45 . 9巧7 水/ ( 水泥+ 混合材) 0 . 3 70 . 2 7 0 . 3 10 . 2 5 厂, ( m p a ) 8 09 3 8 31 1 9 f。 , ( m p a ) 8 7 1 0 79 3 1 4 5 注: 对表中拌合物序号简介如 卜 :1 若尼桥( 法国，1 9 8 9年) 采用无硅灰 h p c 浇注， 说明没有硅灰也 能制备h m 2拉罗汉蒂那大厦( 蒙 特利尔，1 9 8 4 年) 有两根试验柱， 所用h p c 中 含高效减水剂和缓 凝剂: 3斯科蒂 v 广场 ( 加拿大多伦多，1 9 8 7 ) 采用了 掺硅灰与矿渣的 h p c ; 4双联广场 ( 美国西 雅图，1 9 8 8 ) h p c 在重要建筑物上应用的杰出实例， 经济效益显著。 表1 . 2 中国h p c 应用实例 序 号 一 ! 一 程名称 建设日期 _ 1 程结构应用概述备注 1 上海) 播电视塔 1 9 9 1 . 9 - 1 9 9 4 . 9 塔身 3 根直径9 m 的钢筋混凝十柱 c 6 0 泵送n凝土， 泵送高度9 6 m ，坍 落度1 6 0 -2 2 0 m m c = 4 8 0 k g / 时 4 2 . 5 普通水泥 2 首都国际机场 1 9 9 7 . 4 新航站楼 c 6 5 泵送混凝土。 水平距离2 6 0 m ， 垂 直距离3 0 m ,坍落度 1 6 0 -2 5 0 m m c = 4 5 0 k g / m 4 2 . 5 普通水泥 3 沈阳和泰大厦 1 9 9 6 . 5 - 1 9 9 7 . 8 部分结构为钢管 混凝土 c 8 0 泵送混凝土， 坍落度 1 2 0 - 1 6 0 m m c = 5 5 0 k g / m 5 2 . 5 普通水泥 4 湖南省图枯 城 1 9 9 8 . 5 四根钢筋混凝土 柱 c 8 泵送混凝十0 ,泵送高度 7 8 m ，坍 落度1 9 0 2 3 0 m m c = 3 5 0 k g / m 4 2 . 5 普通水泥 5 北京静安中心大厦 1 9 9 5 - 1 9 9 7 地 卜3 层柱c 8 0 泵送混凝土， 坍落度 1 8 0 - 2 4 0 m m c = 4 8 0 k g / m 4 2 . 5 普通水泥 第一章绪论西北工业大学硕士学位论文 1 . 3高性能混凝土对养护条件的敏感性 养护是获得高性能混凝土的关键工艺之一， 养护温度、 湿度和时间是养护工艺的 三 大要素。 养护措施和养护制度， 对水泥水化速度、 水化率、 水化生成物的结晶度及晶体 形貌、水泥石的孔隙率、孔结构等都有重大影响。不同的养护条件对 h p c抗压强度的 影响较大， 表1 . 3 是水胶比为0 . 3 4 的h p c 在不同养护方法条件下的抗压强度试验资 料6 1 表 1 . 3 不同养护条件下 混凝土抗压强度值 认 淡 抗压强度值m p a / % 备注 3 d7 d2 8 d 6 0 d 养护剂 41 . 2 / 1 01 4 4 . 0 / 8 05 7 . 6 / 8 55 9 . 2 / 8 5 斜线下的数字 表示取水中养 护的试块强度 为 1 0 0 , 别的养 护方法与水中 养护的试块强 度之比。 草帘浇水 3 7 . 2 / 915 0 . 4 / 9 26 3 . 2 / 9 4 6 8 . 6 / 9 9 包塑料布4 4 . 7 / 1 1 04 7 . 0 / 8 56 5 . 3 / 9 7 7 0 . 5 八0 1 标准条件 3 9 . 4 / 9 75 5 . 6 / 1 016 4 . 7 / 9 6 6 7 . 8 / 9 8 自然养护 3 8 . 7 / 9 5 4 9 . 8 / 915 5 . 3 / 8 25 7 . 7 / 8 3 水中养护4 0 . 8 / 1 0 05 5 刀八0 06 7 . 5 / 1 0 06 9 . 5 / 1 0 0 从表1 . 3 可以 看出， 在空气中自 然养护和涂养护剂的试件与同龄期水中 养护的试件 相比较， 2 8 d 强度分别是水中 养护试件的8 2 %和8 5 %, 6 0 d 强度分别为水中 养护试件强 度的8 3 % 和8 5 。说明 这两组试件2 8 d以 后强 度增长的 速度同 水中养护混凝土的强 度 增长比 例相同，涂养护剂的试件 3 d强度比 较高。包塑料薄膜密封养护的试件强度低于 水中养护的试件，高强混凝土在2 8 d 龄期后的强度增长率较低。 月 期2 8 j 口 j、 l 众 从夕 w / ( c . s f ) o- a )2 2 合-祖( )2 5 口 - - 们 2 a !l d盆侧淇日端 标准屋外理外现场 水中水中空气中密封 养护条件 图1 . 2 养护方法与抗压强度关系 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 掺入 硅灰的高性能 混凝土， 养护条 件对混 凝土强 度 造成的影响也 很大 ( 图1 .2 (6 1 ) , 特别是在空气中养护时强度明显降低。 ( 5 0 m p a 以下) iza. r ll 仲z a汤丫 / 厂 广阶 / 夕f 多 阴 己六笼侧嗽翰种 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 现场水中 养 护强度 /m p a 图1 . 3 芯样强度和现场水中养护强度的关系 2 8 d 龄期) 人们对结构构件取芯样， 得到高强高性能混凝土的芯样强度和现场水中养护强度的 关系(4 1 ， 如图1 . 3 所示。 由图可知， 在小于5 0 m p a 的范围内， 两者比 较一致。 在大于5 0 m p a 时，芯样强度仅为现场水中养护试块强度的0 . 8 -0 . 9 5 ，明显低一些。 由此可见， 高性能混凝土对养护条件的要求是苛刻的， 这不但增加了混凝土的养护 费用， 提升了h p c 的成本，而且也限制了 高性能混凝土在养护条件较差环境中的 应用。 那么能否生产一种对养护条件不十分敏感的h p c ，降 低生产h p c 的难度， 推广h p c 的应 用范围呢?这正是本文所要重点研究的问题。 1 .4高性能混凝土自养护问题的提出 在高强混凝土中掺入含水率高的预湿轻质骨料 ( 本文称之为自 养护剂) ， 是一种加 强 低水胶比h p c 养护的新方法。 轻质骨料均匀的分散在整个胶凝材料中， 起内 部蓄水池 的作用， 只要水化过程中出现水分不足， 就有湿度梯度存在， 轻骨料中的水分首先依靠 毛细管吸力传送至水泥浆体， 然后通过水蒸汽扩散作用向四周扩散， 接着是毛细冷凝作 用为水化反应供给所需水分， 从而支持水化反应继续进行。 新的水化产物填充混凝土中 的空隙或者是山于干燥作用产生的微裂缝， 使混凝土对养护缺陷不再敏感， 硬化水泥浆 体结构更 加密实， 微裂缝更少。 由 于该方法依靠混凝土骨料蓄水对混凝土自 身进行养护， 达到混凝内 部密实结构，因此形象地称其为自 养护h p c 。关于高性能混凝土的内部养护 问 题， 最早是由国外学者p h i l l o 在2 0 世纪8 0 年代提出的，遗憾的是p h i l l o 的设 想， 一 b- 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 掺入 硅灰的高性能 混凝土， 养护条 件对混 凝土强 度 造成的影响也 很大 ( 图1 .2 (6 1 ) , 特别是在空气中养护时强度明显降低。 ( 5 0 m p a 以下) iza. r ll 仲z a汤丫 / 厂 广阶 / 夕f 多 阴 己六笼侧嗽翰种 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 现场水中 养 护强度 /m p a 图1 . 3 芯样强度和现场水中养护强度的关系 2 8 d 龄期) 人们对结构构件取芯样， 得到高强高性能混凝土的芯样强度和现场水中养护强度的 关系(4 1 ， 如图1 . 3 所示。 由图可知， 在小于5 0 m p a 的范围内， 两者比 较一致。 在大于5 0 m p a 时，芯样强度仅为现场水中养护试块强度的0 . 8 -0 . 9 5 ，明显低一些。 由此可见， 高性能混凝土对养护条件的要求是苛刻的， 这不但增加了混凝土的养护 费用， 提升了h p c 的成本，而且也限制了 高性能混凝土在养护条件较差环境中的 应用。 那么能否生产一种对养护条件不十分敏感的h p c ，降 低生产h p c 的难度， 推广h p c 的应 用范围呢?这正是本文所要重点研究的问题。 1 .4高性能混凝土自养护问题的提出 在高强混凝土中掺入含水率高的预湿轻质骨料 ( 本文称之为自 养护剂) ， 是一种加 强 低水胶比h p c 养护的新方法。 轻质骨料均匀的分散在整个胶凝材料中， 起内 部蓄水池 的作用， 只要水化过程中出现水分不足， 就有湿度梯度存在， 轻骨料中的水分首先依靠 毛细管吸力传送至水泥浆体， 然后通过水蒸汽扩散作用向四周扩散， 接着是毛细冷凝作 用为水化反应供给所需水分， 从而支持水化反应继续进行。 新的水化产物填充混凝土中 的空隙或者是山于干燥作用产生的微裂缝， 使混凝土对养护缺陷不再敏感， 硬化水泥浆 体结构更 加密实， 微裂缝更少。 由 于该方法依靠混凝土骨料蓄水对混凝土自 身进行养护， 达到混凝内 部密实结构，因此形象地称其为自 养护h p c 。关于高性能混凝土的内部养护 问 题， 最早是由国外学者p h i l l o 在2 0 世纪8 0 年代提出的，遗憾的是p h i l l o 的设 想， 一 b- 西北工业大学硕七 学位论文第一章 绪 论 当时并没有得到混凝土学界的重视，因此直到9 0 年代末有关高性能混凝土的内部养护 问题，一直未见报导。 9 0 年代末， w e b e r 和r e i n h a r d t 重新提出了高性能混凝土内养护 问题，并初次称之为自 养护 ( a u t o g e n o u s c u r i n g ) ，之后仅有少量相关报导，但缺乏系 统的研究。因此， 系统地研究自 养护高性能混凝土的生产配制、 体积稳定性、力学性能 和耐久性等问题，是高性能混凝土领域的一个新课题。 西北工业大学硕士学位论文 第二章文献综述及本文研究思路的 确定 第二章 文献综述及本文研究思路的确定 2 . 1新拌混凝土性能 2 . 1 . 1新拌混凝土的流变学 流变学是研究物体在内力或者外力作用下的流动或变形， 以及研究应力与应变关系 随时间发展的科学。在流动和变形中，速度梯度 d v / d t 与剪应力 : 的关系曲线称为流动 曲 线，又叫流变曲线，典型的牛顿流体与非牛顿流体的流变曲线如图2 . 1 所示。 曲 线为牛顿流体， 这是一条通过坐标原点的直线。 直线的斜率即为豁度。 牛顿流 体 可用一 个流变参 数一一 s 度 7来表征， q = r / d v / d t ， 因 此又可视为单 参数流 体。 、 、 、 的剪应力和剪应变方程与上式不相符合， 这些曲 线或不通过坐标原点， 或通 过坐标原点但不是直线， 就是非牛顿流体的流变曲线， 包括胀流体， 塑性流体 ( 又 称b i n g h a m体) ， 假塑性体 ， 屈服假塑性体 等。 ojj占 了创/ 盯/ 沙 口哥圳异称 剪应力 下 图2 . 1 典型的 流变曲 线 水泥和混凝土从加水拌合起， 就开始具有流动或变形特性， 而且这种特性随时间而 变化。由于测试方法的影响， 加之水泥浆体流变性测试的复杂性， 对于新拌水泥浆体流 型问 题的看法尚不一致， 认为是上述5 种流型的说法都有。 但多数学者认为新拌水泥浆 体 ( 包括新拌馄凝土) 的流变曲 线属b i n g h a m流体，其流变方程为 r = r f 。 。 ， d v / d t 式 中 ， : 为 剪 应 力 ; r! 为 屈 服 应 力; 、为 塑 性 私 度 ; d v / d t 为 剪 切 速 率 。 西北工业大学硕士学位论文 第二章文献综述及本文研究思路的 确定 第二章 文献综述及本文研究思路的确定 2 . 1新拌混凝土性能 2 . 1 . 1新拌混凝土的流变学 流变学是研究物体在内力或者外力作用下的流动或变形， 以及研究应力与应变关系 随时间发展的科学。在流动和变形中，速度梯度 d v / d t 与剪应力 : 的关系曲线称为流动 曲 线，又叫流变曲线，典型的牛顿流体与非牛顿流体的流变曲线如图2 . 1 所示。 曲 线为牛顿流体， 这是一条通过坐标原点的直线。 直线的斜率即为豁度。 牛顿流 体 可用一 个流变参 数一一 s 度 7来表征， q = r / d v / d t ， 因 此又可视为单 参数流 体。 、 、 、 的剪应力和剪应变方程与上式不相符合， 这些曲 线或不通过坐标原点， 或通 过坐标原点但不是直线， 就是非牛顿流体的流变曲线， 包括胀流体， 塑性流体 ( 又 称b i n g h a m体) ， 假塑性体 ， 屈服假塑性体 等。 ojj占 了创/ 盯/ 沙 口哥圳异称 剪应力 下 图2 . 1 典型的 流变曲 线 水泥和混凝土从加水拌合起， 就开始具有流动或变形特性， 而且这种特性随时间而 变化。由于测试方法的影响， 加之水泥浆体流变性测试的复杂性， 对于新拌水泥浆体流 型问 题的看法尚不一致， 认为是上述5 种流型的说法都有。 但多数学者认为新拌水泥浆 体 ( 包括新拌馄凝土) 的流变曲 线属b i n g h a m流体，其流变方程为 r = r f 。 。 ， d v / d t 式 中 ， : 为 剪 应 力 ; r! 为 屈 服 应 力; 、为 塑 性 私 度 ; d v / d t 为 剪 切 速 率 。 西 北 工 业 大 学 硕 _。 学 位 论 文_ _一 - - - 一一 兰 三 色 x ii 塑丝进卫塑塑鱼h t9 色 b i n g h a m 体 的 特 征 是 具 有 屈 服 值， 即 当 施 加 的 剪 应 力t 小 于 屈 服 应 力 介 时 ， 流 体 犹 同 固 体 一 样 不 会 发 生 流 动 。 只 有 当: 增 加 到 超 过 某 一 极 限 值z f 时 ， 流 体 才 发 生 流 动 ， 而 且在这之后， 流动速率与剪应力的关系成正比例， 犹如牛顿流体一样， 其裁度为一定值， 此 勃 度q pl 称 为 塑 性 豁 度。 2 . 1 .2新拌混凝土的和易性 流变学应用在新拌混凝土中表现最为突出的一种性能就是和易性。 经一定的搅拌工 艺获得的混凝土的拌合物是颗粒状的骨料分散在水泥浆体中所形成的分散体系， 固体颗 粒间彼此保持着一定的距离。随着水化的进行，固、 液、气相的比 例发生变化，固体间 距离逐渐减小， 逐渐形成硬化混凝土的内部结构。 和易性是反映新拌混凝土性质的概念， 指混凝土拌合物从搅拌开始到抹平整个施工过程中易于运输、 浇注、 振捣， 不产生分层 离析，容易抹平，并获得体积稳定、结构密实的混凝土的性质。 根据上面的定义， 混凝土的和易性应包含流动性、 可塑性、 稳定性和易密实性等四 个方面的性能。而这些性能不仅取决于混凝土拌合物自 身的性质，还因施工条件而异， 考虑结构的种类、 断面形状、 配筋状态、 施工方法及工期等因素， 混凝土拌合物存在着 一个最佳和易性。例如， 适宜于建筑物的梁、墙体等钢筋密集构件混凝土的和易性，不 一定适合于大坝、 道路碾压混凝土。 所以 混凝土的和易性是在一定的施工条件下对混凝 土拌合物性能的综合评价。 评价流动性较大混凝土 ( 坍落度 i o m m -1 8 0 m m )和易性简单易行的方法是坍落度试 验。 坍落度试验结果常因人而异， 随着操作人员及手法的不同而有明显差别， 但是在熟 练操作 人员的 手中， 按规章细致 操作， 坍落度可以 合理 地重现。 p o p o v i c s 认为 8 : 坍落 度试验就其在人力、设备及时间的节约而论， 成本最少，能够提供大量信息。因此，坍 落度试验九十余年来国际通用， 直到今天仍具有强大的生命力， 坍落度的实用性有口皆 碑。 2 . 2硬化混凝土的结构与性能 2 .2 . 1硬化水泥浆体的结构与性能 硬化水泥体结构可分为三大部分: 首先是硬化水泥浆体中固体组份的显微结构， 其 . 9 西 北 工 业 大 学 硕 _。 学 位 论 文_ _一 - - - 一一 兰 三 色 x ii 塑丝进卫塑塑鱼h t9 色 b i n g h a m 体 的 特 征 是 具 有 屈 服 值， 即 当 施 加 的 剪 应 力t 小 于 屈 服 应 力 介 时 ， 流 体 犹 同 固 体 一 样 不 会 发 生 流 动 。 只 有 当: 增 加 到 超 过 某 一 极 限 值z f 时 ， 流 体 才 发 生 流 动 ， 而 且在这之后， 流动速率与剪应力的关系成正比例， 犹如牛顿流体一样， 其裁度为一定值， 此 勃 度q pl 称 为 塑 性 豁 度。 2 . 1 .2新拌混凝土的和易性 流变学应用在新拌混凝土中表现最为突出的一种性能就是和易性。 经一定的搅拌工 艺获得的混凝土的拌合物是颗粒状的骨料分散在水泥浆体中所形成的分散体系， 固体颗 粒间彼此保持着一定的距离。随着水化的进行，固、 液、气相的比 例发生变化，固体间 距离逐渐减小， 逐渐形成硬化混凝土的内部结构。 和易性是反映新拌混凝土性质的概念， 指混凝土拌合物从搅拌开始到抹平整个施工过程中易于运输、 浇注、 振捣， 不产生分层 离析，容易抹平，并获得体积稳定、结构密实的混凝土的性质。 根据上面的定义， 混凝土的和易性应包含流动性、 可塑性、 稳定性和易密实性等四 个方面的性能。而这些性能不仅取决于混凝土拌合物自 身的性质，还因施工条件而异， 考虑结构的种类、 断面形状、 配筋状态、 施工方法及工期等因素， 混凝土拌合物存在着 一个最佳和易性。例如， 适宜于建筑物的梁、墙体等钢筋密集构件混凝土的和易性，不 一定适合于大坝、 道路碾压混凝土。 所以 混凝土的和易性是在一定的施工条件下对混凝 土拌合物性能的综合评价。 评价流动性较大混凝土 ( 坍落度 i o m m -1 8 0 m m )和易性简单易行的方法是坍落度试 验。 坍落度试