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掺合料对高性能混凝土收缩徐变性能影响研究

信息来源:hunningtu.biz  时间:2010-08-12  浏览次数:97

  摘要:掺合料是高性能混凝土配制不可或缺的组成材料,而其对高性能混凝土收缩徐变性能的影响又制约着高性能混
  凝土的应用和推广。本文阐述了当前国内对掺合料高性能混凝土收缩徐变性能的研究结果,从理论上进行了分析,并提
  出进一步研究方向。
  关键词:掺合料高性能混凝土收缩徐变
  一、前言
  混凝土材料的收缩徐变是其本身固有的时变特性,会导致混凝土结构受力与变形随着时间的变化而变化,影响混凝土结构的受力性能及长期变形性能。影响混凝土收缩徐变性能的因素很多,材料是其重要影响因素之一。随着混凝土材料向高性能和可持续发展方向的迈进,活性工业废渣越来越多的应用于棍凝土材料中,甚至成为高性能混凝土配合比中不可或缺的组成材料,其中应用最广的当属粉煤灰和磨细矿渣。掺合料对高性能混凝土收缩徐变性能的影响制约了高性能混凝土的应用和推广。
  二、研究现状
  1.收缩
  当前,掺合料对混凝土收缩性能的研究较多,也取得了一些成果。吴学礼和王强等-121的研究表明粉煤灰能有效降低混凝土的自收缩值,掺量越高,效果越好,且自收缩降低的程度与水胶比有关系同等强度下(凡=s70gpa)掺量为20%的粉煤灰自收缩值仍明显低于基准混凝土,但掺量高于35%时3d的自收缩大致持平,粉煤灰棍凝土后期(90)d的自收缩值比基准混凝土高约20%同水胶比条件下,粉煤灰的自收缩值明显低于矿渣混凝土。费治华的研究结果显示掺矿渣微粉的混凝土试件自收缩值均高于基准混凝土,且自收缩值随矿渣掺量的增大而增大掺矿渣微粉的混凝土其干缩值均低于基准混凝土,在掺量30%~50%范围内干缩值随掺量的增大而增大。但当掺量超过50%后,干缩值却有减小的趋势。
  张树青闷研究了粉煤灰混凝土的干燥收缩性能,在同水胶比条件下,矿粉可降低混凝土早期(3)d自收缩,但增加后期(90)d自收缩,其影响程度与矿粉掺量和混凝土水胶比有关,与普通矿粉(422m2/kg)相比,同条件下的超细矿粉703m2/kg)棍凝土早期(3)d自收缩显著增加,同标号条件下,普通掺量2(0%一35%)矿粉对混凝土早期(3)d自收缩影响不大,但对后期(90d)自收缩有一定负面影响,大掺量矿粉混凝土(50%)的早期与后期自收缩均显著增加而在同水胶比条件下掺入粉煤灰,硅干缩值有些增加,但增幅不大在同标号(r2)8条件下,粉煤灰掺量不大时(25%),硷的早期(7)d干缩值平均增幅约为13%,后期(18o)d平均增幅约12.6%,大掺量粉煤灰硷(40%)早期(7d)增幅较大,平均高达26%,后期(180d)增幅较小约为15.7%在同水胶比同掺量下,粉煤灰和矿粉两种掺合料对硅干缩值的影响差别不大。高英力等的研究证明粉煤灰可以较好的抑制水泥浆体的化学收缩,而矿渣使水泥浆体的化学收缩增长,但增长不明显。
  赵华耕等的研究结果显示掺有粉煤灰混凝土千缩在28d龄期后逐渐趋于稳定,但基准样的千缩还有较大的增长在60d龄期后基准样的干缩明显高于掺有粉煤灰棍凝土的干缩且粉煤灰混凝土的干缩随粉煤灰掺量的增加而逐渐减小。赵俊梅等对掺超细矿渣高性能混凝土的体积稳定性研究发现掺超细矿渣高性能棍凝土与普通混凝土水养7天后放入空气中养护的前28天干缩率相近,而后前者的干缩率小于后者,且干缩稳定期一般为3个月,比普同棍凝土的半年要短,且以自收缩为主。
  杨凤霞等的研究结果表明掺用磨细粉煤灰可以显著降低混凝土的收缩率,pfc的收缩率仅为pc的49.7%掺用磨细粉煤
  灰的高强度混凝土的早期膨胀率比普通棍凝土大,但后期pc的膨胀率比fpc增长得快掺用磨细粉煤灰可以大幅度提高高性能棍凝土的体积稳定性,在混凝土中掺用适量磨细粉煤灰,收缩率比普通混凝土减少1/2,完全可以补偿混凝土的收缩,大幅度提高其体积稳定性。梁文泉等的研究结果为渗.矿渣微粉混凝土的自由收缩值高于基准样.矿渣微粉掺量不大于45时,自由收缩值随掺量增加而减小矿渣微粉掺量达到65%时,混凝土自由收缩值明显地增大。
  2.徐变
  目前国内对于棍凝土徐变性能的研究还很少,已有的研究也基本上是针对普通混凝土。
  吴彬等人研究了粉煤灰掺量为20%~25%的ioomap粉煤灰高性能混凝土徐变,结果表明徐变比不加粉煤灰的高强混凝土降低50%左右。邹建喜等研究了粉煤灰掺量20%~40%的c30和cso棍凝土的徐变,其180d徐变为空白混凝土的60%~78%。赵庆新等对磨细矿渣和粉煤灰对高性能棍凝土徐变性能影响研究中发现,在(20士)1℃、相对湿度为(60士)5%和33%的载荷水平下,粉煤灰掺量为12%和30%时混凝土抵杭徐变的能力随其掺量提高而增强,其1年的徐变度分别为基准棍凝土的76%和46.5%粉煤灰掺量为50%时,棍凝土抵抗徐变的能力没有得到改善,其1年的徐变度为基准混凝土的102%当磨细矿渣揍量为30%和50%时,其对混凝土徐变性能的影响不大,与空白混凝土曲线比较接近,磨细矿渣掺量为30%时的徐变比空白棍凝土稍大,磨细矿渣渗量为50%时的徐变比空白棍凝土稍小,并且这3条曲线均出现了收敛的趋势矿渣掺量为80%时,混凝土的徐变度大大增加,并且没有出现收敛的趋势,其1年的徐变度达到了空白混凝土的1.74倍。磨细矿渣和粉煤灰总取代率为50%时,双掺的徐变度明显低于单掺磨细矿渣或粉煤灰的情况。
  李建勇和姚燕的研究发现掺有30%比表面积大于600耐/kg超磨细矿渣的高性能棍凝土的徐变比空白混凝土大幅度减小
  18%。欧阳华林和白云山的研究表明高性能混凝土的徐变值低于普通混凝土,且在胶凝材料一定、水灰比相近的情况下,水泥用量越低,矿渣掺量越大,混凝土的收缩徐变值越小。
  三、原因分析
  1.新拌混凝土的工作性
  由于颗粒形状效应,优质粉煤灰的需水量比小于1.0,使得粉煤灰混凝土在大流动度情祝下不产生离析和泌水,而在相同的塌落度情况下,棍凝土的需水量减少,从而使混凝土在较低的水胶比情况下具有良好的工作性,减少了混凝土的徐变。在水泥水化初期,胶凝材料系统中的矿渣微粒分布并包裹在水泥颗粒的表面,能起到延缓和减少水泥初期水化产物相互搭接的隔离作用,从而改善了混凝土的工作性。
  2.混凝土的温升
  水泥水化放热使混凝土内部温度上升,而混凝土属于热惰性体,伴随着混凝土与外界的热交换,在混凝土内形成温度梯度,外部棍凝土由于温度低而收缩,收缩被内部棍凝土限制产生拉应力,从而引起混凝土的开裂。开裂不仅是影响混凝土耐久性的重要因素,也对混凝土的徐变有一定的影响粉煤灰水化也是一个放热反应,但其单位放热量明显低于水泥,故掺粉煤灰的混凝土的水化热明显低于不掺的棍凝土,且随掺量的增加水化热降低。矿渣对棍凝土的水化热受其掺量和细度影响,高性能棍凝土中所掺矿渣的细度一般大于400m2/gk,增大混凝土的水化热。
  3.混凝土的孔结构
  毛细孔孔径越小,浆体内部相对湿度越低,毛细管负压就越大,引起的自收缩就越大。由于粉煤灰具有微集料效应即粉煤灰细微颗粒均匀分散到水泥浆体中,成为大量水化物祝积的核心,随着水化龄期的进展,这些细微颗粒及其水化产物填充水泥孔隙,改善了混凝土的孔结构,从而降低了混凝土的收缩值。
  4.混凝土的强度增长率。
  掺粉煤灰的混凝土早期强度增长缓慢,等量取代的粉煤灰混凝土早期强度一般低于不掺粉煤灰混凝土。但是在初期加载应力比相同时,粉煤灰混凝土的后期强度增长率高于不掺粉煤灰棍凝土,使其应力比减小,因此可减小后期徐变。矿渣棍凝土的强度与其细度和掺量有关,但是无论是何种细度和揍量,其强度增长率均大于普通混凝土,从这一点来说,矿渣可以减小混凝土的徐变。
  四、建议
  对于揍合料混凝土的收缩徐变性能方面的研究虽然已取得了丰富的成果,但也存在很多亚待解决的问题。例如对于掺合料高性能混凝土收缩的研究,各研究者采用的实验方法和研究的重点不相同使得试验结果的对比性差,尤其对于早期的自收缩,至今仍役有专门的测试规范,建议根据不同的收缩类型制定不同的实验规范。应加强对各种条件下高性能混凝土徐变的研究,特别对于矿渣混凝土的徐变性能,要根据不同的细度和配合比参数做更详尽的研究,通过对宏观的变形和微观的水化特点和孔结构等的研究,得出实际和理论相附的结论。根据矿物掺合料的种类和掺量建立更实用、准确地混凝土收缩徐变模型,以达到通过测量短期变形值预测长期变形值,根据混凝土配合比预测变形规律,最终达到能根据性能要求设计材料,根据材料设计结构的目的。
  参考文献
  [1]吴学礼,张树青,杨全兵等.粉煤灰混凝土的自收缩性能 .[j].粉煤灰科学研究.2003..6
  [2]王强,陈志诚,阎培渝.等强度条件下水胶比和粉煤灰掺合对混凝土自收缩的影响.田.混凝土.206.1.2
  [3]赵华拼,彭劲,周明凯.粉煤灰、矿粉时高性能混凝土体积的定性的影响.田.武汉理工大学学报2005..7
  [4]杨凤霞,王海娟.磨细粉煤灰对高强混凝土体积德定性的影响?田.煤炭工程.2004.
  [5]高英力,姜诗云,周士琼等.矿物超细粉对水泥浆体化学收缩的影响研究.田,水泥.2004.n7o.  摘要:掺合料是高性能混凝土配制不可或缺的组成材料,而其对高性能混凝土收缩徐变性能的影响又制约着高性能混
  凝土的应用和推广。本文阐述了当前国内对掺合料高性能混凝土收缩徐变性能的研究结果,从理论上进行了分析,并提
  出进一步研究方向。
  关键词:掺合料高性能混凝土收缩徐变
  一、前言
  混凝土材料的收缩徐变是其本身固有的时变特性,会导致混凝土结构受力与变形随着时间的变化而变化,影响混凝土结构的受力性能及长期变形性能。影响混凝土收缩徐变性能的因素很多,材料是其重要影响因素之一。随着混凝土材料向高性能和可持续发展方向的迈进,活性工业废渣越来越多的应用于棍凝土材料中,甚至成为高性能混凝土配合比中不可或缺的组成材料,其中应用最广的当属粉煤灰和磨细矿渣。掺合料对高性能混凝土收缩徐变性能的影响制约了高性能混凝土的应用和推广。
  二、研究现状
  1.收缩
  当前,掺合料对混凝土收缩性能的研究较多,也取得了一些成果。吴学礼和王强等-121的研究表明粉煤灰能有效降低混凝土的自收缩值,掺量越高,效果越好,且自收缩降低的程度与水胶比有关系同等强度下(凡=s70gpa)掺量为20%的粉煤灰自收缩值仍明显低于基准混凝土,但掺量高于35%时3d的自收缩大致持平,粉煤灰棍凝土后期(90)d的自收缩值比基准混凝土高约20%同水胶比条件下,粉煤灰的自收缩值明显低于矿渣混凝土。费治华的研究结果显示掺矿渣微粉的混凝土试件自收缩值均高于基准混凝土,且自收缩值随矿渣掺量的增大而增大掺矿渣微粉的混凝土其干缩值均低于基准混凝土,在掺量30%~50%范围内干缩值随掺量的增大而增大。但当掺量超过50%后,干缩值却有减小的趋势。
  张树青闷研究了粉煤灰混凝土的干燥收缩性能,在同水胶比条件下,矿粉可降低混凝土早期(3)d自收缩,但增加后期(90)d自收缩,其影响程度与矿粉掺量和混凝土水胶比有关,与普通矿粉(422m2/kg)相比,同条件下的超细矿粉703m2/kg)棍凝土早期(3)d自收缩显著增加,同标号条件下,普通掺量2(0%一35%)矿粉对混凝土早期(3)d自收缩影响不大,但对后期(90d)自收缩有一定负面影响,大掺量矿粉混凝土(50%)的早期与后期自收缩均显著增加而在同水胶比条件下掺入粉煤灰,硅干缩值有些增加,但增幅不大在同标号(r2)8条件下,粉煤灰掺量不大时(25%),硷的早期(7)d干缩值平均增幅约为13%,后期(18o)d平均增幅约12.6%,大掺量粉煤灰硷(40%)早期(7d)增幅较大,平均高达26%,后期(180d)增幅较小约为15.7%在同水胶比同掺量下,粉煤灰和矿粉两种掺合料对硅干缩值的影响差别不大。高英力等的研究证明粉煤灰可以较好的抑制水泥浆体的化学收缩,而矿渣使水泥浆体的化学收缩增长,但增长不明显。
  赵华耕等的研究结果显示掺有粉煤灰混凝土千缩在28d龄期后逐渐趋于稳定,但基准样的千缩还有较大的增长在60d龄期后基准样的干缩明显高于掺有粉煤灰棍凝土的干缩且粉煤灰混凝土的干缩随粉煤灰掺量的增加而逐渐减小。赵俊梅等对掺超细矿渣高性能混凝土的体积稳定性研究发现掺超细矿渣高性能棍凝土与普通混凝土水养7天后放入空气中养护的前28天干缩率相近,而后前者的干缩率小于后者,且干缩稳定期一般为3个月,比普同棍凝土的半年要短,且以自收缩为主。
  杨凤霞等的研究结果表明掺用磨细粉煤灰可以显著降低混凝土的收缩率,pfc的收缩率仅为pc的49.7%掺用磨细粉煤
  灰的高强度混凝土的早期膨胀率比普通棍凝土大,但后期pc的膨胀率比fpc增长得快掺用磨细粉煤灰可以大幅度提高高性能棍凝土的体积稳定性,在混凝土中掺用适量磨细粉煤灰,收缩率比普通混凝土减少1/2,完全可以补偿混凝土的收缩,大幅度提高其体积稳定性。梁文泉等的研究结果为渗.矿渣微粉混凝土的自由收缩值高于基准样.矿渣微粉掺量不大于45时,自由收缩值随掺量增加而减小矿渣微粉掺量达到65%时,混凝土自由收缩值明显地增大。
  2.徐变
  目前国内对于棍凝土徐变性能的研究还很少,已有的研究也基本上是针对普通混凝土。
  吴彬等人研究了粉煤灰掺量为20%~25%的ioomap粉煤灰高性能混凝土徐变,结果表明徐变比不加粉煤灰的高强混凝土降低50%左右。邹建喜等研究了粉煤灰掺量20%~40%的c30和cso棍凝土的徐变,其180d徐变为空白混凝土的60%~78%。赵庆新等对磨细矿渣和粉煤灰对高性能棍凝土徐变性能影响研究中发现,在(20士)1℃、相对湿度为(60士)5%和33%的载荷水平下,粉煤灰掺量为12%和30%时混凝土抵杭徐变的能力随其掺量提高而增强,其1年的徐变度分别为基准棍凝土的76%和46.5%粉煤灰掺量为50%时,棍凝土抵抗徐变的能力没有得到改善,其1年的徐变度为基准混凝土的102%当磨细矿渣揍量为30%和50%时,其对混凝土徐变性能的影响不大,与空白混凝土曲线比较接近,磨细矿渣掺量为30%时的徐变比空白棍凝土稍大,磨细矿渣渗量为50%时的徐变比空白棍凝土稍小,并且这3条曲线均出现了收敛的趋势矿渣掺量为80%时,混凝土的徐变度大大增加,并且没有出现收敛的趋势,其1年的徐变度达到了空白混凝土的1.74倍。磨细矿渣和粉煤灰总取代率为50%时,双掺的徐变度明显低于单掺磨细矿渣或粉煤灰的情况。
  李建勇和姚燕的研究发现掺有30%比表面积大于600耐/kg超磨细矿渣的高性能棍凝土的徐变比空白混凝土大幅度减小
  18%。欧阳华林和白云山的研究表明高性能混凝土的徐变值低于普通混凝土,且在胶凝材料一定、水灰比相近的情况下,水泥用量越低,矿渣掺量越大,混凝土的收缩徐变值越小。
  三、原因分析
  1.新拌混凝土的工作性
  由于颗粒形状效应,优质粉煤灰的需水量比小于1.0,使得粉煤灰混凝土在大流动度情祝下不产生离析和泌水,而在相同的塌落度情况下,棍凝土的需水量减少,从而使混凝土在较低的水胶比情况下具有良好的工作性,减少了混凝土的徐变。在水泥水化初期,胶凝材料系统中的矿渣微粒分布并包裹在水泥颗粒的表面,能起到延缓和减少水泥初期水化产物相互搭接的隔离作用,从而改善了混凝土的工作性。
  2.混凝土的温升
  水泥水化放热使混凝土内部温度上升,而混凝土属于热惰性体,伴随着混凝土与外界的热交换,在混凝土内形成温度梯度,外部棍凝土由于温度低而收缩,收缩被内部棍凝土限制产生拉应力,从而引起混凝土的开裂。开裂不仅是影响混凝土耐久性的重要因素,也对混凝土的徐变有一定的影响粉煤灰水化也是一个放热反应,但其单位放热量明显低于水泥,故掺粉煤灰的混凝土的水化热明显低于不掺的棍凝土,且随掺量的增加水化热降低。矿渣对棍凝土的水化热受其掺量和细度影响,高性能棍凝土中所掺矿渣的细度一般大于400m2/gk,增大混凝土的水化热。
  3.混凝土的孔结构
  毛细孔孔径越小,浆体内部相对湿度越低,毛细管负压就越大,引起的自收缩就越大。由于粉煤灰具有微集料效应即粉煤灰细微颗粒均匀分散到水泥浆体中,成为大量水化物祝积的核心,随着水化龄期的进展,这些细微颗粒及其水化产物填充水泥孔隙,改善了混凝土的孔结构,从而降低了混凝土的收缩值。
  4.混凝土的强度增长率。
  掺粉煤灰的混凝土早期强度增长缓慢,等量取代的粉煤灰混凝土早期强度一般低于不掺粉煤灰混凝土。但是在初期加载应力比相同时,粉煤灰混凝土的后期强度增长率高于不掺粉煤灰棍凝土,使其应力比减小,因此可减小后期徐变。矿渣棍凝土的强度与其细度和掺量有关,但是无论是何种细度和揍量,其强度增长率均大于普通混凝土,从这一点来说,矿渣可以减小混凝土的徐变。
  四、建议
  对于揍合料混凝土的收缩徐变性能方面的研究虽然已取得了丰富的成果,但也存在很多亚待解决的问题。例如对于掺合料高性能混凝土收缩的研究,各研究者采用的实验方法和研究的重点不相同使得试验结果的对比性差,尤其对于早期的自收缩,至今仍役有专门的测试规范,建议根据不同的收缩类型制定不同的实验规范。应加强对各种条件下高性能混凝土徐变的研究,特别对于矿渣混凝土的徐变性能,要根据不同的细度和配合比参数做更详尽的研究,通过对宏观的变形和微观的水化特点和孔结构等的研究,得出实际和理论相附的结论。根据矿物掺合料的种类和掺量建立更实用、准确地混凝土收缩徐变模型,以达到通过测量短期变形值预测长期变形值,根据混凝土配合比预测变形规律,最终达到能根据性能要求设计材料,根据材料设计结构的目的。
  参考文献
  [1]吴学礼,张树青,杨全兵等.粉煤灰混凝土的自收缩性能 .[j].粉煤灰科学研究.2003..6
  [2]王强,陈志诚,阎培渝.等强度条件下水胶比和粉煤灰掺合对混凝土自收缩的影响.田.混凝土.206.1.2
  [3]赵华拼,彭劲,周明凯.粉煤灰、矿粉时高性能混凝土体积的定性的影响.田.武汉理工大学学报2005..7
  [4]杨凤霞,王海娟.磨细粉煤灰对高强混凝土体积德定性的影响?田.煤炭工程.2004.
  [5]高英力,姜诗云,周士琼等.矿物超细粉对水泥浆体化学收缩的影响研究.田,水泥.2004.n7o.

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