高性能混凝土抗裂性能研究

高性能混凝土抗裂性能研究

亢维娜

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摘要：高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，大都是通过降低水胶比、掺加矿物掺合料来提高混凝土中水泥石的密实度，改善混凝土界面薄弱区结构形态，从而达到高性能目的。一般来讲，与普通混凝土相比，其早期自收缩、温度收缩、干燥收缩大、弹性模量高、徐变能力小；当混凝土收缩受到约束时，会引发很大的自应力。所以，高性能混凝土有着比普通混凝土更大的开裂趋势。本文分析了高性能混凝土原料和配备的抗裂性，介绍了高性能混凝土自收缩、内部湿度的理论研究现状,同时提出了相应的发展方向。

关键词：高性能；混凝土；抗裂性能目前，高性能混凝土以其良好的工作性、耐久性和强度而广泛应用于土木工程领域，但是近年研究发现，高性能混凝土出现早龄期收缩裂缝的可能性比普通混凝土更大。裂缝的出现不仅有碍观瞻，还为侵蚀性介质向混凝土基体侵入提供通道，加速钢筋的锈蚀，从而影响混凝土的耐久性和结构的安全性。如何有效抑制高性能混凝土的开裂是亟待解决的问题。

一、高性能混凝土原料和配备的抗裂性分析

高性能的混凝土原材料与普通的混凝土有很大的区别，在进行原料配合时，需要从胶凝材料（或水泥）、水灰比（或水胶比）、外加剂掺量、砂率等多方面的进行把握，保证高性能混凝土的抗裂性。

1.水泥。高性能混凝土在抗裂需求上要求水泥具有下列特征：一是水化时放热较低，以免内外温差过大而形成开裂；二是标准稠度用水量较低，其与超塑化剂的相容性较好；三是混凝土的细度适合、强度较高，保证最低水泥用量可以产生最大的强度，水泥越细、标号越高，配比出的混凝土自缩性就越大。因此，实际的操作中应选用42.0或者52.0的硅酸盐水泥或者普通的硅酸盐水泥，不应选用立窑水泥和早强水泥。

2.粗细集料。粗细骨料自身含有一定的泥量，这会增大混凝土的收缩程度，并且对混凝土的抗拉强度也有一定影响，对混凝土的抗裂有极大的负面作用。在骨料掺入时要严格控制骨料的泥量，一般粗骨料泥量小于2%，细骨料泥量小于3%。通常情况下，细骨料一般选用石英含量较高、洁净、颗粒浑圆、有平滑筛分线的中粗砂砾，其细度模数把握在2.5-3.1之间。粗骨料的表明特征和其形状对混凝土的强度影响较大，表明粗糙可以极大增强骨料与水泥砂砾之间的黏着力。需要注意的是针片状骨料会影响混凝土的流动及其强度，在进行针片状骨料选用时，要保证其含量低于8%。混凝土内部颗粒接触点的实际应力会远高于其施加的标准应力，这使得骨料的选择时，要保证其强度高于混凝土强度的正常值，相关的资料显示，其压碎值需控制在15%以内。

3.矿物掺合料。矿物掺和料对高性能混凝土的抗裂性能影响非常大，在进行掺和料的选用时，要保证其细度和有害成分的控制，还需保证其强度活性。常用的矿物掺和料有矿渣、粉煤灰、硅灰等，如可进行超塑剂的掺入时，矿物掺和料的量可以与水泥等量，甚至替代水泥。抗裂材料也属于矿物掺和料的一种，也可以替代部分水泥。

二、高性能混凝土自收缩的研究

1.自收缩是引起高性能混凝土产生裂缝的主要原因之一。收缩之所以重要是因为它能引起开裂,研究收缩并不是最终目的,对混凝土的抗裂性进行研究以达到提高抗裂性的效果才是最重要的。随着混凝土水胶比的降低,混凝土自收缩越大。所以,近年来以低水胶比为特征的高性能混凝土的自收缩现象受到人们广泛重视。

2.自收缩定义为:“混凝土初凝后水泥水化引起胶凝材料宏观体积的减小，自收缩不包括因物质的损失或侵人,温度的变化或外部力量或限制物的应用引起的体积变形”。同济大学的李悦、清华大学的覃维祖、哈尔滨工业大学的巴恒静等也对自收缩都进行了深入的研究，从已有研究成果可知,应用减缩剂、充分的水养护和选用低C3A和高C2S的水泥可以降低自收缩。

三、高性能混凝土内部湿度的研究

1.引起混凝土早期开裂的原因不仅仅是收缩值大小和由混凝土水化引起的温度增高值,更确切地说,是混凝土内部的温度梯度和湿度梯度,可见混凝土内部湿度和温度研究的重要性。在混凝土内部湿度研究这方面,目前国内仍没有得到足够的重视和系统研。国外各国学者对高性能混凝土中水分迁移性能的研究越来越重视,美国材料研究协会在主办了水泥基材料的迁移性能与微结构研讨会,充分认识到水泥基材料的水分迁移性能对材料耐久性的影响。

2.目前,国外对该领域的研究主要集中在以下几方面：第一高性能混凝土孔隙内部湿度变化的直接测试,尤其在早期,研究自干燥效应对混凝土内部湿度的影响,以及自干燥与水分扩散共同作用下的非线性方程。第二建立适用于不同类型水分扩散分析的非线性扩散方程。进一步研究混凝土在干燥时水分扩散系数与混凝土配合比及其他因素的关系。

3.从当前对高性能混凝土内部湿度的研究热点及研究成果看,在这方面以下问题值得研究:第一高性能混凝土非线性水分扩散方程。第二高性能混凝土内部湿度变化与水分扩散的关系。第三高性能混凝上内部湿度预测模型明。研究的重点是直接测定混凝土内部湿度,从而建立可靠的关于高性能混凝土内部湿度的数学预测模型。

四、以新拌混凝土工作性能为影响因素研究

1.随着混凝土工作性能的提高，混凝土的裂缝出现时间基本上是随之推迟，当混凝土坍落度为60mm的混凝土裂缝出现时间较不掺减水剂的混凝土推迟了2h左右，虽然掺入减水剂会增大混凝土早期的水分蒸发，但是其毛隙孔的负压增加幅值有可能还是降低的，即释放出来自由水的量远大于水分蒸发量的增加值。而且一般掺入减水剂都会延缓混凝土的早期水化，从而使其开裂时间推后。

2.混凝土坍落度为240mm的混凝土裂缝出现时间较坍落度为220mm的混凝土推迟0.5h左右，这是由于坍落度为240mm的混凝土出现较为严重的离析泌水，在混凝土表面形成养护层，从而使混凝土开裂时间延迟。坍落度在110mm-180mm之间的混凝土开裂面积相对较小，坍落度为150mm和180mm的混凝土最大裂缝宽度相对较小。

混凝土坍落度为150mm时其开裂面积为不掺减水剂和坍落度为240mm混凝土的62%左右；混凝土工作性能为60mm混凝土的开裂面积是不掺减水剂混凝土的76%；混凝土坍落度为240mm是坍落度为220mm混凝土的1.14倍。掺入适量的减水剂使混凝土的坍落度在110mm-180mm之间，可能会使混凝土的自由水含量较为合适而又有适当的缓凝作用，使其收缩变形和强度发展结合点最佳，从而使抗裂性能最好。

高性能混凝土的主要特征是采用高效减水剂、掺入活性细掺料、在较低水灰比的情况下实现新拌混凝土的高工作度、在混凝土硬化后其细观结构致密。因此，特别适用于高层、大跨等现代建筑工程与桥梁结构，其广泛使用已取得了显著的技术、经济和社会效益。高性能混凝土在显示其优良性能的同时，也暴露出其不利的一面。例如，自从普遍使用泵送商品混凝土以来，混凝土结构的裂缝越来越严重，尤其是早期裂缝。高性能混凝土早期易开裂，已成为影响其综合性能的重要因素，同时，在人民物质生活水平显著提高的今天也成为社会普遍关心的重要问题。

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