補償收縮混凝土的力學性能研究綜述

(重慶交通大學材料科學與工程學院 重慶 400041)

一、引言

補償收縮混凝土是一種微膨脹混凝土，加入膨脹劑之后，水化產物為具有一定體積膨脹性質的鈣礬(C3A·3CaSO4·32H2O)，即膨脹源[1]。

膨脹劑的摻加往往對補償收縮混凝土工作性有不利影響，摻量越大，越不利[1]。摻量過大之后則會破壞混凝土的微觀結構，導致混凝土的一些性能大幅下降[2]?，F已有很多解決混凝土開裂的方法，其中有關一般混凝土，主要是通過外部濕養護的方法來減小混凝土的收縮。但對高強高性能混凝土，內部已經處于一個絕濕的環境，通過像對普通混凝土那樣的方法減小這類混凝土的自收縮就沒那么有效。輕骨料的使用必然會帶來混凝土強度的降低，且成本較高，因此降低混凝土的干燥收縮普遍采用的方法是加入減縮劑和膨脹劑。本論文基于前人的研究之上，就膨脹劑、水膠比和礦物摻和料三個因素對補償收縮混凝土力學性能的影響做了一個綜述。

二、影響補償收縮混凝土力學性能的因素

(一)膨脹劑。目前膨脹劑種類主要是有氧化鈣型、硫鋁酸鈣類和氧化鎂類，不同膨脹劑對補償收縮混凝土的力學性能的作用是不一樣的，由于鈣礬石和氫氧化鈣分別呈現針狀或柱狀和板狀，這種形狀顯然增大混凝土拌合物的粘度和屈服剪切應力，進而降低了新拌混凝土流動性。膨脹劑會加速膠凝材料的水化，導致晶體析出迅速，縮短了新拌混凝土中結構網絡框架形成時間，故導致混凝土初凝時間較短[2]。

向混凝土中摻加適量膨脹劑時，混凝土由于外界限制條件約束，會產生膨脹應力，這種應力能削減混凝土所受部分拉力，進而提高混凝土強度[3]。但是摻量過大時，產生過大的膨脹應力，進而破壞水泥石薄弱區并產生裂縫；這兩種矛盾決定了膨脹劑存在最佳摻量。

圖1沒有添加膨脹劑的混凝土a和添加膨脹劑混凝土b水化兩天之后的電鏡掃描圖[3]

強度不同混凝土抗壓強度與CSA摻量關系也存在與上述類似結論[5]。

楊易靈[5]經過研究發現：隨CSA摻量增多，抗折強度出現先增大后減少的趨勢，即當CSA從0%增至6%時，混凝土抗折強度逐漸增大；CSA從6%增至10%時，混凝土抗折強度逐漸減小。

摻入膨脹劑之后，混凝土的強度都有所降低，其原因是膨脹劑在水化時消耗大量水分，制約了水泥水化進展，因此對混凝土早期強度產生了不利影響[6]。

李承木[7]針對用MgO作為膨脹劑得到的混凝土力學性能進行分析，發現MgO在一定摻量范圍內，混凝土所有力學性能隨MgO摻量增加而增長。但劉加平[8]發現：相比于不摻膨脹劑的基準混凝土，摻MgO類膨脹劑的補償收縮混凝土抗壓強度有一定降低。

(二)水膠比。馮竟竟[9]發現水膠比比膨脹劑對混凝土強度影響更大，和所有混凝土一樣，補償收縮混凝土抗壓強度隨水膠比增大而降低。馮竟競在研究不同水膠比水泥膠砂試件各齡期強度時發現：對強度影響最大的是水膠比，水膠比越大，強度越低?；炷恋那捌咛鞆姸劝l展迅速，最后增長緩慢，膨脹劑對強度的影響遠不及水膠比影響大，可以忽略不計。

但是混凝土中摻加一定的纖維之后會對膨脹收縮混凝土的強度有一定的提升，可以減弱膨脹劑對混凝土強度的不利影響。膨脹劑對混凝土力學性能的影響不僅與自身摻量有關還和混凝土外部約束有關。當外部約束為零時，一定摻量范圍內，膨脹劑對混凝土強度沒有明顯影響，但超過一定摻量后，由于膨脹量過大而破壞了混凝土的內部結構，因此混凝土強度降低；當存在外部約束時，一定摻量范圍內，對膨脹變形約束使得膨脹對結構收縮有改善作用，因此增大混凝土強度[1]。齊志強[6]研究了粉煤灰對補償收縮纖維混凝土抗壓強度的影響。發現粉煤灰替代了部分水泥，所以會降低混凝土的早期強度，但是后期水化較快，強度增長較大。

王棟民等[4]通過向補償收縮混凝土中添加磨細礦渣來研究其抗壓強度的變化以及對其收縮性能的影響。相比于40%，礦渣的摻量為20%的時對補償收縮混凝土的抗壓強度的增強作用效果更好，原因是適量的礦渣可以填充水泥石孔隙，增強其密實度，進而增強其強度，而過多的礦渣則會取代了水泥。

三、總結

不同的膨脹劑其膨脹原理不同，所以根據使用環境和實際工程選用不同類型的膨脹劑和最佳摻和量；礦物摻和料的加入既節約成本又可以在一定程度上增加補償收縮混凝土的強度，但是其最佳摻量應以混凝土強度和其耐久性來確定。