自密實混凝土室內干燥收縮性能預估

廖巍崴,湯勝,竇加進,俞紹林,張海濤,朱浩東

自密實混凝土室內干燥收縮性能預估

廖巍崴1,湯勝1,竇加進1,俞紹林1,張海濤1,朱浩東2

1. 中交第三公路工程局有限公司, 北京 100102 2. 山東理工大學建筑工程學院, 山東 淄博 255000

為了建立適用于自密實混凝土干燥收縮的預估模型，本文制備了不同參數的自密實水泥混凝土試件進行干燥收縮試驗，分別分析了粉煤灰摻量、膠結料用量及水膠比對自密實混凝土干燥收縮性能的影響規律，提出了自密實混凝土干燥收縮的預估模型。結果表明：粉煤灰對自密實混凝土的干燥收縮具有一定的抑制作用；膠結料用量越大，自密實混凝土的干燥收縮也越大；水膠比對自密實混泥土的干燥收縮性能影響特別大，隨著水灰比的逐漸增大，干燥收縮逐漸減小；利用該模型可以較為準確的預測自密實混凝土的干燥收縮。

自密實混凝土; 室內試驗; 干燥收縮

自密實混凝土作為一種新型混凝土也存在一定的干燥收縮變形[1-3]，如果處理不得當，則會使得自密實混凝土內部產生微小的裂紋，勢必會對自密實水泥混凝土的強度特別是耐久性產生損害[4-6]。國內外研究學者也在自密實水泥混凝土干燥收縮特性上展開了大量的研究工作，取得了許多有價值的成果。Oliveira MJ等[7]認為自密實混凝土擁有更大的干燥收縮特性，減水劑、膨脹劑和礦物摻合料的使用有助于抑制其干燥特性。Liu KZ等[8]利用粉煤灰、高爐礦渣和偏高嶺土替代部分水泥，并借助鎂質膨脹劑和液體膨脹劑的復合作用，制得了自收縮和干燥收縮大大降低的自密實水泥混凝土。Abdalhmid JM等[9]制備了粉煤灰摻量為0～60%的自密實混凝土，并對試件進行了測試，通過對比認為ACI209模型具有更加準確的預測度。但樓瑛等[10]則提出了相反的觀點，認為相比王鐵夢模型和ACI209模型，GL模型在自密實混凝土干燥收縮變形方面擁有更高的準確度。郭奇等[11]則利用歐洲CEB-FIP干縮模型對自密實混凝土干縮的適用性進行了研究，并基于試驗結果肯定了該模型的適用性。所以在自密實混凝土干燥收縮預估上，眾說紛紜，尚缺乏具有廣泛適用性的預測模型。因此，本文選擇了粉煤灰摻量、膠結料用量和水膠比為參數，制備了參數不同的自密實水泥混凝土試件，進行了干燥收縮試驗，并基于試驗數據分析，提出了適用于自密實水泥混凝土干燥收縮的預估模型。研究成果為自密實水泥混凝土的干燥收縮預測提供了一種新的思路與計算模型。

1 原材料與試驗設計

1.1 原材料

本文所采用的原材料來源于中交第三公路工程局有限公司承建的渤海先進技術研究院項目。外摻劑為早強抗凍劑，生產單位為天津鑫永強有限公司，型號為SP406，減水率為26%，泌水率為30%，28 d收縮率比為110%，滲透高度比為75%，對鋼筋無銹蝕作用。細集料細度模數為2.9，原產地為遼寧，含泥量為1.5%；水泥為唐山弘也生產的P·O 42.5級；碎石的原產地為山東淄博，其粒徑為5～20 mm，含泥量為0.3%；粉煤灰為大唐魯北有限公司生產的F類粉煤灰。

1.2 試驗設計

通過文獻資料分析，對自密實混凝土而言，影響其干燥收縮特性的因素主要包括粉煤灰摻量、水膠比和膠結料用量。本文以此為依據設計粉煤灰摻量分別為0%、10%、20%、30%的自密實水泥混凝土；并以粉煤灰摻量20%為基準，設計膠結料摻量分別為500 kg/m3、550 kg/m3、600 kg/m3的自密實混凝土；同時制備水膠比分別為0.28、0.32、0.36、0.4的自密實混凝土。各類型自密實混凝土的配合比及編號見下表1，其坍落度及坍落擴展度見下表2。

表1 自密實混凝土的配合比

表2 各編號自密實混凝土的工作性

對上述不同的自密實混凝土進行干燥收縮試驗，試件尺寸為100 mm×100 mm×515 mm，測量周期為40 d，試驗的相對濕度為60±5%，試驗溫度保持在20±5 ℃。為了確保試驗數據的準確性，每個編號的自密實混凝土制備4個試件，下文中的數據均為取平均值后的數據。

2 自密實混凝土干燥收縮試驗結果分析

2.1 粉煤灰對自密實混凝土干燥收縮性能的影響

對試驗結果進行整理，不同粉煤灰摻量下的自密實混凝土的收縮曲線如下圖1所示。

從圖1可以看出在干燥收縮試驗的初期，粉煤灰摻量對自密實混凝土的干燥收縮的影響不大，在干燥初期，自密實混凝土的干燥收縮增長較快，但是7 d之后，增速逐漸減小，且隨著粉煤灰摻量的逐漸增大，自密實混凝土的干燥收縮越小。在試驗結束時，就干縮量而言，4#＜3#＜2#＜1#，即粉煤灰摻量30%＜20%＜10%＜0%。上述現象表明粉煤灰對于自密實混凝土提高其抵抗干燥收縮性能有利，其原因可能是由于粉煤灰的微填料作用及自身水化反應緩慢，導致自密實混凝土內部的孔隙結構得到改善。

2.2 膠結料用量對自密實混凝土干燥收縮性能的影響

對不同膠結料用量的自密實混凝土進行干燥收縮試驗，試驗結果整理在下圖2中。

圖1 不同粉煤灰摻量自密實混凝土的干燥收縮曲線

Fig.1 Drying shrinkage curves of self-compacting concretes with different fly ash contents

圖2 不同膠結料用量自密實混凝土的干燥收縮曲線

圖2顯示，在干燥收縮試驗的初期，其規律依然表現為干燥收縮迅速增大，隨著齡期的逐漸延長，增速逐漸變緩。對比不同膠結料摻量的自密實混凝土，不難看出隨著膠結料用量的逐漸增大，自密實混泥土的干燥量逐漸增大，表現在圖中為膠結料用量大的干燥收縮曲線在圖的上方，膠結料用量小的干燥收縮曲線在圖的下方。在試驗結束時，就干縮量而言，3#＜5#＜6#，即膠結料用量500 kg/m3＜550 kg/m3＜600% kg/m3。

2.3 水膠比對自密實混凝土干燥收縮性能的影響

不同水膠比的自密實混凝土試驗結果如下圖3所示。

圖3顯示，水灰比對自密實混泥土的干燥收縮性能影響特別大，隨著水灰比的逐漸增大，干燥收縮逐漸減小。以試驗結束時的齡期40 d計算，以水灰比為0.28時的自密實混凝土干燥收縮量為基礎，水灰比為0.32、0.36、0.40時的干燥收縮量分別降低了8.5%、16.2%、27.3%。

圖3 不同水灰比自密實混凝土的干燥收縮曲線

3 自密實混凝土干燥收縮預測模型

現有水泥混凝土的干燥收縮計算模型主要包括王鐵夢模型、GL模型和ACI209模型等，在利用上述模型進行計算，發現計算結果與試驗結果誤差較大，說明上述模型不適用于自密實混凝土干燥收縮的預測。

自密實混凝土干燥收縮預測模型：

式中：ε()-最終收縮量，10-6；1-粉煤灰摻量，%；2-膠結料用量，kg/m3；3-水膠比因子，無量綱；-干燥收縮時間，d；f28-自密實混凝土28 d抗壓強度，MPa；,-系數；，，分別為粉煤灰摻量因子、膠結料用量因子、水膠比因子。

通過試驗數據計算的、、、、的取值分別為0.817、1.26、-0.089、1.071、-0.949，則式（1）可以寫成：

利用式（2）可以預測不同齡期的自密實水泥混凝土的干燥收縮量，下圖4-圖9為預估模型預測值與實測值的對比關系圖。

圖4～9顯示，無論是面對粉煤灰摻量的變化、膠結料用量的變化還是水膠比的變化，上述模型的預測結果均呈現出相對較高的相關度，說明該模型在預測自密實混凝土的干燥收縮量上具有普遍的適用性。當然，該模型的是基于室內試驗數據而建立的，限于試驗樣本數量與種類的限制，不排除存在本模型未考慮的因素會對自密實混凝土的干燥收縮性能造成影響，相關系數的取值隨著試驗樣本與種類的增大也可能會得到進一步的優化。

圖4 3#試件預估效果

圖5 4#試件預估效果

圖6 5#試件預估效果

圖7 6#試件預估效果

圖8 8#試件預估效果

圖9 9#試件預估效果

4 結論

通過對自密實混凝土的干燥收縮特性的室內試驗研究，得到了以下幾點結論：

（1）粉煤灰對自密實混凝土的干燥收縮現象具有一定的抑制作用；

（2）膠結料用量越大，自密實混凝土的干燥收縮也越大；

（3）水灰比越大，干燥收縮越小；

[1] 黃興亮,李紅明,周勝波.吸水樹脂改善自密實混凝土干縮性能的研究[J].混凝土,2017(3):142-145

[2] 左文強.自密實混凝土魯棒性與收縮性能研究[D].南京:東南大學,2018

[3] Huseien GF, Shah KW. Durability and life cycle evaluation of self-compacting concrete containing fly ash as GBFS replacement with alkali activation [J]. Construction and Building Materials, 2020,235:117458

[4] 康熙日.尼龍纖維自密實混凝土梁抗裂性能試驗研究[D].延吉:延邊大學,2018

[5] 李化建,黃法禮,程冠之,等.水粉比對自密實混凝土剪切變形行為的影響[J].建筑材料學報,2017,20(1):30-35

[6] 江鑫.鋼渣集料自密實混凝土的制備技術及其抗裂性能研究[D].鎮江:江蘇科技大學,2018

[7] Oliveira MJ, Ribeiro AB, Branco FG,. Strategies to mitigate shrinkage in an intermediate strength self‐compacting concrete [J/OL]. Structural Concrete, 2020:201900456

[8] Liu KZ, Shui ZH, Sun T,. Effects of combined expansive agents and supplementary cementitious materials on the mechanical properties, shrinkage and chloride penetration of self-compacting concrete [J]. Construction & Building Materials, 2019,211:120-129

[9] Abdalhmid JM, Ashour AF, Sheehan T. Long-term drying shrinkage of self-compacting concrete: Experimental and analytical investigations [J]. Construction and Building Materials, 2019,202:825-837

[10] 樓瑛,莊金平.混凝土多元非線性干燥收縮計算模型研究[J].水利與建筑工程學報,2017,15(5):105-111

[11] 郭奇,吳煥娟,張建勇.歐洲CEB-FIP干縮模型對自密實混凝土干縮的適用性研究[J].建筑技術開發,2011,38(9):107-108

The Prediction for Indoor Drying Shrinkage Performance of Self-compacting Concrete

LIAO Wei-wei1, TANG Sheng1, DOU Jia-jin1, YU Shao-lin1, ZHANG Hai-tao1, ZHU Hao-dong2

1.100102,2.255049,

In order to establish a prediction model for drying shrinkage of self-compacting concrete (SCC), The content of fly ash, cement content and water binder ratio were selected as variables. Self-compacting cement concrete specimens with different parameters were prepared. The drying shrinkage test was carried out to analyze the influence of fly ash content, cement content and water binder ratio on the drying shrinkage performance of self-compacting concrete. And a prediction model for drying shrinkage of SCC was proposed based on the analysis of experimental data. The results show that, fly ash can restrain the drying shrinkage of self-compacting concrete. The greater the amount of binder, the greater the drying shrinkage of SCC. The influence of water binder ratio on the drying shrinkage of self-compacting concrete is especially great. With the increase of water binder ratio, the drying shrinkage is smaller. The model established in this paper can be used to accurately predict the drying shrinkage of SCC.

Self-compacting concrete; indoor test; drying shrinkage

TU528.53

A

1000-2324(2021)03-0521-04

2020-02-28

2020-04-12

國家自然科學基金資助(51908342)

廖巍崴(1983-),男,本科,高級工程師,主要從事路橋及建筑施工管理工作. E-mail:40545313@qq.com