一剪梅简谱歌谱大全谱:对高性能混凝土的认识及混凝土开裂的问题4

　　单位体积的胶凝材料用量(即浆骨比)对混凝土干缩有着显著的影响这一点是确定的。MariaC.GarciJuenger等人认为混凝土干缩的速率和程度可能还受C—S—H凝胶形貌的影响。凝胶数量也影响干缩，与传统混凝土相比，HPC因其低水胶比使凝胶数量较少，所以干缩较小。

　　2.2　化学收缩

　　水泥水化后，固相体积增加，但水泥－体系的绝对体积减小。所有的胶凝材料在水化后都有这个减缩作用，大部分硅酸盐水泥在水化后体积总减少量为7%～9%。在硬化前，所增加的固相体积填充原来被水所占据的空间，使水泥密实，而宏观体积减缩；在硬化后，则宏观体积不变而水泥－水体积减缩后形成内部孔隙。因此，这种化学减缩在硬化前不影响硬化混凝土的性质。化学减缩和水泥的组成有关。

　　化学收缩和水化程度成正比，HPC存在大量未水化水泥颗粒，尽管其单位体积胶凝材料用量较大，其化学收缩和普通混凝土相比仍然较小。但如掺用活性很高的矿物掺和料如硅灰或超细矿渣，则化学收缩会在一定范围内随其掺量的增加而增加。

　　2.3　塑性收缩

　　塑性收缩发生在硬化前的塑性阶段，是指塑性阶段混凝土由于表面失水速率大于泌水速率而产生的收缩，多见于道路、地坪、楼板等大面积的工程，以夏季有风的情况下施工最为普遍。混凝土在新拌的状态下，拌和物中颗粒间充满水，如果养护不足，表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时，则会造成毛细管中产生负压，使浆体产生塑性收缩。塑性收缩常伴随着不可见裂缝的发展。

　　HPC的水灰比低，自由水分少，辅助胶凝材料对水有更高的敏感性，在上述工程中容易发生塑性收缩而引起的表面开裂。影响塑性收缩开裂的外部因素是风速、环境温度、凝结时间和相对湿度等，内部因素是水灰比、辅助胶凝材料、浆集比、混凝土的温度；延缓混凝土凝结速率等措施都能控制塑性收缩，最有效的方法是终凝前（开始常规养护）保持混凝土表面的湿润，如在表面覆盖塑料薄膜、喷洒养护剂等。

　　2.4　温度收缩

　　温度收缩主要是混凝土内部温度由于水泥水化而升高，最后又冷却到环境温度时产生的收缩。其大小与环境温度、混凝土浇筑温度、混凝土的热膨胀系数、混凝土最高温度和降温速率有关。降低温升、减小降温速率、提高混凝土的抗拉强度、使用热膨胀系数低的集料(石灰岩、辉长岩)，有利于减少冷缩和防止开裂。HPC中大量辅助胶凝材料的使用，使混凝土的绝热温升得到了有效降低(硅粉除外)。混凝土中温度升高主要发生浇筑以后几个小时内。在相同的胶凝材料用量条件下，与纯水泥混凝土比较，尽管硅粉混凝土总放热量较低，但温升却较高，其原因是它早期放热速度快。

　　2.5　碳化收缩

　　空气中含CO2约为0.04%，在相对湿度合适的条件下，CO2能和混凝土表面由于水泥水化生成的水化物很快地起反应，称为碳化，伴随有体积收缩，称为碳化收缩。碳化收缩是不可逆的。

　　碳化收缩导致混凝土中Ca(OH)2含量的减少，从而引起水泥浆体中的碱度下降，继而其他水化物也可发生碳化反应，拌有水分的损失，也引起体积收缩，并且进而可使C—S—H的钙硅比减小。

　　高性能由于混凝土有足够的密实度，碳化就只限于表面层，很难向内部进行。而在表面层，干燥速率也是最大的。干缩和碳化收缩的叠加受到内部混凝土的约束，可能会引起严重的开裂。碳化反应伴随的收缩是相对湿度的函数，无论是单纯的碳化，还是由于干缩的同时发生的碳化，或者干燥及其后碳化产生的收缩，都在相对湿度45%～65%时最大，应当尽量避免。普通混凝土的碳化速度与水灰比近似成线性关系。掺入辅助胶凝材料部分代替水泥后，在相同的水灰比下，碳化速率增加，降低混凝土的水胶比，则可达到相近的碳化速率(见图4)。但代替骨料，碳化速率反而下降。

　　2.6　自收缩

　　自收缩是由于混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低进而造成毛细孔中水分不饱和并由此产生的负压引起的混凝土收缩。混凝土自收缩是在混凝土与外界无水分交换的条件下发生的。低水灰比的HPC和HSC的自收缩比普通混凝土的自收缩大得多。HPC和高强混凝土(以下简称HSC)的水胶比很低，能提供水泥水化的自由水分少，近年来由于对早期强度片面的追求，混凝土趋向于使用低的水灰比，较高早期强度发展率会使自由水消耗较快。HPC和HSC由于自干燥产生的原始裂缝，影响混凝土的强度和耐久性。

　　影响自收缩的因素主要有水胶比、水泥品种、辅助胶凝材料、集料、水泥细度、养护温度、外加剂、试件尺寸等。水胶比越低，自收缩所占比例越大；HPC由于其低的水灰比和单位体积内大的水泥用量所带来的混凝土自收缩问题正越来越引起人们的关注。但在注意到这个问题之后，存在自收缩并不必然产生开裂。

　　3　胶凝材料对混凝土早期收缩的影响

　　3.1　水泥

　　现代水泥的组成和细度发生了很大变化，这是建筑业需求的反映；现代混凝土是70年来采用水化趋快、用量趋大的水泥的最终产物。这种趋势导致强度很高但也容易开裂的混凝土出现，造成今天115000多座桥面板的劣化。桥面板和停车库是首先出现大量损坏的混凝土应用场合，因其体积变化处于较大的约束下，又受到较剧烈的温、湿度变化。这种混凝土强度较高、弹性模量大，缺乏松弛，因温度收缩、自身收缩和干缩引起的自应力的能力。HPC采用的水泥最好是强度高且同时具有良好的流变性能，并且和目前大量使用的超塑化剂有良好的相容性；但在我国目前技术水平下，通常采用提高C3A(虽然同时也适当提高C3S含量)含量和较大比表面积的措施来提高水泥标号，其后果必然造成水泥水化热大、需水量大、水泥和高效减水剂相容性差、不易保存等问题。从而导致混凝土抗裂性能的降低。另外，高标号水泥如果出厂后不尽快使用，强度损失往往比较大。

　　现在，国外有研究认为，根据现有的混凝土施工技术水平，水泥颗粒细度对混凝土收缩有如下两方面影响：一方面，根据方程可知由于水泥比表面积高，导致混凝土内部相对湿度降低，从而产生更大的毛细孔压应力；因此导致较大的干缩以及自收缩；另一方面，由于混凝土自收缩和干缩和微结构拉力区中水的数量成正比，而细的水泥产生更大的化学减缩和空的孔隙，充水孔隙将大为减少，从而减少混凝土的自收缩和干缩。

　　式中：Vm——水的摩尔体积

　　T——绝对温度

　　RH——混凝土内部相对湿度

　　R——气体常数

　　另外，对于高性能混凝土，由于其水灰比一般<0.42，无论水泥细度如何，必然存在未水化的水泥颗粒，这时水泥细度如何影响高性能混凝土性能也是一个疑问。

　　3.2　辅助胶凝材料

　　现在国外一般把掺和料也称为辅助胶凝材料，所以这里把掺和料和胶凝材料放在一起。

　　有人认为，辅助胶凝材料大量使用，改善了混凝土的硬化行为和内部结构，同时也带来早期体积稳定性差，容易开裂等问题。实际上，不同的矿物掺和料对混凝土的行为的影响会有很大的差别，不能笼统地这样下结论。此外，水泥和混凝土的研究者因针对了不同的对象(即选取了不同层次的体系)，会得出不同的结论。

　　U.Guse和H.K.Hilsdorfr通过研究认为，尽管在使用中，HPC表面出现裂缝时的荷载比普通混凝土的大2～3倍，但裂纹随着水灰比的降低而增加。

　　关于辅助胶凝材料对混凝土收缩开裂的影响，有关文献认为：

　　(1)掺4%～8%的硅粉使早期水化放热增加15%，并且显著增大开裂趋势。

　　(2)使用粉煤灰和石灰石水泥可减少开裂的趋势。

　　(3)掺50%矿渣的矿渣水泥的水化热仅为硅酸盐水泥水化热的一半，但二者开裂温度几乎一样。

　　事实上，就目前所使用的辅助胶凝材料而言，如硅粉、磨细矿渣和粉煤灰等，对改善混凝土的性能，特别是提高混凝土的抗裂性、抗蚀性，以至全面提高混凝土的耐久性的确起到了重要的作用；但是，必须指出，一定要正确使用，否则适得其反。例如，在混凝土中掺加一定量的硅粉，应注意由于早期水化放热量较大、早期干缩较大等特点，必须采取措施，如即时养护等。硅粉混凝土早期开裂似乎比基准混凝土大，其实这并不是硅粉的“错”，而是以传统观念采用新材料的结果。因此，建议应对辅助胶凝材料对混凝土行为的影响进行客观、全面的评价，以找出规律、更新观念，发挥辅助胶凝材料的潜质。

　　4　讨论

　　(1)要正确认识高性能混凝土，不要将其看成是一个混凝土的品种而机械地搬用配合比。高性能混凝土的实现并不是仅依靠配合比，而是需要从涉及到施工的全面配合才能达到的。

　　(2)影响开裂的因素是很复杂的，各种因素还可能会有相反的影响而相互抵消。应当根据不同工程的特点和条件分析不同组成和配合比的混凝土开裂的倾向。

　　(3)在约束条件下的收缩是引起混凝土开裂的潜在因素，通过收缩的测定可以预测混凝土开裂的倾向，但必须有正确的方法和对条件的控制。目前许多有关报道实际上对其所测的收缩数据缺乏分析，没有采取一定的方法和条件把不同种类的收缩加以区别，因此显得混乱。

　　(4)工程实践表明，混凝土耐久性往往与其开裂行为密切相关；建立统一规范的开裂评价体系是必要的，以综合评价混凝土的开裂行为，进而预测其耐久性。

　　(5)高性能混凝土是以耐久性为标志的高技术混凝土，所谓高技术，不仅仅指实现混凝土高性能化的材料技术、制备技术，更要强调高性能的施工技术。