混凝土的强度

本文格式为Word版，下载可任意编辑——混凝土的强度

内养护混凝土收缩强度及开裂性能

内养护混凝土收缩强度及开裂性能高性能混凝土（HPC）由于低水胶比和各种矿物外加剂的掺入，早期自收缩明显，易引起混凝土开裂。采用传统的外部供水的养护方法那么由于高性能混凝土的低渗透性，而很难减小自收缩。为抑制上述困难，自上世纪90年头以来，人们采用具有多孔布局的材料（如轻骨料、高吸水性树脂等）来举行混凝土的内部养护。其根本原理是在混凝土拌合前将这些多孔材料举行预吸水。这些由多孔材料引入的水可以在水泥水化消耗水的过程中不断释放到周边硬化中的水泥浆体里以补充水化消耗的水，从而减小自枯燥及其引起的自收缩。这种技术称为内养护技术。大量的研究说明，在密闭状态下，内养护技术能够有效裁减甚至消释混凝土自收缩，提高混凝土强度及氯离子渗透性[1-3]。但对于暴露于较为复杂的大气环境条件下的实际混凝土布局物，混凝土除经受由于自身水化回响引起的自枯燥外，还要经受外部枯燥的考验。

因此，内养护技术在枯燥环境下对混凝土性能的影响研究更为重要。基于目前有限的研究成果，内养护混凝土暴露于干燥环境下产生的收缩大于普遍混凝土的收缩，随着预湿轻骨料用量的增加，收缩裁减[4-5]。本文在上述研究的根基上，进一步综合研究了普遍和内养护混凝土的自收缩、干缩、内部相对湿度变化、质量损失、抗压和弯拉强度进展、开裂风险。同时考虑到实际工程混凝土构件的拆模养生时间，比较研究了普遍和内养护混凝土在不同龄期暴露于枯燥环境时对混凝土性能的影响。

1试验1.1原材料及混凝土合作比水泥（C）：P•O42.5普遍硅酸盐水泥，密度3150kg/m3，比外观积350m2/kg。粗集料（A）：石灰石碎石，表观密度2650kg/m3，吸水率1.2%，粒径为5~12.5mm。细集料（NS）：

河砂，表观密度2650kg/m3，吸水率1.5%，细度模数2.60。

内养护材料：粉煤灰陶砂（LWFA），颗粒粒径平匀分布在4.5mm左右。外加剂：聚羧酸减水剂（WRA）。粉煤灰陶砂（LWFA）是一种多孔的轻质骨料，其在硬化水泥净浆中的布局形貌如图1a所示。陶砂中10000nm以下的小孔累计体积远大于净浆材料，概括微分孔隙分布处境如图1b所示。可以看出，陶砂中1000nm-10000nm的孔隙占总孔隙体积的比例较大，这种孔径分布特征使其可以在水泥水化过程中起到“蓄水池”的作用：净浆中的毛细孔压力可以将陶砂中预吸入水运输至周边净浆中供其充分水化，且随着水化的举行，净浆中的饱和毛细孔孔径逐步缩小，进而导致毛细孔压力增大并从陶砂中进一步运输水分，直至净浆和陶砂中的相对湿度达成平衡。

1.2试验方法1.2.1混凝土自收缩、干缩和内部相对湿度自收缩和干缩试件尺寸为3.8cm×10cm×100cm，试件一端与试模固定，另一端不受约束并与LVDT相连。试件与试模之间铺设塑料薄膜以达成裁减试件与试模间的摩擦阻力。自收缩测试过程中试件完全包裹塑料薄膜以阻隔与外界的水分交换，而干缩试件的上外观暴露于枯燥环境下，试件尺寸和枯燥条件如图2所示。试件达成终凝时开头测量收缩变形，同时对试件内部相对湿度举行测量，采用可埋在水泥混凝土内、精度为±1.8%的湿度传感器。1.2.3质量损失试验测试混凝土在外观枯燥条件下的失水量，试件为直径135mm、高37.5mm的圆柱体,与收缩试件有一致的体积/外观积比(V/S)，在密闭养生到不同龄期时将试件上外观暴露于枯燥环境中，并定期测量质量损失。1.2.4抗压和弯拉强度试验混凝土抗压强度试件尺寸为10cm×10cm×10cm，每组3个试块，成型后1天拆模，并在不同龄期暴露于枯燥环境下至强度测试龄期，并将实测的抗压强度值乘以换算系数0.95得到混凝土标准抗压强度值。弯拉强度试件尺寸为100mm×100mm×400mm，其浇筑、养生和测试龄期同上，每组试件为3块。1.2.5环试验混凝土环约束试验参照ASTMC1581标准[7]。图2所示为钢环和混凝土环尺寸平面和截面视图。钢环内径152mm，厚13mm。混凝土环内径165mm，厚38mm，环高150mm。在钢环内环距底部75mm高度、四等分点处分别贴应变片测量钢环由于混凝土体积变化而产生的变形，从而分析混凝土的应力进展和开裂风险。

环的养生方式同收缩和强度试件。上述几个试验的环境温度和湿度分别操纵在23oC和40%。

2结果与分析2.1密闭状态下自收缩和内部相对湿度进展普遍混凝土(3O,4O)和内养护混凝土(3L,4L)在密闭状态下(S)内部相对湿度和自收缩进展如图3所示。在体验初始的膨胀后，普遍混凝土的自收缩随着龄期的增长而增长，但内养护混凝土一向呈现膨胀状态而未展现自收缩。内养护混凝土的膨胀理由一般认为是由于钙矾石的生成及水化产物在高湿度处境下的膨胀所引起[1,4,8]。内养护混凝土在密闭状态下未展现自收缩被认为能显著降低混凝土早龄期开裂风险[2]，但其有效性取决于引入内养护水量，本研究采用的预吸水率为17.7%、占浆体体积37%的饱和轻细骨料含量能够完全消释自收缩。自收缩的消释主要是由于预湿轻细骨料能够从浇筑开头后的相当长的时间内维持混凝土内部相对湿度在95%以上。研究说明[6]，内部相对湿度高于95%的混凝土不会产生自收缩。在密闭状态下，普遍混凝土内部相对湿度由于水化回响消耗水分而逐步降低，但由于水化回响产生的自枯燥不会降低至70%以下，否那么水化回响会因毛细孔中自由水的缺乏而中断[9]。而内养护混凝土中的预湿轻细骨料延缓了由于水化回响引起的内部相对湿度降低及降低的幅度。

2.2枯燥状态下总体收缩和内部相对湿度进展混凝土在7天(7D)和28天(28D)龄期暴露于枯燥条件下的总体收缩和内部相对湿度进展如图3所示。可以看到，普通混凝土和内养护混凝土在枯燥环境下都产生收缩。内养护混凝土的收缩速率大于普遍混凝土，且在28天暴露于枯燥环境下的收缩速率与7天暴露于枯燥环境下的收缩速率一致。

因此，在枯燥环境下，内养护技术不能减小或消释收缩。

2.3枯燥收缩和质量损失暴露于枯燥环境下混凝土的质量损失占总质量的百分比与枯燥收缩的关系如图4所示。可以看出，在一致的暴露条件下，内养护混凝土的质量损失大于普遍混凝土，说明引入的内养护水在暴露于枯燥条件下通过蒸发损失，从而降低了内养护效率。然而，随着暴露龄期的推后，内养护混凝土的质量损失趋于普遍混凝土。在普遍混凝土中，水分从净浆毛细孔中损失，一旦水分开头损失，收缩即开头。对于内养护混凝土，水分损失与枯燥收缩的关系呈现明显的两阶段关系，初始阶段的斜率小，后续的斜率大。斜率代表单位质量损失所引起的枯燥收缩。刚暴露于枯燥环境下时，由于轻细骨料中的孔径大于净浆中的孔径，水分优先从轻细骨料的孔中损失，这种水分损失不会引起收缩。当轻细骨料孔中水分消耗殆尽时，水分从净浆中的毛细孔中散失，从而引起较大收缩。这种两阶段曲线关系也存在于普遍混凝土中[11]。

2.4不同枯燥环境下的强度进展内养护技术由于引入额外水分而能够提高水泥水化程度[12]及混凝土的力学性能，但其强度进展也受到水灰比、内养护材料及枯燥环境等的影响。图5和6是在不同枯燥环境：密闭(S)，1天龄期(1D)和7天龄期(7D)开头枯燥的普遍和内养护混凝土的抗压强度和弯拉强度进展。可以看出，不管是否内养护，低水灰比混凝土的强度较高。对于水灰比为0.3的混凝土，普遍混凝土的抗压强度和弯拉强度皆略高于内养护混凝土。理由分析为轻细骨料的筒压强度较低，在混凝土中是薄弱环节，更加是在低水胶比或高强混凝土中，其在强度方面的劣势更为明显。在水灰比为0.4的处境下，内养护混凝土的弯拉强度高于普遍混凝土，说明内养护在这种混凝土中具有巩固弯拉强度的作用。普遍和内养护混凝土的强度进展皆对枯燥环境较为敏感。当混凝土暴露于枯燥环境时，其弯拉强度和抗压强度皆降低。愈早暴露于枯燥，混凝土的后期强度损失愈大。与密闭养护状态下28天的强度比，在1天龄期暴露于枯燥环境下混凝土的28天抗压强度的下降幅度是7天暴露于枯燥环境下混凝土28天抗压强度下降幅度的两倍。弯拉强度对枯燥更为敏感，当混凝土在1天龄期暴露于枯燥环境下时，后期几乎没有强度增长。对于普遍混凝土3O和4O，在1天龄期暴露于枯燥环境下的28天弯拉强度是密闭养护状态下28天强度的78%和68%，对于内养护混凝土3L和4L，其值为65%和63%。考虑到弯拉强度在混凝土开裂风险分析中较抗压强度更具有代表性，保持充分的密闭养护时间以提高混凝土弯拉强度具有重要意义。

2.5不同枯燥环境下的开裂风险混凝土的开裂风险通过环试验举行评估。虽然环试验不能直接测量混凝土中的拉应力进展，但能够用来对比混凝土不同合作比及枯燥环境下的开裂风险。混凝土环的开裂风险评估基于实测的钢环内壁的应变进展来举行判断，应变突然裁减的时刻对应着混凝土环的开裂。4种混凝土在密闭(S)和1天(1D)、7天(7D)、28天(28D)龄期暴露于枯燥环境下的钢环内壁实测应变如图7所示。负的钢环内壁应变值代表钢环受到混凝土环收缩而产生的压力，同时混凝土环的收缩也受到来自钢环的约束，从而在混凝土中产生拉应力；

而正的钢环内壁应变值代表水化热引起的钢环温升膨胀。从图7可以看出，混凝土环在早龄期阶段由于温升和高湿度引起膨胀，体验了短期的压应力阶段，这个阶段由于内养护混凝土较长的持续膨胀变形，其持续时间也更长。混凝土环压应力阶段过后就是持续的随龄期不断增长的拉应力。暴露于枯燥环境下混凝土拉应力的进展速率明显大于密闭状态下的混凝土。

无论是普遍混凝土还是内养护混凝土，全体暴露于枯燥的混凝土环皆开裂了。暴露于枯燥时的龄期愈早，开裂时间也就愈早。由于早龄期较大的自收缩，普遍混凝土环甚至在密闭条件下就发生了开裂。在一致水灰比和枯燥环境下，内养护混凝土的开裂时间稍晚于普遍混凝土环，但内养护技术不能显著提高枯燥环境下混凝土的抗开裂才能。在密闭条件下，内养护混凝土环在试验的42天里未发生开裂，如图7b和7d所示。因此，对于内养护混凝土，密闭养护仍是减小其开裂风险最有效的方法。这与图3b和3d所示的内养护混凝土收缩结果一致，在不与外界发生水分交换的处境下，内养护混凝土不产生收缩和开裂。3结论(1)采用预湿轻细骨料内养护技术，当预吸水率为17.7%的轻细骨料体积含量占浆体体积百分含量为37%时，可以消除普遍和高强混凝土的自收缩。自收缩的消释主要是由于预湿轻细骨料能够从浇筑开头后的相当长的时间内维持混凝土内部相对湿度在95%以上。(2)当暴露于枯燥环境时，内养护混凝土的收缩速率大于普遍混凝土，且收缩与内部相对湿度吻合较好。当在早龄期暴露于枯燥环境时，轻细骨料中预吸入的水分首先散失而损失大量的内养护引入水，降低其内养护效率。内养护和普遍混凝土在枯燥环境下的水分损失和收缩曲线关系皆呈现两阶段特征，内养护混凝土第一阶段的单位质量损失对应的收缩小于普遍混凝