水泥砂漿與混凝土干縮的關(guān)系

林海明

（桂平市永固混凝土有限公司廣西桂平　537200）

水泥砂漿與混凝土干縮的關(guān)系

林海明

（桂平市永固混凝土有限公司廣西桂平537200）

本文通過試驗(yàn)測定摻與不摻礦物摻合料的水泥砂漿的干縮率及相應(yīng)混凝土的干縮率，探討水泥砂漿與混凝土干縮的關(guān)系，結(jié)果表明：其他條件一定時(shí)，不同品種骨料的砂漿與混凝土試件干縮率大小順序?yàn)椋荷皫r最大，玄武巖和花崗巖次之，且兩者相近，灰?guī)r最小。

混凝土；砂漿；干縮

1　引言

水泥基材料處于低濕的環(huán)境下因水分散失導(dǎo)致體積收縮稱為干縮。干縮是引起混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因之一，干縮開裂使得混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降甚至引起結(jié)構(gòu)破壞。因此，研究水泥混凝土的干縮性能具有十分重要的意義。然而研究混凝土干縮性能時(shí)，原料消耗大，配合比設(shè)計(jì)繁雜，試驗(yàn)工作量大，而混凝土的干縮主要由水泥漿體的干縮引起。針對這個(gè)情況，有必要對水泥砂漿及混凝土干縮性能的相關(guān)性進(jìn)行研究，以期通過測定水泥砂漿的干縮來預(yù)測水泥混凝土的干縮性能，進(jìn)而對實(shí)際工程中控制水泥混凝土的干縮起到指導(dǎo)作用。

2　試驗(yàn)原材料及方法

2.1原材料

試驗(yàn)采用華潤42.5硅酸鹽水泥、來賓Ⅰ級粉煤灰、博特JM-Ⅱ減水劑及山西黃河引氣劑，4種人工骨料分別為花崗巖、玄武巖、砂巖和灰?guī)r，均取自水電工程現(xiàn)場。骨料品質(zhì)檢測結(jié)果見表1。

試驗(yàn)結(jié)果表明，4種細(xì)骨料均屬于中砂（細(xì)度模數(shù)在3.0～2.3之間），除砂巖與灰?guī)r砂細(xì)度模數(shù)稍大于規(guī)范值外，人工砂和粗骨料的其他性能指標(biāo)均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）的相應(yīng)技術(shù)要求。

表1　細(xì)骨料品質(zhì)檢測結(jié)果

2.2試驗(yàn)方法

骨料的品質(zhì)檢測按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。固定混凝土的水灰比為0.4，粉煤灰摻量35%，砂率32%，單位用水量120kg/m3，減水劑與引氣劑的摻量分別為0.7%和0.01%。保持混凝土配合比不變，拌和時(shí)不加入骨料，并調(diào)節(jié)外加劑摻量，控制漿體擴(kuò)展度在130mm左右，以成型砂漿及凈漿試件。砂漿及凈漿試件尺寸為25mm×25mm×280mm，試件成型后，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中（溫度20℃±5℃、RH≥95%）養(yǎng)護(hù)24h后拆模，然后在水中養(yǎng)護(hù)48h后取出，用濕布擦去表面水分和釘頭上的污垢，并測定試件長度作為初始讀數(shù)，最后將試件放入干燥室（溫度為20℃±3℃、RH為60%±5%）中，分別測定3d，7d，14d，28d，60d，90d的試件長度，試件的干縮齡期以測定基準(zhǔn)長度后算起。混凝土試件尺寸為100mm×100mm×515mm，試件成型后，送入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，48h后拆模，隨后送至干燥室進(jìn)行測長，此長度為試件的基準(zhǔn)長度，干縮齡期同砂漿試件。

3　試驗(yàn)結(jié)果

定期測試水泥凈漿、砂漿及混凝土試件長度，并按式計(jì)算干縮率：

St=（Lo-Lt）×（10×6）/L

式中：St為試件t天齡期干縮率，10-6；Lo為初始測量讀數(shù)，mm；Lt為t天齡期的測量讀數(shù)，mm；L為試件有效長度，mm。水泥凈漿及砂漿試件干縮率試驗(yàn)結(jié)果。

4　結(jié)果分析和討論

4.1骨料品種對干縮變形影響

水泥凈漿、砂漿及混凝土試件干縮率曲線見圖1～2。由圖可知，配合比及其他原材料一定時(shí)，不同品種骨料的水泥砂漿與混凝土試件干縮率大小順序?yàn)椋荷皫r最大，玄武巖和花崗巖次之，且干縮率相近，灰?guī)r最小。至90d齡期，混凝土試件干縮率為216×10-6～419×10-6，砂漿試件干縮率為698×10-6～1021×10-6，而凈漿試件的干縮率達(dá)2016×10-6，顯著大于砂漿與混凝土。砂巖骨料試件的干縮率最大，且90d齡期時(shí)收縮的趨勢并未停止，這對大體積水工混凝土而言是一個(gè)危險(xiǎn)的開裂信號。

圖1　凈漿及砂漿試件干縮率曲線

圖2　混凝土試件干縮率曲線

骨料對試件干縮變形的“限制作用”明顯，且不同骨料的自身性能差異易導(dǎo)致混凝土及砂漿干縮率的不同。資料表明，天然骨料本身一般不收縮，但有些骨料收縮率可達(dá)900×10-6，并與用不收縮骨料配制的混凝土收縮率具有相同的數(shù)量級。且能收縮的骨料主要是一些輝綠巖與玄武巖，也有一些沉積巖，如硬砂巖和泥巖。而花崗巖、石灰?guī)r和石英巖則基本不具有收縮性。T.W. Reichard的資料也表明，在普通骨料范圍內(nèi)配合比一定的混凝土收縮變化相當(dāng)大，最大的是砂巖混凝土，最小的是石英巖混凝土，收縮率差值最大達(dá)800×10-6。

同時(shí)，試件早期干縮增長速率較快，28d齡期之后增長明顯放緩。分析原因，早齡期主要是物理作用，可以用“毛細(xì)管張力理論”解釋。試件從水中或潮濕環(huán)境中取出，毛細(xì)孔內(nèi)充滿水，轉(zhuǎn)移至干燥室，水就開始蒸發(fā)，毛細(xì)孔內(nèi)凹液面的形成及其曲率半徑的減小使固相產(chǎn)生壓縮彈性變形，從而表現(xiàn)出宏觀收縮。28d齡期之后，其主導(dǎo)因素可能是C-S-H凝膠等水化產(chǎn)物的化學(xué)作用，同時(shí)可能還與“凝膠表面能”以及“吸附-解析”等因素有關(guān)。

4.2影響機(jī)理分析

分析而言，不同骨料的水泥砂漿混凝土干縮變形的不同，源于骨料自身性能的差異。且骨料不單單是通過力學(xué)特性來“限制”混凝土收縮的，玄武巖密度大、強(qiáng)度高、可壓縮性小，但其混凝土的收縮變形卻大于石灰?guī)r混凝土，G.E.Troxell與T.W.Reichard早在20世紀(jì)50年代也發(fā)現(xiàn)了這個(gè)現(xiàn)象。因此，混凝土的收縮行為是多種骨料特性綜合影響的結(jié)果。首先分析試驗(yàn)所用不同骨料原巖的形成過程。玄武巖屬基性巖漿巖，火山爆發(fā)巖漿噴出地表驟冷而形成的硅酸鹽巖石，是地殼的主要組成部分之一。花崗巖屬于深層的侵入巖；灰?guī)r屬于典型的沉積巖；砂巖為石英砂巖，也是沉積巖，由原生物碎屑組成；而玄武巖是噴出型巖漿巖。不同品種骨料原巖的形成過程不同，骨料的孔隙結(jié)構(gòu)及吸水特性也不同。較大的孔隙對骨料后期的吸水不會產(chǎn)生明顯的影響，而細(xì)小的毛細(xì)孔隙的吸水則是一個(gè)長期的過程。如果骨料內(nèi)部存在較多的細(xì)小毛細(xì)孔隙，其吸水率就會較大且吸水過程漫長，骨料的吸水會使砂漿不斷失去水分，從而增大混凝土的自收縮及干縮。本試驗(yàn)采用的玄武巖是噴出型巖漿巖，內(nèi)部恰恰具有較多的閉口小氣孔。因此，初步可推斷是骨料內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)所致的長期吸水特性影響了混凝土的收縮行為。骨料的顆粒特性也是影響混凝土收縮行為的因素之一，其他條件不變時(shí)，細(xì)骨料越細(xì)（即細(xì)度模數(shù)越小）、石粉含量越高，混凝土的收縮越大。但本試驗(yàn)中采用的人工骨料均為機(jī)械破碎，粗骨料為二級配，4種細(xì)骨料均屬中砂、石粉含量在12～14%，因此，本試驗(yàn)中骨料的顆粒特性差異不明顯。總的來說，灰?guī)r強(qiáng)度適中、易于加工、骨料粒形好、其混凝土體積穩(wěn)定性好，是人工骨料的首選；花崗巖也較理想；玄武巖強(qiáng)度高、加工時(shí)易產(chǎn)生針片狀而導(dǎo)致粒形稍差，且混凝土干縮率稍大；砂巖骨料多孔吸水，拌制的混凝土干縮最大。在工程選擇骨料料源時(shí)，應(yīng)針對不同品種骨料對混凝土收縮行為的影響，對大壩的防裂抗裂采取提前預(yù)案。

5　結(jié)語

水泥砂漿的干縮是造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的重要原因之一，一旦出現(xiàn)裂縫，就會增加工程安全隱患，不利于建筑工程企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。為保證混凝土結(jié)構(gòu)性能，對水泥砂漿的干縮進(jìn)行研究，有助于更好地控制混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量，為工程建設(shè)整體質(zhì)量提供保障。

[1]蔡安蘭，李順凱，嚴(yán)生，等.養(yǎng)護(hù)溫度對高摻量粉煤灰硅酸鹽水泥砂漿干縮性能的影響[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2005（1）：100～104.

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[3]馬正飛，殷翔.數(shù)學(xué)計(jì)算方法與軟件的工程應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：148～149.

TU528

A

1673-0038（2015）48-0035-02

2015-11-10

林海明（1968-），男，助理工程師，大專，主要從事質(zhì)檢方面的工作。