近年來,隨著混凝土科學(xué)的發(fā)展,尤其是高效減水劑和礦物摻合料在混凝土中的廣泛應(yīng)用,混凝土的水灰比(或水膠比)大大降低。這種低水灰比的混凝土(水灰比不大于0.40)有很高的強(qiáng)度和很低的滲透性,在不發(fā)生裂縫的前提下是十分耐久的。但在低水灰比的情況下,強(qiáng)烈的水化會促使混凝土中毛細(xì)管彎月面快速向內(nèi)推進(jìn)和相對濕度的很快下降,在混凝土中出現(xiàn)自干燥現(xiàn)象(self-desiccation)?;炷恋淖愿稍锉貙⒁鸹炷梁暧^體積的減小,這種現(xiàn)象被稱為混凝土的自縮(self-desiccationshrinkageorautogenousshrinkage)。在低水灰比的情況下,混凝土在硬化的早期就會產(chǎn)生很大的自縮。在實(shí)際的混凝土工程中,混凝土又不可避免地受到約束的作用。在約束存在的情況下,這種高自縮的混凝土發(fā)生開裂的可能性大大增加。由于混凝土的自縮與混凝土的早期開裂現(xiàn)象關(guān)系緊密,因此有必要對混凝土的自縮性能加以研究。
1混凝土的自縮及產(chǎn)生機(jī)理
混凝土的自縮是指混凝土硬化階段(終凝以后),在恒溫、與外界無水分交換的條件下混凝土宏觀體積的減小。自縮和干縮不同,它在混凝土體內(nèi)相當(dāng)均勻地發(fā)生,而不僅僅在混凝土表面發(fā)生。
一般認(rèn)為,混凝土自縮是混凝土中水泥水化形成的混凝土內(nèi)部空隙產(chǎn)生的毛細(xì)管張力造成的。其具體過程如下:水泥和水發(fā)生水化作用時(shí),所形成的水化產(chǎn)物的體積小于水泥和水的總體積,在混凝土具有較大流動性時(shí),混凝土通過宏觀體積的減小來補(bǔ)償水泥水化產(chǎn)生的體積變化,隨著水泥水化的進(jìn)行,混凝土的流動性逐漸降低,混凝土不能完全靠宏觀體積的減小來補(bǔ)償水泥水化產(chǎn)生的體積變化,這時(shí)混凝土通過形成內(nèi)部空隙和宏觀體積減小兩種形式補(bǔ)償水泥水化產(chǎn)生的體積變化。隨著水泥水化的進(jìn)一步發(fā)展,混凝土產(chǎn)生一定的強(qiáng)度,這時(shí)混凝土主要通過形成內(nèi)部空隙來補(bǔ)償水泥水化產(chǎn)生的體積變化。在混凝土終凝以后,雖然水泥水化產(chǎn)生的體積變化主要通過形成內(nèi)部空隙來補(bǔ)償,但由于內(nèi)部空隙的形成而產(chǎn)生的毛細(xì)管張力將使混凝土的宏觀體積收縮。在水灰比較高的情況下,混凝土內(nèi)部的毛細(xì)管較粗,由于內(nèi)部空隙的形成而產(chǎn)生的毛細(xì)管張力很小,混凝土的自縮值也很小。但在水灰比很低的情況下混凝土中的毛細(xì)管很細(xì),由于內(nèi)部空隙的形成而產(chǎn)生的毛細(xì)管張力很大,混凝土的自縮值也將很大。在早期混凝土強(qiáng)度較低時(shí),混凝土自縮的發(fā)展速度將很大。
2影響混凝土自縮的因素
2.1水泥對自縮的影響
根據(jù)E·Tazawa等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,不同種水泥凈漿的自縮能力是不同的。鋁酸鹽水泥和早強(qiáng)水泥的自縮值較大,而中熱、低熱水泥的自縮值較小,礦渣水泥后期的自縮值較大(21d齡期時(shí)的自縮值大于普通水泥的自縮值)。水泥的細(xì)度對自縮值也有影響,較細(xì)的水泥在早期表現(xiàn)出較大的自縮速度。
2.2外加劑對自縮的影響
摻加高效減水劑來增大流動度時(shí),高效減水劑可稍微降低自縮值,但不同類型、不同摻加量的高效減水劑對自縮的作用差別很小。干縮減少劑可減小自縮值50%,這可能與干縮減少劑可減小毛細(xì)水的表面張力有關(guān)。膨脹劑對自縮的作用取決于它的種類,某些氧化鈣型的膨脹劑可以減小自縮;而其他類型的膨脹劑雖在早期有膨脹,但隨后的收縮速度與空白樣相同。引氣劑對混凝土的自縮沒有影響口。
2.3礦物摻合料對自縮的影響
在水泥中加入比表面積在400平方米/千克以上的礦渣時(shí),其120d的自縮值隨礦渣的摻量(不大于70%)增大而增大;而在水泥中加入比表面積為338平方米/千克的礦渣時(shí),其120d的自縮值不隨礦渣的摻量(不大于70%)改變而增大。在水泥中摻加硅灰將便混凝土的自縮值增大;硅灰的摻量越大,水泥漿自縮值越大。混凝土的自縮值隨粉煤灰摻量的增大而降低,特別是早期自縮值降低得非常明顯。3d齡期后摻加粉煤灰混凝土的自縮增長速度高于空白混凝土。粉煤灰摻量超過20%后,減小自縮的效果并不顯著。在水泥中加入偏高嶺土,在偏高嶺土(比表面積為12平方米/克)含量為10%時(shí),水泥漿(水膠比為0.55)的自縮值最大。在水泥中加入經(jīng)過防水處理的粉末,可以減少自縮。經(jīng)過防水處理的偏高嶺土對自縮的減小作用在后期消失了;而經(jīng)過防水處理的硅質(zhì)粉末對自縮的減小作用能保持很長時(shí)間,其取代量為10%時(shí)就對自縮有明顯的減小作用。