自密实混凝土早期自收缩及微观孔结构研究.pdf

第 1 3卷 第 5期 2 0 1 0年 l O月 建筑材料学报 J OURNAI OF BUI L DI NG M ATE RI AL S Vo 1 ．1 3。NO ．5 0c t ．。 2 O1 0 文章 编 号 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 5 0 6 0 1 0 6 自密实混凝土早期 自收缩及微观孔结构研究 杨玉红 ， 李 悦 ， 杜修 力 北京工业 大学 城市 与工程安 全减灾 省部共建 教育部 重点实验 室 ，北京 1 0 0 1 2 4 摘要 采 用混凝 土早期 自收缩测 量 系统研 究 了粉 煤灰掺 量及水胶 比对 自密 实混 凝土 早期 自收 缩的 影 响 ， 并通过 硬化混 凝土孔 隙结构测 定仪和压 汞仪研 究 了 自密 实混凝 土 的微观 孔 结构． 结 果表 明 粉 煤灰 的掺 入能 降低 自密实混凝 土早 期 的 自收缩 ， 且随 粉煤 灰掺 量 的增加 ， 减 缩效 果 更为 显著 ； 随 着水胶 比的降低 ， 自密 实混凝 土的 自收 缩 逐 渐增 大 ； 自密 实混凝 土早期 自收 缩与 其微 观 孔 结构 关 系密切 ， 自密 实混凝 土 自收缩 主要是 因孔径 为 O ～5 O n m 的孔 隙量的 增加 而造 成的． 关键 词 自收缩 ；粉煤 灰 ；水胶 比；孔结 构 中图分类号 TU5 2 8 文献标 志码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 9 6 2 9 ． 2 0 1 0 ． 0 5 ． 0 0 8 S t u d y o n Ea r l y Au t o g e n o u s S h r i n k a g e a n d M i c r o c o s mi c Po r e Di s t r i b u t i o n o f S e l f - c o m p a c t i n g Co n c r e t e YAN G Yu h o ng，Lj Yu e，D U X i u Z Ke y L a b o r a t o r y o f Ur b a n S e c u r i t y＆ Di s a s t e r En g i n e e r i n g，MOE，B e i j i n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，Be i j i n g 1 0 0 1 2 4 ，Ch i n a Ab s t r a c t By us i n g a me a s u r i ng s y s t e m de s i gn e d b y a u t ho r s f o r a u t o ge no u s s hr i nk a ge o f c o n c r e t e，t he i n f l ue nc e s o f f l y a s h’ S us e l e ve l a nd wa t e r b i nd e r r a t i o o n t h e e a r l y a u t o ge no u s s hr i n ka g e o f s e l f c o mpa c t i n g c o n c r e t e S CCwe r e s t u di e d ． The c on c r e t e’ S m i c r o c os mi c p o r e di s t r i b ut i o n wa s a l s o s t u di e d b y a i r b ub bl e m e a s ur e me nt a n d m e r c ur y i n t r us i o n p o r os i me t r y．The r e s u l t s s ho w t ha t t he e a r l y a u t o ge no us s hr i n ka ge o f S CC c a n be r e d uc e d b y a dd i n g f l y a s h． W i t h t he i n c r e a s i n g u s e l e ve l o f f l y a s h， t h e e a r l y a ut og e n o us s h r i nk a g e i s r e d uc e d ．The e a r l y a u t o g e n ou s s h r i nk a g e i s i n c r e a s e d wi t h t he r e du c t i o n o f wa t e r h i nd e r r a t i o ． Th e e a r l y a u t o g e n ou s s hr i n ka ge o f S CC de p e nd e g r e a t l y o n i t s m i c r o c os mi c p o r e di s t r i bu t i o n ． The p o r e wi t h d i a me t e r o f 05 0 n m h a s g r e a t e s t i n f l ue nc e o n t he e a r l y a ut o g e n ou s s hr i n ka g e o f S CC． Ke y wo r d s e a r l y a u t og e n o us s hr i nk a g e；f l y a s h；wa t e r b i n de r r a t i o；p o r e di s t r i b ut i o n 随着 自密实 混凝 土 在土 木 工程 中的 广泛 应用 ， 其早 期的收缩 与开裂 问题也 日益引起材 料界 和工 程 界的高度重视 ． 国内外 大量 的调查资料 表 明 ， 工程 中 结 构物的裂 缝 8 O ％ 以上 是 由变形 收 缩 、 不 均 匀 沉 降 引起 的 ， 而 由荷 载 引起 的裂缝 仅 占 2 0 左 右口 ] ． 混凝 土 自收缩 是 指密 封 条件 下 ， 混凝 土 初凝 后 发 生 的宏观 体积 的减 缩 ， 不包 括 由于沉 降 、 温度 变 化 、 遭 受外 力等原 因所 造成 的体 积 变 化． 混 凝 土产 生 自收 缩主要是因水胶比低和大量活性矿物细掺料的掺加 而造成的 。 ] ． 随着 水胶 比的降低 以及矿物 细掺料 的 大量掺加 ， 自收 缩在 总 收缩 中所 占的 比重 也 越来 越 大 ， 如果处 理不 当则混凝 土极易 出现早期 开裂_ 5 ] ． 因 此 ， 自密 实混凝 土早 期 自收 缩 对混 凝 土结 构 的抗 裂 性 能影响 重大． 从本 质上讲 ， 混凝土是 一种多 相多孔材 料． 毛细 管张力学 说认 为 ， 随着胶凝 材料 的水 化 ， 水泥 石 内部 毛细孔 中的水逐 渐 减少 ， 弯 液 面从 大孔 隙向小 孔 隙 迁 移 ， 毛 细管临界半 径降低 ， 孔隙 内部产 生 的负压增 加 ， 从 而导 致混 凝土 产 生 自收缩． 因此 ， 混 凝土 自收 缩 与其微 观孔结 构关系密 切． 收稿 日期 2 0 0 9 0 6 1 8 ；修订 日期 2 0 0 9 1 卜1 9 基金项 目 北京市科技新星计划项 目 2 0 0 5 B 0 9 ； 北京市 2 0 0 5年留学人员科技活动择优项 目 第一作者 杨玉红 1 9 7 3 一 ， 女 ， 河北新乐人 ， 北京工业大学博士生． E ma i l y a n g y h e ma i l s ． b j u t ． e d u ． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 O 2 建筑材料学报 第 1 3 卷 目前 ， 对 于 自密 实混 凝 土早 期 自收缩 的测 试 还 没有 一种 比较 统一 的有效 的方 法． 本文 在 对 国 内外 现 有测试方法 进行 对 比研究 分 析 的基 础 上 ， 设 计 了 混凝 土早期 自收缩 测 量 系统 ， 然 后 利用 该 系统 探 讨 研究 了 自密实 混凝 土早 期 自收缩 的发 展规律 及水 胶 比和粉 煤灰掺量 对之 的影 响． 另外 ， 本 文利用 硬化 混 凝 土孔 隙结构测 定仪 和压汞仪 研究 了 自密 实混凝 土 内部 的孔结构 ， 从 微 观角 度探 讨 了 自密 实 混凝 土 自 收缩 和孔结构 的关 系． 1 试 验 1 ． 1 原材料 冀东水泥 厂盾石牌 4 2 ． 5 R普通硅酸盐水泥 ； 山东 德州一级粉煤灰 ； 河北 三河 5 ～2 5 mm 连续级 配非活 性 机碎石 ， 其 压碎 值 为 8 ． 1 ”， 针 片 状 颗 粒含 量 为 7 ． 6 ， 表观密度 为 2 7 4 0 k g ／ m3 ； 最大粒径为 5 mm 的 中砂 ， 其 细度模数 为 2 ． 3 ， 含 泥量 1 0 0 n m 这 4种情况 ， 讨论 自密实混凝土宏观收缩与其微观孔 结构 参数之 间的关 系． 。 0一 四 ￡ | 协s t l 0 盆 暑r I 一 J ． 一 ．1 J ▲ 』 J ． t It 一 J J ▲ 一 ． 『 J ． 一 J J 』 一 J J ▲ ． 一 ． ． ．． ． ． ． ．， ． ． ． ．． h ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． L ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ， ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．L ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 湖 枷 湖 抛 啪 n 0一岛 鼍j ss 。 。 口 。 昌 o 】 【X 羞 善宝0 g 0 | f I b一∞ 羞 蔓 ∞s n 0 矗 l n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 杨玉红 ， 等 自密实混凝土早期 自收缩及微观孔结 构研究 6 0 5 压汞 法 测得 的 自密 实 混 凝 土 孔 级 配 曲线 见 图 5 ； 自密实混凝 土孔 结 构特 征参 数 见 表 5 ． 从 图 5 、 表 5可 以看 出 ， 随着水 化龄期 的增 加 ， 自密实 混凝 土 的 最可几孔径和孔隙率逐渐减小 ， 混凝土密实度增加 ， 微 观结构变得 致密． 混凝土 中不同孔 径的孔 隙会 对混凝 土产生 不 同 的影响 ， 一般 认 为 ， 孔径 小 于 1 0 m 的孔 隙 可 能对 混凝 土的耐久性 产 生较 大影 响 ， 孔 径 大 于 1 0肚 m 的 孔 隙可能对 混 凝 土 的抗 压 强 度 产 生 影 响l_ 9 。 ， 而影 P o r e d i a me t e r ／ n m a mw ／ mB 0 ． 4 2 Po r e di a me t e r ／ n m c m w ／ B 0 ．3 2 响混凝土 自收缩 的孔径一般 是 1 0 n m 的凝胶 孔 和 1 O ～1 0 0 n m 的过 渡孔 J ， 这 部分 孔在 混凝 土 干燥 时 可 能产生很 大的毛 细压力 ， 孔 隙 内部 负压增 大 ， 孔壁 受 到不断增 强 的收缩 应 力 ， 从而 使 混凝 土 产生 自收 缩 ． 由表 5可 知 ， 随 水化 龄 期 的增 加 ， 孔 径 l O n m 和 孔径为 1 0 ～5 O D m 的孔 隙量 基本 呈增 长 趋 势 ， 而 5 O ～1 0 0 n m 的孔 隙量呈 减少趋 势 ， 这说 明 自密实混 凝 土 自收缩 主要是 孔径 为 0 ～5 0 n m 的孔 隙量 的增 加所 造成 的． 罩 P o r e d i a me t e r ／ n m b m ／ m。 0 ． 3 7 图 5 自密 实 混凝 土孔 级 配 曲线 Fi g ．5 Por e di s t r i bu t i o n c ur v e s of SCC Po r e d i a me t e r ／ n m d m ／ m。 0 ．2 8 fs． 1 吉 ／ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 6 建筑材料学报 第 1 3 卷 3 d R2 7 d 2 7 ． 6 2 3 ． 8 1 0 ． 6 8 ． 5 5 8 ． 8 4 7 ． 2 2 2 ． 7 7 2 O ． 3 3 1 4 ． 7 9 1 9 ． 1 3 4 3 ． 5 1 4 6 ． 4 9 2 0 ．1 8 6 ． 4 0 2 1 ． 5 2 2 7 ． 8 9 3 d B 4 7 d 2 7 ． 5 2 4 ． 5 1 3 ． 6 1 1 ． 0 4 7 ． 2 4 2 ． 1 2 O ． 1 4 1 7 ． 5 0 1 3 ． 1 9 1 6 ． 3 4 6 0 ． 4 8 5 7 ． 8 8 1 0 ． 5 O 5 ． 2 5 1 5 ． 8 3 2 O ． 5 7 3 结 语 1 ． 粉煤灰的掺入能降低 自密实混凝土早期的自 收缩． 随粉煤灰 掺量 的增 加 ， 其 减缩效 果更为 显著． 2 ． 随着水胶 比的降低， 自密实混凝土 的 自收缩 增大 ， 并且 主要 发生在 早 龄期 ， l d内 的 自收缩 占到 7 d自收缩 的 7 0 ％～8 O ％． 3 ． 自密实混凝土早期 自收缩与其微观孔结构关系 密切 ， 自密实混凝土 自收缩主要是孔径为 O ～5 O n m 的 孔 隙量的增加而造成 的． 4 ． 混凝 土 的 自收缩 是一 个 比较 复 杂 的 问题 ， 自 收缩测试方 法 、 影 响 因素 、 机理等方 面还有 待进 行更 深 入 的研究 和分析 ． 参考文 献 [1 ] [2] [3] [4] 王铁梦． 工程结构裂缝控制[ M] ． 北京 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 7 6 ． WAN G T i e me n g ． C r a c k i n g - c o n t r o l i n s t r u c t u r e [ M] ． B e i j i n g Ch i n a Ar c h i t e c t u r e a n d Bu i l d i n g Pr e s s ， 1 9 9 7 6 。 i n Ch i n e s e PAI LLERE A ， BUI L M ， SERRANO J ． Ef f e c t o f f i b e r a d d i t i o n o n a u t o g e n o u s s h r i n k a g e o f s il i c a f u me c o n c r e t e [ J ] ． A C I Ma t e r i a l J o ur n a l ， 1 9 8 9， 8 6 2 1 3 9 ～ 1 4 4 ． ROY R． LARRARD F．Cr e e p a n d s h r i n k a g e o f h i g h p e r f o r ma n c e c 0 n c r e t e [ c ] ∥Th e 5 I n t e r n a t io n a l S y mp o s iu m o n C r e e p a n d Sh r i n k a g e o f C o n c r e t e ． Lo n d o n E＆F N S pon， 1 9 9 3 4 9 9 5 0 4 ． TAZAW A E， M ATSUOK A Y ， M I YAZAW A S ． Ef f e c t o f a n - [5] [6] [7 ] [8] [9 ] [ 1 0 3 t o g e n o u s s h r i n k a g e o n s e l f s t r e s s i n h a r d e n i n g c o n c r e t e [ C ] ／ ／ Pr o c e e d i n g o f I nt e r n a t i o n a l RI LEM Sy mp os i u m Th e r ma l Cr a c k i n g i n Co n c r e t e a t Ea r l y Ag e s ．Lo n do n E 8 L FN S p o n， 1 9 9 5 2 21 2 2 8 ． 蒋家奋． 浅析混凝土 的 自收缩 [ J ] ． 混凝 土 与水泥 制 品， 2 0 0 1 3 6 - 7 ． J I ANG J ia - f e n ．Th e s i mp l e a n a l y s i s o n a u t o g e n o u s s h r i n ka g e o f c o n c r e t e [ J ] ． Ch i n a C o n c r e t e a n d C e me n t P r o d u c t s ， 2 0 0 1 3 6 7 ． i n Ch i n e s e H0HBERG J M．Cr e e p o f s t r u c t u r a l c o n c r e t e I nf l u e n c e f a c t o r s a n d t h e ir i mp l e me n t a t io n i n p r e d i c t i o n [ M] ． B e r l i n T e c h n Un i v， 1 9 7 8 1 1 3 - 1 1 4 ． 黄 国兴 ， 惠荣兴． 混凝土的收缩[ M] ． 北京 中 国铁道 出版社 ， 1 9 9 0 6 3 ． HUANG Gu o - x i n g ， HUI R o n g x i n g ． C o n c r e t e s h r i n k a g e [ M] ． Be ij i n g Ch i n a Ra i l r o a d Pr e s s ， 1 9 9 0 6 3 ． i n Ch i ne s e 申爱琴． 水泥与水泥混凝土[ M] ． 北京 人 民交通出版社， 2 0 0 0 9 3 1 O 3 ． S HE N G Ai q in ． C e me n t a n d c o n c r e t e [ M] ． B e i j i n g C h i n a C o rn mun i c a t i o n s Pr e s s ， 2 0 0 0 9 3 1 O3 ． i n Ch i n e s e ZHANG J i n xi ， TADASHI F I ． Re s i s t a n c e t o f r o s t d a ma g e o f c o n c r e t e wi t h v a r i o u s mi x p r op o r t i o n s u n d e r s a l t y c o n d i t i o n F r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e [ C] R I L E M P r o c e e d i n g s P R O ． Ca c h a n Ce d e x ， Fr a n c e RI LEM P u b l i c a t io n s S a r l ， 2 0 0 2 3 6 7 3 7 4 ． 张金喜 ， 张建华 ， 邬长 森． 再 生混 凝 土性 能和 孔结 构 的研 究 [ J ] ． 建筑材料学报 ， 2 0 0 6 ， 9 2 1 4 2 1 4 7 ． ZHANG J i n xi ， ZHANG J ia n h u a ， W U Ch a n g s e n ． St ud y o n p r o p e r t i e s a n d p o r e s t r u c t u r e o f r e c y c l e d c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n a l o f Bu i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 6， 9 2 1 4 2 1 4 7 ． i n Ch i n e s e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m