補(bǔ)償收縮混凝土研究進(jìn)展

殷新龍　趙海濤，2　仇　寧　邸云菲　陸安群　李　華

(1. 土木與交通學(xué)院， 南京　210098； 2. 高性能土木工程材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南京　210008； 3. 南京市水利局水利工程建設(shè)管理中心， 南京　210008； 4. 江蘇蘇博特新材料股份有限公司， 南京　210008)

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補(bǔ)償收縮混凝土研究進(jìn)展

殷新龍1趙海濤1，2仇寧3邸云菲1陸安群2，4李華2，4

(1. 土木與交通學(xué)院， 南京210098； 2. 高性能土木工程材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南京210008； 3. 南京市水利局水利工程建設(shè)管理中心， 南京210008； 4. 江蘇蘇博特新材料股份有限公司， 南京210008)

在水泥混凝土中摻入膨脹劑制得的補(bǔ)償收縮混凝土具有有效減少混凝土早期自收縮、降低混凝土結(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險(xiǎn)的良好性能．本文總結(jié)了各類膨脹劑的膨脹機(jī)理，結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者對(duì)膨脹劑的研究成果，概述了各類膨脹變形測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了影響膨脹劑發(fā)揮效能的因素，為工程實(shí)踐中膨脹劑的使用提供參考．

膨脹劑；機(jī)理；測(cè)試方法；影響因素

0　引　言

混凝土收縮開裂是工程中常見病害，開裂使得硫酸鹽、氯離子等有害介質(zhì)侵蝕結(jié)構(gòu)內(nèi)部，進(jìn)而腐蝕鋼筋，降低結(jié)構(gòu)耐久性．針對(duì)混凝土的收縮開裂，已有很多相應(yīng)的措施來減少收縮量，如濕養(yǎng)護(hù)、多孔輕骨料內(nèi)養(yǎng)護(hù)、摻加減縮劑和膨脹劑等[1-3]．但在施工時(shí)濕養(yǎng)護(hù)很難得到貫徹，多孔輕骨料又會(huì)降低混凝土強(qiáng)度[4]，相比而言，摻加膨脹劑是減少混凝土收縮的常用手段．

國外學(xué)者注意到鈣礬石的膨脹性并開始研發(fā)膨脹水泥．1936年，Lossier首先提出：鈣礬石(AFt)具有消除收縮、產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的良好性能，他用礬土、石膏和白堊土為原材料制得膨脹水泥[5-7]．國內(nèi)關(guān)于膨脹水泥的研究開始于1956年，曹永康課題組率先開展了硅酸鹽自應(yīng)力混凝土的研究[5]．在隨后的研究過程中，研究人員進(jìn)行了廣泛的基礎(chǔ)研究，并投入到工程使用中．歐美國家大多直接現(xiàn)磨成膨脹水泥，而我國則先制成膨脹劑，再根據(jù)工程實(shí)際需要，摻入相應(yīng)比例的膨脹劑到混凝土中來配置補(bǔ)償收縮混凝土．

近來要求加強(qiáng)混凝土耐久性研究的呼聲越來越高，作為抗裂的一種手段，摻入膨脹劑使得其產(chǎn)量和使用量越來越高．但使用膨脹劑不成功的案例卻越來越多，原因有兩方面：市場(chǎng)原因和技術(shù)原因[8]．由于工程現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)償收縮混凝土的效果難以監(jiān)測(cè)，目前市場(chǎng)上膨脹劑的質(zhì)量參差不齊，給業(yè)主造成膨脹劑無用的錯(cuò)誤印象；使用中不結(jié)合實(shí)際情況摻加膨脹劑只會(huì)適得其反，如粉煤灰對(duì)氧化鎂類膨脹劑的膨脹有抑制作用，在大摻量粉煤灰混凝土中，氧化鎂類膨脹劑的性能很低．

本文結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者對(duì)膨脹劑的研究成果，對(duì)膨脹劑的膨脹機(jī)理進(jìn)行了分析總結(jié)，概述了膨脹變形各類測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了影響膨脹劑發(fā)揮效能的影響因素，為工程實(shí)踐中補(bǔ)償收縮混凝土的使用提供參考．

1　混凝土膨脹劑膨脹機(jī)理

工程上應(yīng)用的膨脹劑主要有3種：硫鋁酸鈣類、鈣類和鎂類膨脹劑，這3種膨脹劑都有各自的使用限制條件，如硫鋁酸鈣膨脹劑在溫度超過80℃后會(huì)生成延遲鈣礬石，造成結(jié)構(gòu)的潛在危害；鎂類膨脹劑早期膨脹不夠明顯，后期膨脹緩慢增長等．國內(nèi)外學(xué)者對(duì)各類膨脹劑膨脹機(jī)理存在較大分歧，得到國內(nèi)外專家學(xué)者接受的是吸水腫脹理論和結(jié)晶壓力理論[9]．目前，支持結(jié)晶壓力理論觀點(diǎn)的學(xué)者居多，國內(nèi)外學(xué)者正致力于將吸水腫脹學(xué)說和結(jié)晶壓力學(xué)說統(tǒng)一起來．

1.1鈣礬石的膨脹機(jī)理

吸水腫脹理論認(rèn)為水泥漿體中的鈣礬石(AFt)是一種膠體尺寸的膠凝狀高結(jié)晶水的水化物，其表面帶負(fù)電，與周圍同樣帶負(fù)電的極化水分子相互排斥，從而引起宏觀上的膨脹，但鈣礬石結(jié)構(gòu)本身并未發(fā)生變化[10-11]．此外，AFt晶體尺寸對(duì)于AFt吸水腫脹能力非常重要，尺寸越小，比表面積越大，吸水腫脹越嚴(yán)重．

結(jié)晶壓力理論認(rèn)為，在水泥石中，AFt是一種較大結(jié)構(gòu)尺度的晶體，較容易在電子顯微鏡中識(shí)別，其在水泥石的孔縫或水化空間較大的地方生長，在填充、密實(shí)孔縫的基礎(chǔ)上互相擠壓排斥，對(duì)孔壁產(chǎn)生膨脹壓力，使水泥石產(chǎn)生膨脹[12]．

游寶坤[13]等對(duì)幾種膨脹水泥的微觀分析表明：硬化水泥漿體的體積膨脹是由結(jié)晶狀鈣礬石對(duì)孔縫產(chǎn)生的膨脹壓和膠狀A(yù)Ft吸水腫脹的共同作用引起的，只是結(jié)晶狀A(yù)Ft產(chǎn)生的膨脹壓要比膠狀A(yù)Ft小的多．

1.2氧化鈣的膨脹機(jī)理

孔隙增量的觀點(diǎn)[14]認(rèn)為，CaO水化時(shí)固相體積的增大也會(huì)引起孔隙體積的增加，固相體積增大除包括水化產(chǎn)物固相體積要比CaO體積大之外，還包括分散的CaO顆粒吸附水分子導(dǎo)致的固相體積增大．因此，可以認(rèn)為孔隙增量理論本質(zhì)上是吸水腫脹理論的近似描述．施惠生[15]研究發(fā)現(xiàn)水化產(chǎn)物只有在局部堆積時(shí)才會(huì)產(chǎn)生膨脹．Y.Yamazaki[16]通過觀察高CaO含量的硬化水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)，板狀的Ca(OH)2結(jié)構(gòu)之間存在很多空隙，從而證明膨脹壓力增大的同時(shí)孔隙率也是增大的．Y.Yamazaki同時(shí)解釋了C3S、C2S水化雖然也會(huì)生成Ca(OH)2，但并不會(huì)引起體積膨脹的現(xiàn)象．

結(jié)晶生長理論[17]將CaO的膨脹分為了兩個(gè)過程，水泥顆粒在水化初期形成膠體狀Ca(OH)2，顆粒之間微細(xì)的Ca(OH)2會(huì)產(chǎn)生膨脹，并通過再結(jié)晶過程開始第二階段的膨脹，第二階段的膨脹并不會(huì)隨水化反應(yīng)的結(jié)束而結(jié)束．研究發(fā)現(xiàn)，摻CaO的水泥漿體只有在其抗壓強(qiáng)度超過0.3 MPa時(shí)才會(huì)產(chǎn)生膨脹[20]，該結(jié)果有力地證明了膨脹驅(qū)動(dòng)力來自CaO的水化產(chǎn)物在受限制條件下的受限結(jié)晶生長壓．

1.3氧化鎂的膨脹機(jī)理

吸水腫脹理論基本與鈣礬石類膨脹劑的吸水腫脹機(jī)理類似：最初水化生成的Mg(OH)2顆粒尺寸小，比表面積大，其表面因?yàn)閿嘟』蛭蕉鴰ж?fù)電荷，使得Mg(OH)2表面附近形成雙電層，產(chǎn)生靜電排斥力，宏觀上表現(xiàn)為體積膨脹[18]．

（6）發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，由于受到外界因素的干擾，可能會(huì)因?yàn)橥獠慷搪芬疬^電流，為系統(tǒng)帶來不利影響。當(dāng)發(fā)電機(jī)容量在1MW以下時(shí)，只需要裝設(shè)過電流保護(hù)即可；如果發(fā)電機(jī)容量大于50MW時(shí)，需要裝設(shè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)。

結(jié)晶壓力理論認(rèn)為，水分子在MgO表面吸附并水化，生成的Mg2+和OH-在水分子層間擴(kuò)散，形成的Mg(OH)2晶體逐漸堆積，使得體積不斷膨脹[19]．Chatterji[17]認(rèn)為MgO和CaO水化時(shí)，首先形成微小晶體，這些微細(xì)的晶體經(jīng)過二次重結(jié)晶，生長成大晶體而產(chǎn)生膨脹，水泥漿體的膨脹驅(qū)動(dòng)力來自水化產(chǎn)物的過飽和溶液的結(jié)晶壓ΔP：

(1)

式中，ΔP為結(jié)晶壓，指的是Mg(OH)2生長過程中若受到周圍漿體的限制，則會(huì)對(duì)漿體產(chǎn)生壓力，也稱為結(jié)晶生長壓；Vm為Mg(OH)2的摩爾體積，as為過飽和溶液的平均活度，a0為飽和溶液的平均活度；R為氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度．

綜上所述，鎂類膨脹劑的水化產(chǎn)物Mg(OH)2吸水腫脹引起早期膨脹，后期，吸水腫脹后的晶體不斷生長，對(duì)水泥石形成膨脹壓，考慮到MgO的延遲膨脹性，主要以后者為主，因此，MgO的膨脹來自于吸水腫脹力和結(jié)晶壓力的共同作用．

2　膨脹性能

膨脹劑的膨脹性能主要包括膨脹起止時(shí)間、膨脹速率和膨脹量幾個(gè)方面，其中，膨脹量——即變形能通過實(shí)驗(yàn)的測(cè)量直觀地表現(xiàn)出膨脹劑的膨脹性能，因此，主要用變形性能來表征混凝土的膨脹性能．以往關(guān)于膨脹劑的研究多集中在硫鋁酸鈣類(如CSA、UEA)、硫鋁酸鈣-氧化鈣類(如HCSA)、氧化鎂類膨脹劑3種膨脹劑，但近年來，氧化鈣類膨脹劑的研究正逐漸成為研究熱點(diǎn)．

2.1變形測(cè)試技術(shù)

摻有膨脹劑的混凝土變形根據(jù)有無約束可分為自由變形和限制變形．目前關(guān)于自由變形測(cè)試方法尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)研究者一般根據(jù)自己的試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)條件選擇合適的裝置．此外，關(guān)于變形起點(diǎn)的確定也有爭(zhēng)議[20-23]，一般將混凝土初凝或終凝作為測(cè)試起點(diǎn)．因此，不同研究者的結(jié)果之間存在很大爭(zhēng)議和分歧．為此，研究人員一直致力于如何做到提高數(shù)據(jù)精度，排除模具對(duì)試件的約束以及溫度干擾等的研究．國內(nèi)外常見的自由變形的測(cè)試方法分為接觸式和非接觸式兩大類；我國參考美國材料協(xié)會(huì)和日本膨脹水泥混凝土試驗(yàn)方法，對(duì)限制變形的測(cè)量提出了規(guī)范性要求[22]．

2.1.1接觸式測(cè)試方法

目前，常見的接觸式自由變形測(cè)試方法有埋入應(yīng)變計(jì)法和千分表法．我國《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL352-2006)[23]中建議采用埋入應(yīng)變計(jì)的方法測(cè)定變形，將應(yīng)變計(jì)埋入裝有混凝土的桶中心，引線連入應(yīng)變儀和電腦，記錄應(yīng)變計(jì)隨混凝土的變形．埋入應(yīng)變計(jì)的方法精度較高，可以連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，但早期混凝土強(qiáng)度尚未發(fā)展完全，彈性模量較低，應(yīng)變計(jì)難與混凝土同步變形，故無法精確測(cè)得混凝土早期變形值，所測(cè)得的數(shù)據(jù)偏小．另外，實(shí)際操作過程中，由于探頭埋入試件中，無法直接觀察到應(yīng)變計(jì)是否位于試件中心且保持垂直，所測(cè)得數(shù)據(jù)往往離散性較大．此外，應(yīng)變計(jì)由于價(jià)格較昂貴，無法重復(fù)利用等原因，限制了該方法的應(yīng)用．

2.1.2非接觸式測(cè)試方法

若采用接觸式的測(cè)試方法，儀器會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生外力，如應(yīng)變計(jì)隨混凝土變形對(duì)混凝土產(chǎn)生反作用力；千分表接觸混凝土?xí)r可能產(chǎn)生外力等均會(huì)產(chǎn)生微小變形會(huì)使測(cè)量結(jié)果有誤差．故有的研究者采用非接觸式法測(cè)定混凝土的自由變形，如電渦流法、激光位移傳感器法等，其中電渦流法測(cè)試技術(shù)較為成熟，因而應(yīng)用較多，該方法最初也是用來測(cè)量混凝土的自收縮變形，后也被應(yīng)用到測(cè)試補(bǔ)償收縮混凝土的自由變形中[26]．

王樹銘[27]等提出的電渦流法可在無約束狀態(tài)下測(cè)量混凝土的早期收縮變形，該方法從混凝土澆筑成型開始，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集并記錄相關(guān)的傳感器的輸出電壓信號(hào)以及環(huán)境溫度值，通過測(cè)定探頭與混凝土間距離的變化，換算成混凝土的實(shí)際變形值，對(duì)硬化前后的混凝土變形情況進(jìn)行高密度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集．該方法因人為因素小、測(cè)試點(diǎn)與試件無接觸、測(cè)試時(shí)間范圍長、精度高(0.1 μm)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛運(yùn)用．

2.2影響膨脹性能的因素

影響膨脹劑發(fā)揮膨脹性能的因素有很多，大致可分為3類[9]，第1類是與膨脹劑自身有關(guān)的因素，如膨脹劑的種類、顆粒級(jí)配、摻量等；第2類是與混凝土有關(guān)的因素，如水泥品種、強(qiáng)度、礦物摻合料、外加劑等；第3類是與外在條件有關(guān)的因素，如混凝土的養(yǎng)護(hù)制度、約束程度等．

2.2.1與膨脹劑有關(guān)的因素

首先與膨脹源有關(guān)，即膨脹劑種類，膨脹速率取決于膨脹源的水化速率．CaO膨脹劑的水化較快，1～4 d就可達(dá)到穩(wěn)定期；鈣礬石類膨脹劑水化速率相對(duì)較慢，14 d可達(dá)到穩(wěn)定期；MgO膨脹劑水化速率最慢，1～2月膨脹才會(huì)基本穩(wěn)定，甚至更長時(shí)間．在土建工程中，MgO類膨脹劑還會(huì)因?yàn)檠舆t膨脹性造成結(jié)構(gòu)破壞，但在水利領(lǐng)域卻得到充分應(yīng)用．因此，為控制膨脹速率以適應(yīng)工程需要，可以調(diào)整膨脹劑的礦物組成和含量，于是工程中出現(xiàn)了復(fù)合膨脹劑，典型的有氧化鈣-硫鋁酸鈣(HCSA)雙膨脹源膨脹劑．此外，還有學(xué)者在膨脹劑制備過程中加入石膏等工業(yè)廢渣[28]，不僅性能良好，而且綠色環(huán)保，消化了工業(yè)廢棄物，具有良好的應(yīng)用前景．

其次，在生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，膨脹劑的細(xì)度對(duì)膨脹性能的影響往往容易被忽略，細(xì)度也會(huì)不同程度地影響膨脹劑的膨脹速率．趙順增[29]通過實(shí)驗(yàn)得出，HCSA膨脹劑的自由膨脹率與比表面積呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，限制膨脹與自由膨脹趨勢(shì)基本相同，并認(rèn)為膨脹與細(xì)度大致遵循“顆粒越粗，膨脹越大，膨脹穩(wěn)定期越長”的規(guī)律．莫立武[30]通過研究MgO類膨脹劑也得出顆粒越大，早期膨脹小，后期膨脹大的結(jié)論．

最后，一般膨脹劑摻量與膨脹值呈正相關(guān)關(guān)系，但現(xiàn)有試驗(yàn)研究表明：各類膨脹劑的膨脹值與其摻量并不成正比，該規(guī)律關(guān)系到工程中確定膨脹劑摻量值，但其原因尚未解釋清楚．

2.2.2與混凝土有關(guān)的因素

水泥與膨脹劑普遍存在適應(yīng)性問題，水泥中礦物組成的含量不同會(huì)導(dǎo)致膨脹效果出現(xiàn)差異．劉松柏[31]等開展了膨脹劑與水泥適應(yīng)性的研究，系統(tǒng)研究了水泥品種因混合材和強(qiáng)度等級(jí)差異對(duì)膠砂限制膨脹率的影響，結(jié)果表明，摻加等量膨脹劑的情況下，不同品種水泥制得補(bǔ)償收縮混凝土的限制膨脹率大小關(guān)系為P.O32.5

強(qiáng)度的發(fā)展總是和膨脹相互制約的，膨脹劑的總膨脹能分為有效膨脹能和無效膨脹能兩類．在水化早期，混凝土尚處于塑性階段，膨脹能被塑性的混凝土吸收，被吸收的膨脹能稱為無效膨脹能．無效膨脹能并不能使混凝土產(chǎn)生宏觀變形，隨著混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，膨脹產(chǎn)物通過膨脹變形在混凝土內(nèi)部建立預(yù)應(yīng)力，之后隨著彈性模量迅速增加，膨脹能不再能使混凝土產(chǎn)生宏觀變形，只能填充孔隙和提高密實(shí)度[32]．

礦物摻合料的摻入會(huì)降低硬化水泥漿體的堿度，鄧敏[33]研究MgO的膨脹機(jī)理時(shí)認(rèn)為OH-濃度越高，過飽和區(qū)域Mg2+的擴(kuò)散少，在MgO顆粒表面附近產(chǎn)生較大的過飽和度，Mg(OH)2在MgO顆粒表面附近生長，從而產(chǎn)生較大的膨脹．故一般礦物摻合料的摻入會(huì)減小氧化鎂類膨脹劑的膨脹性能．對(duì)于氧化鈣類膨脹劑，礦物摻合料中含有的鋁相，在一定摻量條件下會(huì)提升膨脹劑的膨脹性能．此外，礦物摻合料會(huì)不同程度地改變混凝土的強(qiáng)度，從而間接影響膨脹劑的膨脹性能．

現(xiàn)代混凝土中常加入各種化學(xué)外加劑以滿足實(shí)際需求，不可避免的帶來外加劑與膨脹劑的適應(yīng)性問題，需要指出的是，雖然膨脹劑在規(guī)范[34]中被列為外加劑的一種，但實(shí)際使用中膨脹劑的摻量一般在8%以上，不符合外加劑所定義的“摻量不大于水泥質(zhì)量的5%”，已不能算是外加劑．Collepardi[35]研究了減縮劑對(duì)摻氧化鈣類膨脹劑的混凝土膨脹變形的影響，認(rèn)為減縮劑和膨脹劑都能有效抑制混凝土的收縮，兩者混合使用會(huì)有協(xié)同效應(yīng)，即總的補(bǔ)償收縮量大于二者單獨(dú)使用之和；但若使用硫鋁酸鈣類膨脹劑，則不會(huì)有這種效應(yīng)．Oliveira[36]和Meddah[37]等也通過試驗(yàn)得出類似的結(jié)論．徐文[38]等研究了緩凝劑的摻入對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土自由變形和限制變形的影響，結(jié)果表明，緩凝劑的摻入會(huì)使CaO類膨脹劑產(chǎn)生更大的自由變形，但對(duì)于有強(qiáng)約束的限制條件下，摻入緩凝劑使得試件表現(xiàn)出先膨脹，后收縮的特性，同時(shí)也不同程度地縮短了膨脹歷程，減小了膨脹變形，增大了后期收縮．游有鯤[39]的研究表明：對(duì)于鈣礬石類膨脹劑，糖類以及有機(jī)磷類緩凝劑更能保證水養(yǎng)護(hù)時(shí)有較大的膨脹值；對(duì)于氧化鎂類膨脹劑，有機(jī)磷類緩凝劑與兩種高效減水劑復(fù)合使用更能產(chǎn)生較大的膨脹值．

2.2.3與外在條件有關(guān)的因素

水泥和膨脹劑的水化均離不開水，而補(bǔ)償收縮混凝土早期又十分依賴水分，因此養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)膨脹劑發(fā)揮效能具有顯著影響．姜正平[40]研究了養(yǎng)護(hù)條件對(duì)摻膨脹劑混凝土膨脹性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土后期收縮影響顯著，并指出只有在潮濕環(huán)境下?lián)饺肱蛎泟┎艜?huì)降低中后期收縮值．Tazawa[41]對(duì)比了補(bǔ)償收縮混凝土在高溫加壓水養(yǎng)和高溫蒸養(yǎng)的膨脹性能，研究發(fā)現(xiàn)，高溫加壓水養(yǎng)膨脹劑的摻量?jī)H需高溫蒸養(yǎng)的一半就能得到相同的膨脹量，且高溫加壓水養(yǎng)在水化后期能夠消除因?yàn)闈穸茸兓a(chǎn)生的變形，這種養(yǎng)護(hù)方式十分適合鋼筋混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力．

溫度關(guān)系到化學(xué)反應(yīng)的速率，也會(huì)影響到水泥的水化程度，故養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)膨脹劑發(fā)揮膨脹性能有較大影響．Chatterji[17]認(rèn)為，高溫環(huán)境促進(jìn)了MgO的水化，使得短時(shí)間內(nèi)水泥漿體中產(chǎn)生相對(duì)較多的Mg2+，由于Mg2+來不及向周圍漿體擴(kuò)散，導(dǎo)致液相中產(chǎn)生更大的過飽和度，結(jié)晶壓不斷增長，膨脹持續(xù)增加．考慮到鈣礬石在80℃以上會(huì)失水生成板狀的單硫型水化硫鋁酸鈣(AFm)以致生成延遲鈣礬石的危害[42]，關(guān)于養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)鈣礬石類膨脹劑影響的研究較少．一般補(bǔ)償收縮混凝土的限制膨脹率與養(yǎng)護(hù)溫度呈正相關(guān)關(guān)系，但閻培渝[43]等的研究卻發(fā)現(xiàn)，當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度超過50℃時(shí)，其限制膨脹率開始呈下降趨勢(shì)，其中60℃時(shí)的限制膨脹率反而低于20℃養(yǎng)護(hù)時(shí)的數(shù)值，這與鈣礬石在80℃以上才會(huì)生成單硫型水化硫鋁酸鈣的現(xiàn)象相矛盾，其原因尚未解釋清楚．

在實(shí)際工程中，混凝土總會(huì)受到一定的約束，如鋼筋的限制、相鄰結(jié)構(gòu)物的約束等，自由變形的情況幾乎是不存在的，因此規(guī)范[22]引入限制膨脹率這一指標(biāo)，基于限制膨脹率和配筋率(約束度)可以算出補(bǔ)償收縮混凝土的自應(yīng)力．但摻氧化鎂膨脹劑的混凝土限制膨脹率并沒有相關(guān)規(guī)范．一般而言，補(bǔ)償收縮混凝土的自應(yīng)力是個(gè)定值，限制膨脹率與配筋率是成反比的．但研究發(fā)現(xiàn)，單向約束，水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，若約束度過大，所產(chǎn)生的自應(yīng)力值降低；絕濕養(yǎng)護(hù)時(shí)，約束過大，自應(yīng)力值增加[44]，其原因尚未解釋清楚．限制條件不僅會(huì)影響補(bǔ)償收縮混凝土的宏觀變形，也會(huì)影響內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)．Colin[45]認(rèn)為，膨脹會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中大孔數(shù)量的增加，但是約束會(huì)減少大孔的數(shù)量．

3　展　望

國內(nèi)關(guān)于膨脹劑的研究越來越多，氧化鈣類膨脹劑將是今后研究的主流方向，這類膨脹劑對(duì)養(yǎng)護(hù)水的依賴程度較低，膨脹相Ca(OH)2在完成膨脹后可以進(jìn)一步與活性SiO2反應(yīng)，生成CSH凝膠，補(bǔ)充大摻量摻合料中的Ca(OH)2，解決因在混凝土摻入過多的礦物摻合料而產(chǎn)生的“貧鈣”問題，提高混凝土抗碳化性能[48]．目前，對(duì)于膨脹效能更高、環(huán)境濕度敏感性更小、膨脹歷程更加合理的新一代鈣類和鈣鎂復(fù)合類膨脹劑的研究正日益受到重視．筆者認(rèn)為還有以下幾點(diǎn)有待進(jìn)一步研究：

1)試驗(yàn)采用的變形測(cè)試技術(shù)不盡相同，以自由變形為例，國內(nèi)常用的測(cè)試方法多達(dá)7種，所得數(shù)據(jù)結(jié)果也有所不同，與混凝土的實(shí)際變形也有差距，何種測(cè)試技術(shù)更能夠反映混凝土實(shí)際變形需進(jìn)一步研究．

2)試驗(yàn)采用的養(yǎng)護(hù)機(jī)制多來自規(guī)范或根據(jù)試驗(yàn)條件決定，難以與實(shí)際環(huán)境匹配．例如拆模時(shí)間和水養(yǎng)天數(shù)會(huì)很大程度上影響補(bǔ)償收縮混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的形貌和孔結(jié)構(gòu)情況，也會(huì)影響膨脹劑發(fā)揮膨脹效能的速度和最終膨脹量，何種制度能夠匹配混凝土實(shí)際服役環(huán)境目前尚無定論．

3)現(xiàn)有關(guān)于補(bǔ)償收縮混凝土變形性能的試驗(yàn)多是恒溫養(yǎng)護(hù)，與混凝土內(nèi)部實(shí)際溫度變化歷程不匹配，尤其是在早期溫升溫降歷程更為劇烈的水工大體積混凝土中，因此考慮混凝土內(nèi)部溫度變化方面的研究亟需加強(qiáng)．

4)在實(shí)際結(jié)構(gòu)中混凝土總會(huì)受到一定程度的約束，膨脹值會(huì)因?yàn)榧s束程度變化而發(fā)生變化，現(xiàn)有對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土膨脹變形試驗(yàn)多是在無約束狀態(tài)下的自由變形，即使有的試驗(yàn)研究也并未將約束程度作為一個(gè)變量，因此應(yīng)該加強(qiáng)關(guān)于約束程度對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土變形性能影響的研究．

5)現(xiàn)有對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土的研究多以試驗(yàn)為主，多是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的簡(jiǎn)單描述或者對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)擬合，即使有的理論研究也是在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，不同的試驗(yàn)條件可能得到不同的結(jié)果，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這方面的理論研究，挖掘其中的本質(zhì)尤為重要．

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[責(zé)任編輯周文凱]

Research Progress of Shrinkage-Compensating Concrete

Yin Xinlong1Zhao Haitao1，2Qiu Ning3Di Yunfei1Lu Anqun2，4Li Hua2，4

(1. College of Civil & Transportation Engineering, Hohai Univ., Nanjing 210098, China； 2. State Key Laboratory of High Performance Civil Engeering Materials, Hohai Univ., Nanjing 210008, China； 3. Nanjing Water Conservancy Project Construction Management Center, Nanjing 210008, China; 4. Jiangsu Sobute New Materials Co., Ltd.，Nanjing 210008, China)

Shrinkage-compensating concrete made by blending expansive additive into cement concrete has good performance of decreasing early-age autogenous shrinkage and reducing risk of cracking in concrete structures effectively. According to achievements of expansive additive in domestic and foreign countries, the mechanism of expansion of different expansive additives is reviewed; the merits and demerits of different measuring methods on expansion are generalized; and the factors influencing the function of expansive additives are expounded, so as to provide for reference in practical applications. The tendency of research on expansive additive is also presented.

expansive additive;mechanism;measuring method;influencing factor

2016-04-24

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51309090)

趙海濤(1978-)，男，副教授，博士，主要研究方向?yàn)榛炷猎琮g期性能及裂縫控制．E-mail： zhaoht@hhu.edu.cn

10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2016.04.013

TU528

A

1672-948X(2016)04-0060-06