研究与应用ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ｌ — 一 混凝土自生体积变形影响因素分析 刘 涛 杨富亮 刘明苗 （ 中国长江三峡集团公司溪洛渡试验中心，云南６５ ７３００， 安康工业学校，陕西７２ ５０１１） 摘要：混凝土裂缝一直以来都是工程界的一大难题，为了减少裂缝的出现，提高整体工程质量，改善混凝土的抗裂 陛能，减小混凝土的体积收缩变形是行之有效的途径之一。 本文简述了混凝土自生体积变形的影响因素，以保证试验数据的准确性、可靠性。 关键词： 混凝土，自生体积变形，影响因素，抗裂性能 文章编号：２２１８－９８８２（２０１ １）０１—００２０—０３ １前言 在恒温绝湿的条件下，仅仅由于混凝土内部胶 凝材料水化作用引起的体积变形，称之为白生体积 变形。由于混凝土是由多种原材料按照一定比例组 Ｔ５１５０—２００１拌制混凝土，采用湿筛法剔除拌合物中 粒径大于４０ｍｍ的骨料。分三层装入试件桶中，并分 别振捣，在装料及振捣过程中，注意应变计的保 护。试件成型后尽快进行密封，防止混凝土中水分 散失。首先用密封胶填充试件桶与盖之间的 隙及 应变计出线Ｌ＝＿Ｉ，再用高压防水胶带进行 次密封， 最后用宽胶带密封最外层，以保证整个试件的密 封。 成，再加上各种原材料性能相差较大，硬化后的混 凝土又以固相、液相、气相形式共存，因此检测混 凝土的自生体积变形变得更为复杂。 ２试验成型及养护 ２．１试验设备 ２．１．１应变计 采用南京林经岩土工程监测仪器有限公司生产 的Ｓ一２５０型大体积混凝土用应变计。其工作原理是： 应变计埋设于混凝土建筑物内部，当混凝土的应变 发生变化时引起电阻感应组件发生相对位移，从而 使感应组件上的电阻增大或减小，电阻比发生变 化，通过差动电阻测量仪测其电阻、电阻比变化从 而得到混凝土的应变变化量。 试件密封完成后，及时测量应变计的电阻及电 阻比，并放置于（２０±２）℃的环境中静养，避免振 动，再按照《水 混凝土试验规程》ＤＬ／Ｔ５１５０ ２００１ 进行检测与计算。 ３影晌因素分析 ３．１水泥 ３．１．１铝酸三钙 在水泥矿物成分中，铝酸ｊ钙水化反应所引起的 相对体积收缩最大，根据实测资料，其干缩也是比较 大的，而且铝酸三钙水化速度快，如果在水泥孰料 ２．１．２差动电阻测量仪 采用南京林经岩土工程监测仪器有限公司生产 的ＰＲＭ一１型差动电阻测量仪。 中石膏掺量小，铝酸三钙相对含量较大时，史容易 引起混凝土的早期塑性收缩。为了减少混凝土的早 期裂缝，在水泥生产过程中必须要严格控制铝酸三 钙的含量，适量调配铝酸三钙与石膏的最优比例。 ２．１．３试件密封桶 采用镀锌板制作，直径为 ２００ｍｍ，高度为 ６００ｍｍ，桶盖中央留有应变计出线孔。试验前应进行 ３．１．２细度（比表面积） 水泥细度对混凝｝ 的变形同样有很大的影响， 细度越粗，相对水化越慢；细度越细，相对水化速 度越快、越彻底。比表面积为３３９ｍ２／ｋｇ的水泥样品， ２８ｄ自收缩达￣Ｊ７ｏｏ×１０－。，同样比表面积为７３５ｍ２／ｋｇ 的水泥样品，２８ｄ自收缩为１７００×１０一。 高水泥细度，有利于混凝土的早期抗裂。 此适当提 严格检查，要求不渗水、不透气，桶内衬厚度为２ｍｍ 的橡胶板。 ２．２成型与养护 成型前将应变计放入试验环境中，待应变计恒 温，测其自由状态下电阻及电阻比，保证其正常工 作状态。再垂直固定于试件桶中心位置，并注意成 型时不使应变计受到损坏。 严格按照２０ ３．１．３氧化镁 当水泥原料配料比例不当或煅烧工艺不正常 《水工混凝土试验规程》Ｄ Ｌ／ 时，会产生较多的游离氧化钙和氧化镁，它们与熟 料一起经过１４５０℃高温煅烧，属于严重过火的氧化 钙、氧化镁。其水化速度极慢，在水化初期几乎不 与水发牛化学反应，而经过较长时期，在水泥凝结 硬化后才慢慢开始水化，而且其水化生成物的体积 都比原来体积增加两倍以上，致使水泥石内部产生 了相当高的局部应力。 图１中两组试件为同一原材料在同样条件下养护 成型，其氧化镁为外掺型。从图１中可以看出，氧化 镁含量为４．４０％时，混凝土在３６５至１０００天，白生体 积变形稳定在一５～Ｏ×１０ 范围内。而氧化镁含量为 ２．００％时，混凝土在３６５天至１０００大，白生体积变形 稳定在一３５～４０×１０ 范围内。ＭｇＯ含量为２．００％的试 件在同样条件下比掺量为４．４０％的试件收缩变形增加 约３５×１０。由此可以说明在水泥中适量地增大ＭｇＯ 含量，可以减小混凝土收缩，提高混凝土的抗裂性 图１ 氧化镁对混凝土自生体积变形的影响 ３．２粉煤灰 混凝土在水化过程中会释放出人量的水化热， 从而升高了混凝土内部温度，加大了内外温差，当 温差达到一定矛旱度时，便会造成裂缝的出现。在混 凝上中掺入适量的粉煤灰，由于减少了水泥的用 量，从而可以降低水化热。水化放热的多少和速度 取决于水泥的物理、化学性能和掺入粉煤灰的量。 例如，掺３０％的粉煤灰时，可使因水化热导致的绝 热温升降低１５％左右。众所周知，温度升高时水泥 水化速率会显著加快。研究表明：与２０℃相比， ３０。Ｃ时硅酸盐水泥的水化速率要加快１倍。一些大 体积混凝士，其断面尺寸大，混凝土设计强度等级 高，所用水泥强度等级高，单位水泥用量增大。施 行新标准后水泥的粉磨细度加大，这些凶素的叠 加，导致了混凝土硬化过程温升明显加剧，温峰升 高，导致许多混凝土结构出现大量的早期裂缝。粉 煤灰混凝上可以相对降低水化热，减少结构物由于 温度而造成的裂缝。 ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＩＭＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ硼究与应用 臻 — ｌ＝ 图２中两组试件在同一条件下成型养护。１一ｌ胶 凝材料中６５％为水泥，３５％为粉煤灰。１—２胶凝材料 中１００％为水泥。从图２中不难看出，掺粉煤灰试件在 ７３２ｄ龄期内最大收缩量为一９．７１×１０～，而不掺粉煤 灰试件在７３２ｄ龄期内最大收缩量为一１５．７７ Ｘ １０。由 此可以证明，在混凝土中适量掺入粉煤灰，可以减 小水泥用量，降低水化热，从而减小混凝土的收缩 变形，有利于混凝土抗裂。 ‘ 掺粉燥跃ｔ 掺粉煤获臼变对比曲线 （７３２ｄ：１０．９８） 主 ０ｉ ｉ．０ｊ。０。 ｌ ，——— ． ／／＿／■ ／／。 — ，删 。 ：： 二 ㈣１（】０咖 ｝（７０１］ ｌ５ ７７） 十１一ｌ掺耪煤袄 ２０．００ 一卜２来掺粉煤灰 图２混凝土中掺粉煤灰与不掺粉煤灰自变对比图 ３．３骨料 一般情况下，骨料具有相当好的体积稳定性， 但有些多孔燧石、页岩等相对体积稳定性较差。混 凝土的热膨胀系数与骨料的热膨胀系数有关，骨料 的热膨胀系数低，所配制的混凝士热膨胀系数也 低，从而降低了混凝土的温度收缩变形。 不同骨料所拌制的混凝土线膨胀系数是有差异 的，试验表明，灰岩骨料混凝土线膨胀系数为５．５× １０，玄武岩骨料混凝土线膨胀系数为７．７ Ｘ １０， 因此，不同的骨料所拌制的混凝土自变也有较大的差 异，见图３、图４。 图３玄武岩骨料与灰岩骨料自变对比图（常态混凝土） 注：图３中两组试件分别为全灰岩骨料（灰岩粗骨料＋ 灰岩砂）和全玄武岩骨料（玄武岩粗骨料＋玄武岩砂）常态 混凝土。两组试件为同一原材料（骨料除外）同一配比参 数。 从图３中可以看出，全灰岩骨料混凝土在９８天内 一直在零线以上，处于膨胀趋势发展；全玄武岩骨 料混凝土呈现出收缩趋势。同比在３９天龄期时，灰 岩骨料混凝土白生体积变形为５．８８×１Ｏ，而玄武岩 骨料混凝土自生体积变形为一ｌ６．３５×１０。 ２１ － 研究与应用ＲＥｓＥＡＲＣＨ ＡＩ、ＩＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯ Ｊ、｝ 定，有利于混凝土抗裂。相对而言，玄武岩骨料混 凝土自生体积变形劣于灰岩骨料。 ３．４水胶比 当水泥用量一定时，不同水胶比对混凝土的收 缩率见表ｌ： 表１ 水胶比 不同水胶比下混凝土的收缩率 ０．３ ０．４ Ｏ．５ ０．６ ０．７ 图４玄武岩骨料与灰岩骨料自变对比图（泵送混凝土） 注：图４中两组试件分别为全灰岩骨料（灰岩粗骨料＋ 灰岩砂）和全玄武岩骨料（玄武岩粗骨料＋玄武岩砂）泵送 混凝土。两组试件为同一原材料（骨料除外）、同一配比 收缩率（％） ０．０１２ ０．０３２ ０．０５３ ０．０７２ Ｏ．Ｏ９ 从表１中可以看出，当水泥用量相同时，混凝土 收缩率随着水胶比的增大而增大。 ３．５养护温度 混凝土一般在３～５ｄ时水化热处于高峰区，随后 逐步下降。温升阶段混凝土处于膨胀状态，一旦外 参数。 从图４中可以看出，全灰岩骨料混凝土在９８天 内，变形趋势为膨胀；全玄武岩骨料混凝土则是收 缩趋势，在２８天至３５天趋于平稳。 结合图３、图４，不难看出灰岩骨料混凝土自 生体积变形一直处于膨胀趋势，且变形趋势相对稳 部养护温度与混凝土内部温差所产生的温度应力超 过混凝土抗拉强度时，混凝土便会出现裂缝。 养护温度对于混凝土白生体积变形极为重要， 如表２所示： 皋护 度℃ ２０ ３８ 龄期（ｄ） １ Ｏ．Ｏ Ｏ．Ｏ ３ 一４．９ ５ －８．４ ４，４ ７ —８．１ —６．８ １４ ｌ５．１ —８．１ ２８ ９０ ４３．Ｉ —２４，２ １８０ 一４９．９ —２３．９ ２４０ ３６０ 一４８．８ —２７．１ 一２９．５ 一ｌ４．３ —４９．２ ２７．３ 一２．５ ２０ ３８ Ｏ．Ｏ Ｏ．Ｏ ３．６ ５．４ １．０ ５．６ ２．６ ４．３ —２．８ —２．５ —９．７ —１４．５ —９．６ —１９．９ —５．５ —１８．４ —４．１ 一２Ｏ．６ １．６ 一ｌＯ．１ ２０ ４０ Ｏ．０ Ｏ．Ｏ ３．２ ｌ３．５ Ｉ ／ ５．３ ２４．０ ， ， １５．０ ５９．５ ３５．０ ９５．５ ６０．Ｏ ｌ２１．Ｏ ｆ ， ， ／／ 注：表２中ｉ－Ｉ与Ｉ－２为同一盘料，２－Ｉ与２－２为同一盘料，３－１与３－２为同一盘料。 的有效措施。 ２）混凝土中适量地掺入粉煤灰，可以降低水化 热，从而减小混凝土的自生体积变形收缩量，增加 混凝土的体积稳定性，有利于控制混凝土的抗裂性。 ３）不同骨料对混凝土自生体积变形的影响不 同，尽可能选用热膨胀系数低的骨料。 混凝土白生体积变形的影响因素较多，综合以上 图５养护温度对混凝土自生体积变形影响对比曲线图 注：图５为表２中的１一Ｉ与１—２。 因素并加强混凝士的养护，对混凝土自生体积变形的 测试结果尤为重要。 结合表２、图５，可以看出，养护温度越低，混 凝士自生体积变形收缩越大，例如２０℃养护的试件 是４０℃养护的试件收缩量的两倍。 以上是笔者对混凝土自生体积变形的一点粗浅 认识，仅供业内同行参考，难免有不足之处，还望 共同探讨并加以指正。 参考文献： … 水工混凝土试验规程》ＤＬ／Ｔ５１ ５ ０－２ ００１ ４结语 ｉ）水泥熟料的矿物组成和物理性能均对混凝士 ［２】张承志．商品混凝土［Ｍ】北京：化学工业出版社． ［３］史美东、史美生．补偿收缩混凝土的应用技术［Ｍ］ 北京：中国建材工业出版社． 自生体积变形有较大影响，冈此在水泥生产过程中 严格控制各项技术指标是保证混凝土自生体积变形 ［４］田秀淑．建筑材料问答［Ｍ］北京：中国电力出版社． ２２
