對(duì)輕骨料混凝土收縮性能的探究

摘 要：研究了不同吸水率、不同預(yù)濕程度的輕骨料對(duì)不同水膠比混凝土收縮性能的影響，并與普通骨料混凝土、混合骨料混凝土進(jìn)行對(duì)比分析。在低水膠比時(shí)輕骨料混凝土的收縮大于普通骨料混凝土，在高水膠比時(shí)，早齡期輕骨料混凝土的收縮小于普通骨料混凝土，而后期大于普通骨料混凝土； 隨著骨料預(yù)濕含水率的提高，輕骨料混凝土的收縮變形減小，在早期尤為顯著，通過預(yù)濕處理提高輕骨料預(yù)飽水程度可以顯著降低輕骨料混凝土的收縮。

關(guān)鍵詞：輕骨料混凝土；收縮；含水率；吸水率

隨著現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程向高層、大跨方向發(fā)展，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久性和抗震性好等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的高性能輕骨料混凝土將在橋梁工程、高層建筑、軟地基和耐久性要求高地區(qū)及地震區(qū)中得到更加廣泛的應(yīng)用。但是，輕骨料混凝土也有一定的不足之處——輕骨料彈性模量低，限制水泥石收縮變形的能力小，輕骨料粒徑和表面特征不好導(dǎo)致水泥用量增多等原因，都會(huì)造成混凝土的收縮增大，最終導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)的開裂。近年來(lái)，隨著低水膠比和高活性礦物摻合料為特征的高性能混凝土的廣泛應(yīng)用，混凝土的收縮與開裂已經(jīng)成為工程質(zhì)量中極其普遍和嚴(yán)重的問題，混凝土的裂縫呈現(xiàn)越來(lái)越早的趨勢(shì)。因此，如何減小輕骨料混凝土的收縮及防止混凝土開裂，同時(shí)又能保持其輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，成為當(dāng)前輕骨料混凝土研究和應(yīng)用中迫切需要解決的問題之一。

通過采用不同吸水率的輕骨料及同種輕骨料進(jìn)行不同預(yù)濕處理后所配制的輕骨料混凝土與普通混凝土之間的對(duì)比，來(lái)研究輕骨料對(duì)不同水膠比混凝土收縮變形的影響規(guī)律。選擇兩種不同吸水特征的陶粒（賓縣圓球型頁(yè)巖陶粒（BY）和大慶粉煤灰陶粒（QF）），分別預(yù)濕處理，使其具有不同含水率，配制三種水膠比的輕骨料混凝土，并與同條件的普通骨料（P）混凝土和混合骨料（H-BY和P各50%）混凝土對(duì)比，研究各組混凝土的收縮性能。

1 輕骨料含水率對(duì)混凝土收縮變形的影響

由于陶粒具有很強(qiáng)的吸水性，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)陶粒可以吸收更多的水份，并且經(jīng)過預(yù)濕處理的陶粒在混凝土中可以逐漸釋放預(yù)吸收的水份，改善混凝土的性能。我們對(duì)BY分別進(jìn)行1、24h以及壓力飽和預(yù)濕，從而研究不同含水率條件下陶粒對(duì)混凝土干燥收縮的影響。

結(jié)果表明，陶粒含水率對(duì)混凝土收縮的影響十分明顯，通過提高陶粒含水率可以顯著降低輕骨料混凝土的收縮率。在使用過程中，混凝土水化以及表面水分的蒸發(fā)，使得混凝土內(nèi)部濕度不斷降低并產(chǎn)生濕度梯度，陶粒中的孔尺寸遠(yuǎn)大于水泥基體中水化所形成的毛細(xì)孔尺寸，從而水泥漿體中毛細(xì)孔張力遠(yuǎn)大于陶粒表面的毛細(xì)孔張力。隨著水泥漿體的逐漸硬化，水泥石毛細(xì)孔中的相對(duì)濕度逐漸低于陶粒內(nèi)，陶粒中的水分將向水泥石中遷移，陶粒含水率越高，可供遷移的水分越多對(duì)漿體收縮的補(bǔ)償作用越大，混凝土的收縮值也就越小。h吸水率7.0%的600級(jí)圓球型頁(yè)巖陶粒的有效彈性模量?jī)H有1.09×104MPa左右，對(duì)水泥石收縮的限制作用較小，且陶粒內(nèi)的水分在混凝土中的釋放是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，隨著齡期的延長(zhǎng)，輕骨料混凝土中仍有可供蒸發(fā)的自由水存在，收縮仍在持續(xù)增長(zhǎng)，而普通骨料混凝土的收縮趨于平緩。

2 不同吸水率輕骨料對(duì)混凝土收縮變形的影響

為了研究不同吸水率輕骨料對(duì)混凝土收縮的影響，選取1h吸水率為17%的QF陶粒、6.6%的BY陶粒、以及BY等體積取代50%P進(jìn)行了試驗(yàn)，具有較高吸水率的QF陶?；炷潦湛s率明顯小于其他幾組，在前3d甚至出現(xiàn)微膨脹，但是盡管其收縮的絕對(duì)值較小，收縮曲線的斜率卻相對(duì)較高，隨著齡期的延長(zhǎng)，收縮率逐漸超過其他幾組混凝土。這是因?yàn)镼F陶粒吸水率高，吸水、返水速度均較快，其早期返水對(duì)混凝土干燥失水的補(bǔ)償作用顯著，而1h吸水率14.7%的800級(jí)燒結(jié)粉煤灰陶粒的有效彈性模量?jī)H13.4GPa左右，對(duì)水泥石收縮的抑制作用低，二者的綜合作用使得該混凝土早期收縮小，但隨齡期的增長(zhǎng)幅度較大。用部分陶粒代替石子的混合骨料混凝土，早齡期預(yù)濕輕骨料的蓄水作用占主導(dǎo)地位，隨著齡期的延長(zhǎng)，石子對(duì)漿體收縮的抑制起主要作用。

3 水膠比對(duì)輕骨料混凝土收縮變形的影響

為研究水膠比對(duì)混凝土收縮的影響規(guī)律，采用0.30、0.45、0.60水膠比，預(yù)濕1h的BY陶粒所配制的輕骨料混凝土與普通骨料混凝土進(jìn)行對(duì)比。

混凝土的收縮隨水膠比的增大而減小，這是因?yàn)樵诘退z比時(shí)，除干燥收縮外還會(huì)產(chǎn)生較大的自收縮，且低水膠比的混凝土中總收縮主要是由自收縮引起的。收縮的主要部分起源于C- S- H以及與其有關(guān)的孔隙率。改變水膠比也可改變C- S- H顆粒在其形成過程中堆聚的密度，這又會(huì)影響他們之間的結(jié)合、微觀孔尺寸分布。因而隨水膠比的降低，自干燥引起的收縮在干燥條件下的總收縮中所占比例逐漸增大。并且，本試驗(yàn)是固定用水量，隨著水膠比的提高水泥用量減少，水泥石的收縮也相應(yīng)減小，因此，水膠比越小收縮越大。

相同試驗(yàn)條件下，有效水膠比較低時(shí)，普通混凝土的水分蒸發(fā)量低于輕骨料混凝土，在水膠比較高時(shí)則相反，這種情況可能與輕骨料的吸水特性有關(guān)。當(dāng)水膠比較高時(shí)，混凝土的流動(dòng)性增大，在混凝土成型密實(shí)的過程中，輕骨料混凝土和普通混凝土的分層結(jié)構(gòu)差異較大。對(duì)于普通混凝土，密度較小的水、水泥漿及帶有較小細(xì)骨料的水泥砂漿上浮，碎石及較大顆粒的細(xì)骨料及包裹它們的水泥漿下沉，造成混凝土整體的不均勻；而輕骨料混凝土，則是密度較小的輕骨料、水等上浮，水泥漿和砂下沉，造成混凝土整體的不均勻。輕骨料的上浮，一方面抑制了泌水，另一方面使有效蒸發(fā)面積減小。在水膠比較高時(shí)，輕骨料混凝土的水分蒸發(fā)量低于普通混凝土，且蒸發(fā)速率緩慢，而普通混凝土失水速率快，因此，在早期輕骨料混凝土的收縮低于普通混凝土，隨著齡期的增長(zhǎng)，輕骨料混凝土的收縮逐漸超過普通混凝土。

4 結(jié)語(yǔ)

輕骨料含水率對(duì)混凝土收縮的影響十分明顯，含水率大于12.45%時(shí)，輕骨料混凝土的早期收縮率低于同條件的普通混凝土。因此，通過預(yù)濕處理提高輕骨料含水率可以顯著降低混凝土的早期收縮；采用高吸水率陶粒配制的輕骨料混凝土的早期收縮較小，可大大降低混凝土早期開裂的可能性，因此，在配制高性能輕骨料混凝土?xí)r，應(yīng)該正確對(duì)待高吸水率陶粒的優(yōu)缺點(diǎn)，充分發(fā)揮輕骨料吸水返水特性；當(dāng)總用水量不變時(shí)，隨水膠比降低，輕骨料混凝土和普通混凝土總收縮均相應(yīng)增大；輕骨料混凝土的早期收縮接近或低于普通混凝土，隨齡期增加，輕骨料混凝土的收縮率逐漸超過普通混凝土。

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作者簡(jiǎn)介：趙春賢，身份證號(hào)：342327197501073012。