高性能混凝土的自收缩及测试方法探讨
浅析高性能混凝土技术
3科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI O N 2008N O .09SC I ENC E &TEC HN OLO GY I NFO RM ATI O N 工业技术1高性能混凝土的发展免振自密实混凝土是近十多年来由日本首先研究开发并付诸工程应用的一项近代混凝土技术。
由于免振自密实混凝土在工程上应用可以取得提高混凝土质量、改善混凝土施工操作、养活施工噪音以及提高劳动生产率、加快施工进度降低工程费用等技术经济效果，所以免振自密实混凝土的发展代表了目前高性能混凝土的发展方向。
顾名思义，免振自密实混凝土是在浇筑时仅靠混凝土自身的重力而不需要任何捣实外力而达到自密实、自流平的一种混凝土。
免振自密实混凝土应具有三个特性：(1)流动性；(2)良好的稳定性——不离析；(3)钢筋和模板中的任何间隙，具有良好的通过能力，不产生阻塞。
根据上述三个特性的要求，免振自密实混凝土配制的原理与方法科述如下：新拌混凝土的物相属粒子悬浮体，其连续介质是水泥浆体，也就是液相而混凝土中的集料则为固相。
在所有粒子悬浮体中，流动性与粒子离析间的平衡是必需的。
新拌免振自密实混凝土要在没有外力作用下充分填实混凝土模板中的一切空隙并达到密实，更是要兼具良好的流动性与稳定性。
为获得高流动性，首先要减小颗粒间的磨擦阻力。
掺入超塑化剂以减小颗粒的表面张力固然十分必要，但从免振自密实的性能要求看，仅靠掺超塑化剂还难以达到，还需掺入一定数量的超细物料。
为得到良好的稳定性，使物料不离析，其液相必需具有适当的流变性，才能既不产生泌水又防止颗粒的离析。
为达到此要求，同样也需掺入适量的颗粒尺寸＜0.25mm 的细填料，有时还需掺入粘度改性剂(增粘剂)。
为使混凝土能流畅地通过钢筋和模板中的任何间隙而不产生阻塞，除需根据工程结构的设计选定合适的集料粒径和形貌外，液相的体积量及其流变性质也是重要的参数。
其流变性质是按流变学的宾汉姆型用粘度计来评定的，应具有低的屈服应力和适当的塑性粘度。
对高性能混凝土自收缩的因素及对策探讨
对高性能混凝土自收缩的因素及对策探讨摘要：使用高性能混凝土的目的除了其它高强度，更为重要的是它的不易渗透性和高耐久性，所以高性能混凝土的结构开裂相比普通混凝土来说影响更大，因此正确评价和预测高强混凝土自收缩旨起的潜在开裂和约束应力是一项比较重要的研究，本文对影响混凝土自收缩的原因做了浅显的研究，分析了影响自收缩的因素，并提出一些抑制自收缩的对策与大家共同探讨。
关键词：高性能；混凝土；自收缩一、自收缩产生原因上文中说到自收缩是混凝土在终凝后，在无外界水份交换、恒温的条件下混凝土整体结构的缩小，这也是它与干缩的区别所在，它不仅发生在混凝土表面，它还从整体均匀的发生，不管理表面还是内部。
水泥和水发生作用时，二者形成的水化产物体积小于水和水泥的体积之和，当混凝土有较大的流动性时，可以缩小宏观体积，以对水泥水化产生的体积缩小进行补偿；但随着混凝土的流动性逐渐降低，混凝土就无法依靠其宏观体积的缩小再对其做出补偿，当混凝土达到一定强度时，主要依靠在内部形成空隙来补偿水泥水化产生的体积变化，当混凝土终凝后，由于其体积变化主要是由内部空隙来完成补偿的，在内部空隙形成会产生相应的毛细管张力，从而使混凝土的宏观体积出现收缩的情况。
水灰比越高，混凝土内部因形成空隙而产生的毛细管张力会越小，混凝土的自收缩程度也越小；但当水灰比很低的情况下则反之。
二、影响自收缩的因素（一）水泥根据国内外科学家的实验结果证明：水泥净浆种不同，自收缩能力也不同，早强水泥和铝酸盐水泥的自收缩相对较大，如果使用低C3A和C2S或者C4AF 的硅酸盐水泥，则可以降低自收缩，混凝土用低热或中热硅酸盐水泥来制备，其收缩值要远远低于曾通硅酸盐水泥。
并且水泥的细度也对自收缩有一定的影响。
（二）外加剂高效减水剂可以增大流动度，因此对于降低自收缩值有一定的作用。
而干缩减少剂则可以减少百分之五十的自收缩。
膨胀剂也会对自收缩产生一定的影响，但主要取决于它的种类，某些氧化钙膨胀剂可以减少自收缩；引气剂无法对混凝土自收缩产生影响。
混凝土收缩开裂机理及测试方法综述
混凝土收缩开裂机理及测试方法综述摘要：现代工程的快速和简便施工需求，以及超长、大体积的特点促使了高性能混凝土（HPC）的广泛应用。
高性能混凝土具有低水灰比、高强度、低渗透的特点。
然而，低水灰比也带来了一些负面影响，如混凝土收缩增大，容易引起混凝土开裂等。
高温或大风等不利气候条件下，若混凝土浇筑后养护不及时，混凝土表面水分快速蒸发，也会形成塑性收缩裂缝。
混凝土出现开裂最主要的原因是混凝土的收缩，裂缝贯穿会引起混凝土抗渗性下降，强度和耐久性降低。
本文对混凝土收缩开裂机理及测试方法进行分析，以供参考。
关键词：混凝土；收缩开裂；测试方法引言现如今，为了促进社会经济的飞速发展和提高人民的生活水平，往往需要建造更多大型的、特殊的建筑物和构筑物，这就要求混凝土应具有更高的质量。
以往普通混凝土的基本优点难以满足时代的发展需求，相反，强度更高、耐久性和安全性更好的高强、高性能以及超高性能混凝土在建筑行业日益发展。
但其早期收缩大、放热量大、易开裂等缺点更为突出。
1混凝土收缩变形的分类及机理混凝土塑性收缩主要发生在混凝土最早的塑性阶段,是由于水蒸发、重力、水化反应、气泡放电和裂缝等因素引起的收缩,“毛细管应变机制”和“塑性溶解机制”被科学家们广泛接受的塑性收缩机制。
混凝土的自收缩主要发生在混凝土的水化反应阶段,是指水化后形成的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶通过明显的体积减少,这与其自身的物质、温度和湿度的降低、外部的负荷或受体积的限制所引起的变化无关,混凝土在温度恒定时的重量,而不是由外部的力和约束造成的,由混凝土材料本身的物理和化学变化引起的。
2混凝土收缩的种类2.1 塑料收缩塑性收缩发生在新混凝土浇筑后的最初几个小时内,即混凝土表面光泽度的丧失,伴随着尺寸的变化,直到混凝土凝结。
在此期间,混凝土处于塑料状态。
塑性收缩通常与混凝土本身暴露于温度、外部风速、相对湿度和水力学特性有关,因此水在靠近表面的混凝土中蒸发的速度比水上升到表面的速度快,导致混凝土表面的光泽度下降。
高性能混凝土自收缩
高性能混凝土自收缩上世纪80年代以来，基于商品混凝土技术的进步，高强高性能商品混凝土越来越普通地应用于各种类型的建筑结构。
商品混凝土材料强度的提高，可以有效的降低建筑物的自重，尤其适宜高层建筑和大跨度桥梁的建造。
相对于普通商品混凝土，使用高性能商品混凝土还能够减少资源的消耗，有利于可持续发展。
但是，不管是在实际工程应用中，还是在试验室都发现，高性能商品混凝土普遍具有发生早期裂纹的趋势，商品混凝土结构裂纹的产生大部分是由于商品混凝土收缩引起的，结构荷载引起的裂缝很少。
1.商品混凝土收缩种类在实际工程中，人们大都只关心商品混凝土最终的收缩，但商品混凝土的最终收缩实际上却包括各种原因引起的收缩。
对于普通商品混凝土，干缩是主要的；而对于高性能商品混凝土，自收缩问题也不容忽视。
区别不同的收缩，有助于采取相应的措施减少收缩，以防止或减少商品混凝土的开裂。
通常，商品混凝土的收缩主要有以下几种：1.1化学收缩化学收缩又称水化收缩。
水泥水化后，固相体积增加，但水泥—水体系的绝对体积则减小。
大部分硅酸盐水泥浆体完全水化后，体积减缩总量为7%～9%。
在硬化前，所增加的固相体积填充原来被水所占据的空间，使水泥石密实，而宏观体积减缩；在硬化后，则宏观体积不变而水泥—水体系减缩后形成内部空隙。
因此，这种化学减缩在硬化前不影响硬化的商品混凝土性质，硬化后则随水灰比的不同形成不同孔隙率而影响商品混凝土的性质。
化学收缩与水泥组成有关。
对于硅酸盐水泥的每种单矿物而言，C3A水化后的体积减少量可达23%左右，是化学收缩最严重的矿物，其次分别是C4AF、C3S和C2S。
从水泥品种上来讲，选用高C3A含量的水泥，对化学收缩是不利的；水泥用量上来讲，水泥用量越大，商品混凝土的化学收缩和孔隙总量越大。
高性能商品混凝土的水胶比低，水化程度受到制约，故高性能商品混凝土的化学收缩量会比普通商品混凝土小。
1.2塑性收缩塑性收缩发生在硬化前的塑性阶段，由它引起的开裂是工程建设阶段最常见的商品混凝土裂缝，一般发生在商品混凝土浇筑后2～10h。
混凝土中的自由收缩标准
混凝土中的自由收缩标准一、引言混凝土在硬化后会发生自由收缩，这是由于混凝土内部水分的蒸发和化学反应导致的。
自由收缩会对混凝土结构的性能产生影响，因此需要制定相应的标准来控制自由收缩的大小和范围。
本文将介绍混凝土中的自由收缩标准。
二、自由收缩的定义和影响自由收缩是指混凝土在硬化过程中由于水分蒸发和化学反应而产生的体积缩小。
自由收缩的大小和范围取决于混凝土的配合比、水胶比、材料性质等因素。
自由收缩会影响混凝土的力学性能、耐久性和变形性能。
三、自由收缩的测量方法自由收缩的测量方法包括干燥收缩法、水浸法和光学法等。
其中，干燥收缩法是最常用的一种方法，它是通过将混凝土样品在室温下干燥并测量其体积变化来确定自由收缩的大小和范围。
四、自由收缩的标准目前，国际上没有统一的自由收缩标准，不同国家和地区采用的标准也有所不同。
以下是一些常用的自由收缩标准：1.美国标准美国标准规定混凝土中的自由收缩应小于0.06%。
此外，美国还制定了一些特殊混凝土的自由收缩标准，如高强度混凝土、高性能混凝土、自密实混凝土等。
2.欧洲标准欧洲标准规定混凝土中的自由收缩应小于0.05%。
此外，欧洲还制定了一些特殊混凝土的自由收缩标准，如高强度混凝土、高性能混凝土、自密实混凝土等。
3.中国标准中国标准规定混凝土中的自由收缩应小于0.05%。
此外，中国还制定了一些特殊混凝土的自由收缩标准，如高强度混凝土、高性能混凝土、自密实混凝土等。
五、自由收缩的控制方法为了控制混凝土中的自由收缩，可以采取以下措施：1.优化配合比和水胶比，减少混凝土内部的水分含量。
2.采用低收缩水泥或掺加收缩剂来减少混凝土的自由收缩。
3.采取适当的养护措施，防止混凝土过早干燥和过快硬化。
4.加强混凝土结构的设计和施工管理，保证混凝土的质量和性能。
六、结论混凝土中的自由收缩对混凝土结构的性能具有重要的影响，需要制定相应的标准来控制自由收缩的大小和范围。
目前，不同国家和地区采用的自由收缩标准有所不同，采取措施控制自由收缩可以提高混凝土结构的性能和耐久性。
CSA高性能水泥混凝土收缩徐变研究
CSA高性能水泥混凝土收缩徐变研究时晓东(新疆梨城新创检测服务有限公司巴州841000)摘要硫铝酸盐钙水泥(CSA)可用作混凝土的替代黏结剂，完全或部分替代硅酸盐水泥。
这不仅有助于减少水泥生产中的二氧化碳排放，还能提高水泥的生产效率。
然而，关于CSA黏结剂混凝土的性能，特别是其徐变和收缩的数据很少，本文通过试验分析CSA黏结剂掺入或完全取代石灰石硅酸盐水泥的高性能混凝土的体积稳定性。
在自生和干燥条件下，从1天到1年测量其收缩和蠕变。
结果表明:纯CSA水泥混凝土表现出快速而显著的自干缩和自收缩，但在干燥条件下的附加收缩是有限的;混合体系CMIX在干燥条件下的收缩和徐变变形均最低，干燥和密封条件的差异有限，而密封条件下的收缩和徐变都略高于干燥条件。
关键词硫铝酸盐钙水泥高性能混凝土收缩率Study on shrinkage and creep of CSA high performance cement concreteXiaodong Shi(Xinjiang Licheng Xinchuang Testing Service Co.，Ltd.，Bazhou841000，China) Abstract Calcium sulphoaluminate(CSA)cement can be used as an alternative binder for concrete and as a complete or partial substitute for Portland cement.This will not only help to reduce carbon dioxide emissions in ce-ment production，but also improve the efficiency of cement production.However，there are few data about the per-formance of concrete with CSA binder，especially its creep and shrinkage.This paper analyzes the volume stability of high performance concrete with CSA binder added or completely replaced by limestone Portland cement through experiments.Its shrinkage and creep were measured from1day to1year under autogenous and dry conditions.The results show that pure CSA cement concrete shows rapid and significant self shrinkage and self shrinkage，but the additional shrinkage is limited under dry condition;the shrinkage and creep deformation of cmix are the lowest un-der dry condition，and the difference between dry and sealed conditions is limited，while the shrinkage and creep under sealed condition are slightly higher than those under dry condition.Key words CSA;high performance concrete;shrinkage1背景硫铝酸盐钙水泥(CSA)在生产过程中可减少二氧化碳的排放量。
高性能混凝土自收缩的试验与应用
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２ 混凝土 自收缩变形的研究现状及存在的不足
２ １ 研 究现状 ．
混 凝 土 的 自收 缩 （ ｕｏ ｅ ｏ ｓｓ ｒ ｋ ｇ ） 是 ａ ｔｇ ｎ ｕ ｈ ｉ ａ ｅ ｎ
指体 系与外 界没 有水分 交换 的情况 下 ，由混 凝土 内
混凝土
应 变计
密封扳
紧固螺挂 千分表
卜溜 凝 １试仆 ２ 线 振仪 ３ 湿 度传感 器 一 一
胶 板
图 １ 采 用 线 振 仪 测 量 混 凝 土 早 期 收 缩 示 意
我国 《 建筑 工程 材料 试验 手册 》建议 混凝 土标 准养 护 ３ ｄ后密 封 处 理 ，再 用 混凝 土 收 缩 仪 （ 有 带 百分 表或 测微器 ）测 定收 缩 ，但 这种 方法 不仅 精度
性能混 凝 土恰恰 在此 时产 生很 大 的 自收缩 。
图 ２ ｌ 的 自收 缩 变 形 试 验 装 置 ｄ内
② 混凝 土试件 的后期 自收缩采用 埋入 差动式 电 阻应变计 法 测 定 。混 凝 土 试 件 用 千 分 表 观 测 一 天 后 ，拆模 ，用 塑 料膜 包 裹 好 ，装 入 橡胶 桶 内密 封 ， 然 后再 装入加 工 好 的 １０ １ｍｍ× １０ １ｍｍ×４０ ４ｍｍ 的 白铁皮桶 内 ，上盖用 锡封 焊 ，应变计 电缆 从上 盖预 留的孔 中拿 出 ，并用 密 封胶 密封 好 空隙 ，保 证 白铁 皮桶 内、外无空气 与 水分 的交 换 。在 恒 温室 内 （０ ２
４ ・ ７
维普资讯
设计 与施 工
水 利规 划与设 计
２０ 年 第 ２ ０７ 期
结 良好 ，传感 器 的变形 能否 真实反 映 出混凝 土 的变 形 ，还 值得探讨 。
高性能混凝土自收缩测试方法探讨
第8卷第1期2005年2月建 筑 材 料 学 报JOURNA L OF BUI LDI NG M ATERI A LS V ol.8,N o.1Feb.,2005收稿日期:2003-12-03;修订日期:2004-11-05基金项目:国家自然科学基金资助项目(59938170)作者简介:田 倩(1973-),女,云南人,江苏省建筑科学研究院有限公司高级工程师,东南大学博士生. 文章编号:1007-9629(2005)01-0082-08高性能混凝土自收缩测试方法探讨田 倩1,2, 孙 伟1, 缪昌文2, 刘加平2(1.东南大学材料科学与工程系,江苏南京210096;2.江苏省建筑科学研究院有限公司,江苏南京210008)摘要:在查阅国内外相关文献资料的基础上,从定义上明确了自收缩、自干燥收缩及化学减缩的区别与联系;设计制造出混凝土自收缩测试系统,该系统分别采用立式测量和水平测量测试混凝土结构形成不同阶段的收缩值,测试从混凝土成型时开始,测试结果与定义相符,且具有很好的重现性.关键词:高性能混凝土;自收缩;自干燥收缩;化学减缩;定义;测试中图分类号:T U 528 文献标识码:AStudy on the Measurement of Autogenous Shrinkageof H igh Performance ConcreteTIAN Qian 1,2, SUN Wei 1, MIAO Chang 2wen 2, LIU Jia 2ping 2(1.Department of Materials Science and Engineering ,S outheast University ,Nanjing 210096,China ;2.Jiangsu Research Institute of Building Science C o.,Ltd.,Nanjing 210008,China )Abstract :Based on the review of the relative literatures ,the discrimination as well as the relation of the defi 2nitions between the autogenous shrinkage ,self 2desiccation shrinkage and chemical shrinkage of the concrete were discussed from the point of view of their definitions.An automatic autogenous shrinkage measuring system was developed ,which adopted the combination of non 2contact sens or as well as micrometer and perpendicular as well as horizontal measurement in the different stages of the structure ev olution of concrete.The measure 2ment can be start after casting.The measured results are consistent with the definition and the repeated mea 2surements agree very well.K ey w ords :high performance concrete ;autogenous shrinkage ;self 2desiccation shrinkage ;chemical shrink 2age ;definition ;measurement 20世纪80年代随着高性能水泥基材料应用的蓬勃发展,低水胶比混凝土内部的自干燥现象开始受到注意.自收缩引起的裂缝已不仅仅局限于混凝土表层,而是贯穿于整个混凝土中[1].高性能混凝土自收缩的研究正越来越引起国内外学者的广泛重视.虽然关于自收缩研究文章公开发表的已超过百余篇,然而由于自收缩的定义尚未统一,自收缩的测定方法仍然存在着许多困惑与争议,从而严重阻碍了自收缩研究的进展.在2000年RI LE M 所召开的“Shrinkage of C oncrete ———Shrink 2age 2000”国际会议上[2],一个重要的议题即是怎样准确地测试收缩值.会后虽然各种新的测试方法不断涌现,并取得了一定的进展,但仍然不尽如人意.对于早期的自收缩测量结果在不同的文献资料里面存在着较大的争议,归根到底是由于测试方法的不同而引起的.Barcelo 等[3]已经证明要想对基于不同测试手段得出的试验结果进行解释很困难,因此测试方法的不足严重地阻碍了自收缩研究的进展.如何提早测量初始时间、降低模具约束、提高测试精度和密封有效性以及消除温度变形的干扰,一直是研究人员致力改进的问题.本文在对国内外现有的自收缩的定义及测试方法进行比较研究的基础上,提出了自己的关于混凝土自收缩的观点和一种新的混凝土早期变形测试方法.1 自收缩的定义1.1 国内外学者采用的自收缩定义迄今为止,国内外学者采用的自收缩定义仍未完全统一.自收缩一词最初出现在20世纪初,当时Le Chatelier [4]对硬化水泥浆的绝对体积变化(abs olute v olume change )和表观体积变化(apparent v ol 2ume change )进行了区分,并且提出了自干燥的概念.Lynam [5]也许是最早对自收缩作出明确定义的研究人员,他认为自收缩应为不因热或水分蒸发而引起的收缩.日本混凝土协会(Japanese C oncrete Institute ,JCI )定义的自收缩[6]是指在初凝以后水泥水化时产生的表观体积减小,它不包括因自身物质增减、温度变化、外部加载或约束而引起的体积变化.自收缩可以表达为体积减少的百分数即“自收缩率”,或一维长度的变化即“自收缩应变”.与之相对应的是自膨胀,统称为自身变形.该定义明确“自身”的概念,并且明确了测试开始的时间.而在RI LE M TC 181-E AS 报告里[7],对自收缩的定义则涵盖了更为广泛的内容,且进一步明确了自收缩(autogenous shrinkage )与自干燥收缩(self 2desiccation shrinkage )的区别:(1)自收缩是指水泥基材料在密封养护、等温的条件下表观体积或长度的减少,化学减缩(chemical shrinkage )是引起自收缩的原因,在塑性阶段时二者近似相等.当水泥浆体结构形成以后(粗略地划分为初凝时),自收缩要小于化学减缩.(2)自干燥收缩是指在密封的条件下,当水泥浆体结构形成以后,由于水泥进一步水化而使其内部相对湿度下降所引起的收缩.自干燥收缩是自收缩的一部分,也是最重要的一部分.由于水泥浆体的结构形成时间目前尚很难给出明确的判断,因此测试时间也是从初凝时开始,且在测试时通过特殊的保温措施来达到绝热的条件.(3)与自干燥收缩相对应的是水泥浆体结构形成以前由于化学减缩而导致的表观体积的减小,称为凝缩(setting shrinkage ).凝缩也是自收缩的一部分.(4)密封条件下由于自收缩、自膨胀以及温度变形所引起的表观体积的变化统称为自身变形.在我国学者所公开发表的文献资料里[8～10],大多是将自收缩等同于自干燥收缩,认为由于密封水泥浆体内部相对湿度随水泥水化而减小所引起的自干燥造成了毛细孔中的水分不饱和,从而产生了自收缩现象.1.2 笔者关于自收缩的定义综合考虑已有的文献资料,并结合工程实际情况,笔者关于自收缩的定义如下:(1)自收缩(autogenous shrinkage )是指浇筑成型以后的混凝土在密封条件下表观(apparent )体积(或长度)的减小,它不包括因自身物质增减、温度变化、外部加载或约束而引起的体积(长度)的变化.(2)化学减缩(chemical shrinkage )指由于水化而引起的混凝土绝对(abs olute )体积(或长度)的减小.(3)凝缩(settlement shrinkage )指在密封条件下混凝土从浇筑成型以后直到凝结开始时(塑性阶段),由于化学反应、沉降等因素所引起的表观体积(或长度)的减小.(4)自干燥收缩(self 2desiccation shrinkage )指混凝土结构形成以后,由于化学减缩消耗了内部水分,使混凝土内部相对湿度下降,混凝土表观体积(或长度)发生减小的现象.同样它也不包括因自身物质增减、温度变化、外部加载或约束而引起的体积(或长度)的变化.38 第1期田 倩等:高性能混凝土自收缩测试方法探讨 48建 筑 材 料 学 报第8卷 本文所采用的定义具有下述特点:(1)与目前我国学者所公开发表的的文献比较,本文的定义将自收缩与自干燥收缩区别开来,即自干燥收缩是指在混凝土结构形成以后的自收缩.(2)与JCI的自收缩定义比较,本文的自收缩包括了初凝以前的变形.(3)与RI LE M TC181-E AS的自收缩定义比较,本文的定义不包括因自身温度变化而引起的变形,即不是指在绝热条件下的收缩.这样定义的目的是为了避免温度变化对水化过程的影响.(4)化学减缩是指绝对体积的减小,而自收缩是指表观体积的减小.所谓的“表观”与“绝对”是针对水泥基材料硬化后的多孔结构特点而言.在混凝土结构形成以前,化学减缩与自收缩基本等同,在混凝土结构形成以后则化学减缩部分以形成内部空孔的形式来体现,其在绝对数值上要远大于所测试出来的自收缩(表观体积)值.(5)所定义的凝缩与引起早期塑性开裂的塑性收缩不同.前者是在密封条件下测试的,起源于早期水化反应及沉降;而后者是在干燥条件下测试的,除了起源于水化反应及沉降外,还起源于早期水分的蒸发.2 混凝土自收缩的测试2.1 国内外学者采用的自收缩测试方法由于水化作用的效应,水泥基复合材料自加水开始即存在着收缩,因此理想的测试方式应当是自加水拌合成型之后便立即进行.就这一点而言,体积法测试方式具有明显的优势,即采用密封橡胶袋可以测试出自加水搅拌成型开始后的自收缩.这种方法的缺点在于搅拌过程中吸入的空气和成型后的泌水可能存在于橡胶袋与水泥浆之间,并且由于水泥水化作用的继续进行有可能重新吸入水泥浆内部,因此测试结果并不仅仅是表观体积的减小,还包含了部分由于化学减缩而形成的空隙.由于化学减缩要远远高于表观体积的减小,因此给测量造成了很大的误差.此外,橡胶袋的渗透性也可能引起测量误差[11].线性式的测量方式由于测试点相对固定,因此受泌水的影响相对较小.但也有文献资料报道泌水后的回吸可能会减小自收缩,甚至导致早期水泥浆(混凝土)膨胀[12].另外,线性测量只能从混凝土结构形成开始,也就是其只能测试自干燥收缩值.但是对一个由塑性阶段向弹塑性阶段转变的系统要想作出客观的划分并不容易,通常只能粗略地以传统的凝结时间(初凝)为测量基准时间.更加科学的方法是在初凝之前即测试变形,同时测量相应约束试件的内部应力,并以约束试件产生内部应力的时间点作为零点来进行校正.这种方法至少可以保证测出1个可以承受外部应力的固体体系的变形.此外,早期的水泥浆结构非常脆弱,难以克服试模表面的摩擦而易受约束的影响.由于集料可能会损坏橡胶袋,因此体积法的测量方式显然不适用于混凝土.通常是采用线性测长的方式进行测量,试件多用棱柱体或是圆柱体.Bjontegaard(1999),M orioka(1999),Lokborst(1998), H olt&Leiv o(1999),Jensen&Hansen(1997)等[13]均在测试方法上进行了改进(见图1).总结起来,主要有以下几点:(1)传感器.除了千分表外,通常采用的传感器有埋入式电阻应变计、电位器式传感器LVDT、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式位移传感器、激光位移传感器等.位移传感器(如电涡流式位移传感器)内部都包括可动部分和固定部分.可动部分(如电位器的滑臂、电感式传感器的活动衔铁、电容式传感器的动极板、电涡流式位移传感器的金属板、霍尔传感器的霍尔片等)随被测运动物体运动,而固定部分则与运动参照点保持相对静止.这样,位移传感器内可动部分相对于固定部分的位移也就是被测物体相对于运动参照点的位移.埋入式电阻应变计必须等到混凝土与应变计之间具有一定的粘结强度时,才能保证仪器与混凝土之间的协同变形,因此通常也必须等到混凝土硬化以后才可测试.此外,由于传感器无法反复使用,因此测试成本昂贵.接触式传感器(如LVDT)测试精度高,稳定性好,但是因为是接触式测量,因此也必须待混凝土结构具有一定的强度之后才能进行.近年来非接触式的传感器,如激光位移传感器和电涡流式位移传感器因为测试点与试件无需接触,使测试时间的提前成为可能,因此在一些测试方法中得到应用.(a )M easuring system with m ovable end plates(40mm ×40mm ×160mm specimen ,M orioka (1999)(c )M easuring system with horiz ontal cast 2in bars (unit :mm )(150mm ×150mm ×1000mm beam ,Lokborst (1998)(b )M easuring system with flexible tubes(Φ100mm ×375mm specimen ,Jensen &Hansen (1997)(d )M easuring system with horiz ontal cast 2in bars (270mm ×270mm ×100mm beam ,H olt &Leiv o (1999)图1 有关文献中采用的早期混凝土自收缩测定装置Fig.1 Measurements apparatus of concrete autogenous shrinkage at early age in the references [13] (2)模具.模具分为可拆卸式和密封式.通常在混凝土硬化以前使用的成型模具均不拆除,因此对所用模具必须考虑其密封性与内表面的约束力.聚四氟乙烯材料在固体材料中具有最小的摩擦系数,因此被用来作为内衬板.柔性的聚氯乙烯塑料薄膜提供最里面的一层密封,同时可以降低混凝土对衬板的吸附,从而降低约束力.Jensen &Hansen 设计了1种与CT1Digital Dilatometer 类似的混凝土自收缩测量装置,该装置采用Φ100mm ×375mm 的柔性塑料波纹管作为模具.但是由于采用竖向测量,因此该方法不能排除材料自重的影响.(3)温度的干扰.减小温度干扰的一种方法是在测试混凝土变形的同时也测试温度,然后假定1个混凝土的温度线膨胀系数.由于硬化混凝土的温度线膨胀系数只在1个较小的范围内波动,而塑性阶段的混凝土温度线膨胀系数无法测得,因此这样做也可能给测试结果带来误差.另一种方法是对模具进行夹层保温处理(如K oenders 在1997年设计的Autogenous Deformation T esting Machine (ADT M ),其模具的夹层有温度可以调节的水流通道),以此来提供一种近乎绝热的环境.但是该法有可能因水化引起的温升而促进水化的进程,同时也会引起试件发生膨胀.2.2 笔者采用的自收缩变形测试方法及结果验证2.2.1 混凝土的凝缩及1d 以前的自干燥收缩综合考虑早期混凝土的变形特点及文献中已有自收缩测试设备的优缺点,笔者自行设计了混凝土早期自收缩的测试系统,见图2所示.与文献所述的自收缩测试设备比较,笔者所设计的系统具有以下特点:(1)将凝缩和自干燥收缩测试区分开来58 第1期田 倩等:高性能混凝土自收缩测试方法探讨 图2 笔者自行设计的早期混凝土自收缩测试系统Fig.2 Measuring system of autogenous shrinkage for early 2age concrete designed by the authors1———N on2contact sens or ;2———P olytetrafluoroethlene liner ;3———S teel m ould ;4———T em perature sens or ;5———M arble plate ;6———AD trans former ;7———C om puter acquisition and analysis system 由于混凝土结构仍未形成,其塑性阶段的收缩只能以体积减小的形式体现,而当模具的横向尺寸一定时,也就只能以竖向长度的减小来体现,因此塑性阶段的自收缩只能以竖向测长的方式进行.然而塑性阶段的自收缩测试过程中还包含了由于重力作用而引起的沉降收缩,因此真实测量的塑性阶段的自收缩应当是凝缩.一旦混凝土结构形成,自干燥收缩便开始.混凝土结构形成以后,试件在纵向和横向上均存在收缩,同时结构的形成带来了收缩和约束之间的矛盾.模具的约束、重力的影响对于早期自干燥收缩的测试而言都是必须考虑的问题.本文就侧模及重力对自干燥收缩的影响进行了专门的研究,试验结果如图3所示.图中“竖向自由”是指在混凝土初凝以后拆除侧模,只保留底模而测出的竖向(与重力一致的方向)长度变形;“竖向约束”是指在混凝土初凝以后保留侧模与底模而测出的竖向长度变形;而“横向收缩”表示在混凝土初凝以后拆除侧模,只保留底模而测出的横向(与重力垂直的方向)长度变形.由图3可见,在去除侧向约束的条件下,竖向收缩大约是横向收缩的3倍,因此重力的影响不容忽视;在垂直方向有侧向约束条件下的收缩大约只有无侧向约束时的一半,因此早龄期的模具约束对于收缩测试结果也有很大的影响.图3 模具约束及测试方向对早期自干燥收缩的影响Fig.3 In fluence of the m ould restriction and the measurement direction on initial self 2desiccation shrinkage (2)模具对于凝缩试件采用内衬3mm 聚四氟乙烯板材且底座可拆卸的中空圆柱形钢管模具.该模具内径Φ为98mm ,净高度500mm.混凝土模具内预放双层聚氯乙烯塑料薄膜,底座与钢管之间涂上密封黄油.混凝土拌合好后即可装模.加水拌合后0.5h 开始测试初始值.对于1d 以前的自干燥收缩试件,将传统的100mm ×100mm ×515mm 的收缩试模加以改造:底模衬以2mm 聚四氟乙烯板材,两端和侧模在混凝土初凝以后可以拆除.初凝后0.5h 开始测试初始值.综合起来,本文所采用模具的主要特点为:(a )采用这样的模具进行凝缩测试时不用拆模,可以避免拆模对早期混凝土的损伤.模具本身68建 筑 材 料 学 报第8卷 具有足够的刚度,在恒温恒湿的条件下,不会因混凝土的自重而产生额外的变形.(b )采用具有自润滑特性的聚四氟乙烯板材内衬板与双层聚氯乙烯塑料薄膜可有效减轻模具表面对早期混凝土的约束.(c )试件的顶端与底部采用聚氯乙烯塑料薄膜与自粘性铝箔复合密封的方式,易于操作且能够有效防止早期水分的蒸发.(3)非接触式测试传感器使用了美国DA LLAS 公司生产的集成一线式温度传感器,其测量分辨率为0.0625℃.测试时试件内部均预先埋置温度传感器.采用德国米依公司的multiNC DT 300精密型传感器,其主要技术参数为:测量范围1mm ,线性度0.2%,分辨率0.01%;传感器温度范围:-50～150℃,温度稳定性0.02%Π℃(10～90℃).该传感器具有以下优点:(a )对油污、尘埃、湿度、干扰磁场不敏感,特别适用于恶劣的工业环境;(b )带有温度补偿的方式,具有足够的精度和很好的稳定性;(c )非接触的测长方式避免了对早期混凝土的损伤以及传感器测头与早期混凝土试件之间的相对位移.传感器的固定端需要与混凝土连成一体,且与混凝土同步变化.本文根据早期混凝土的收缩特点,分别对用于凝缩试件和自干燥收缩试件测试的传感器的固定端进行处理,如图4(a ),(b )所示.图4 非接触式测试传感器固定端示意图Fig.4 Fixation part of the non 2contact sens or 测凝缩试件传感器的固定端采用了带泡沫塑料的铁片,这有效避免了在塑性阶段铁片的沉降,消除了固定端与被测物件之间相对位移所带来的测试误差,使得混凝土的测试可以从浇筑成型后即便开始.(4)实现了计算机自动控制和多路传感器频率信号的实时采集在系统计算机方面编制了专门的通信测量软件,其作用是根据测量的要求,给前端单片计算机发送测量指令,并将测量结果取回来进行分析和计算.分析和计算工作主要是在EXCE L 电子表格中完成的.采用VBA 编制了实现特定任务的“宏”,可以在任何需要的时候分析所测得的数据.另外还编制了任务程序,它能在规定的时间内执行所要求的工作,从而实现了全天无人值守式的多点测量.(5)避免泌水的影响高性能混凝土的一个重要特征即是高工作性,然而掺合料以及超塑化剂的掺入在增大材料流动性的同时,也增加了泌水的趋势.泌出的水分不管是对水泥浆还是对混凝土早期的自收缩均有影响,甚至会引起早期膨胀.本文在查阅现有文献资料的基础之上,采用了一种新型的阴离子多聚糖高分子增稠剂(VA ),它可以在基本不影响材料流变性的前提下消除水泥基材料的表面泌水(见图5(a )).另外,在一定掺量范围内,VA 对于后期混凝土自收缩(成型1d 以后开始测试)基本没有影响,如图5(b )所示.2.2.2 混凝土1d 以后的自干燥收缩对于长龄期的自收缩测试,保障测试仪器的稳定、试件的密封以及环境温湿度的有效控制是关键.硬化混凝土长龄期的收缩随时间发展速度相对早期要慢,且稳定时间长,而目前已有的电子传感器技术很难解决长时间的飘逸问题.机械式的千分表就这一点而言具有明显的优势,因此设计了专用的立式千分表来测量1d 以后的混凝土自收缩.采用100mm ×100mm ×515mm 的收缩试模,内衬双层PVC 塑料薄膜.试件一端埋有不锈钢钉头,成型后将其表层盖住,1d 后拆模.拆模后78 第1期田 倩等:高性能混凝土自收缩测试方法探讨 (a )Rehological characters (m w Πm c =0.3,paste)(b )Autogenous shrinkage (m w Πm c =0.2,paste )图5 增稠剂(VA )对水泥浆泌水及自收缩的影响Fig.5 E ffects of thickening agent (VA )on the rehological characters and autogenous shrinkage of cement paste图6 1d 以后的自干燥收缩测试Fig.6 Measurement of the autoge 2nous shrinkage after 1d 将试件表面涂上石蜡,再放入110mm ×110mm ×550mm 的方形铁皮桶内,并以液体石蜡填充密封空余部分(见图6所示).测试环境温度为(20±2)℃,相对湿度(60±5)%.2.2.3 采用自行设计系统所测试的试验结果验证假定混凝土的温度线膨胀系数为10×10-6℃-1,则在龄期t (加水拌合0.5h 开始计时)时混凝土的凝缩率εv t (10-6)为εv t =106×[(l 0-l t )Π498+(T t -T 0)×10×10-6] (1)式中:l 0,l t 分别为测试初始时刻及龄期t 时试件的长度(mm );T 0,T t 分别为测试初始时刻及龄期t 时试件的温度(℃).在龄期t (初凝0.5h 开始计时)时混凝土的自干燥收缩率εH t (10-6)为εH t =106×[((l01-l t 1+l 02-l t 2)+2×15(T t -T 0)×10×10-6)Π480+(T t -T 0)×10×10-6](2)式中:l 01,l 02分别为测试初始时刻试件两端传感器的读数(mm );l t 1,l t 2为龄期t 时试件两端传感器的读数(mm );T 0为测试初始时刻的温度(℃);T t 为龄期t 时的温度(℃).每批成型3个试件.如果3个试件的测试值与平均值的偏差小于15%,则取3个试件的平均值作为测试结果;如果3个试件中有1个测试值与平均值偏差大于15%,而另外2个测试值偏差未超过15%,则取另外2个测试值的平均值作为测试结果,否则试验视为失败,需要重新进行.图7是采用自行设计系统所测试的1组混凝土的早期自收缩数值,其中A 和B 为不同时间配制的相同配比的混凝土试件.由图可见,采用自行设计系统可以测出浇筑成型开始时的混凝土自收缩值.测试结果表明:所用的混凝土在初凝以前的凝缩速度最快,凝缩超过700×10-6.随着混凝土的凝结,混凝土结构形成,凝缩的速度开始减慢;在初凝与终凝之间自干燥收缩发展较快.随着混凝土终疑,图7 采用自行设计系统所测试的一组混凝土的早期自收缩Fig.7 Autogenous shrinkage of concrete mixture before 1d with the measuring system designed by the authors88建 筑 材 料 学 报第8卷 结构进一步增强,自干燥收缩的速度减缓.A 和B 试件所测试出来的混凝土早期自收缩变化规律与大小相当吻合,这表明该测试方法具有很好的重复性和可靠性.3 结论本文在总结现有的国内外自收缩的定义及测试方法的基础上,提出了自己的观点,并开发了一种新的自收缩测试方法.与已有的定义及测试方法相比较,本文主要具有以下特点:1.明确了自干燥收缩与自收缩定义的区别与联系.自干燥收缩是由自干燥而引起的收缩,是在混凝土结构形成以后才表现出来的;而自收缩则从混凝土成型以后即便开始.2.明确了自收缩(表观体积的减小)与化学减缩(绝对体积的减小)定义的区别与联系.混凝土结构形成以前的自收缩可以近似于化学减缩,而混凝土结构形成以后的自收缩要远小于化学减缩.3.自收缩以及自干燥收缩均不包括因水化引起自身温度变化而产生的变形.4.侧模约束及重力对早期自干燥收缩的影响不容忽视.5.采用的高分子增稠剂可以在基本不影响混凝土流变性的前提下,减小甚至消除泌水,并且在一定掺量范围内对后期自收缩的测试结果基本没有影响.6.根据混凝土的自收缩发展规律,可以分阶段测量:采用立式测量方式和非接触传感器可使凝缩测试初始时间提早到浇筑成型后即开始;采用横向测长方式和非接触传感器可测试1d 以前的自干燥收缩;采用立式千分表可测试1d 以后的长龄期自收缩.自行设计的早期自收缩测试系统可有效避免模具的约束及外界震动的干扰,测试过程中毋须拆模及搬动试件,并实现了数据的自动化采集及分析.该系统的试验结果具有很好的重现性,且测试结果与定义相一致.参考文献:[1] H O LLAND T e of silica 2fume concrete to repair abrasion 2erosion damage on the K izna Dam S tilling Basin[A].Proceedings of the Sec 2ond International C on ference on Fly Ash ,S ilica Fume ,S lag and Natural P ozz olans in C oncrete (SP -91)[C].Detroit :American C oncrete Institute ,1986.841-863.[2] BAROG HE L 2BOUNY V ,A l ¨tcin P C.Preface[A].International RI LE M W orkshop on Shrinkage of C oncrete 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高 性能混凝 土 的研究 是 当今 国 际土木工 程界最 为热 门的课 题之 一 ， 常采取 降低 水胶 比、 通 选用 优质
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文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：０６—８９ （０７０ —０５ —０ １０ ９６２０ ）２ ０２ ５
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关键词 ： 高性能 混凝 土 ； 自收 缩 ； 形成机 理 ； 对 湿度 ； 相 测试
中图分 类号 ：Ｕ ２ Ｔ５８
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第２ ５卷
第 ２期
青 海 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
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高 性 能 混 凝 土 的 自收 缩及 测 试 方 法探 讨
黄利 频 刘海峰 ２ ，
（． １福州大学土木建筑 工程学院 ， 福建 福州 ３００ ； ． ５ ｏ２ ２青海建筑职业技术学院 ， 青海 西宁 ８０ １ ） １ ２ ０
摘要 ： 在研 究 了国 内外相 关 文 献 资料 的基础 上 ， 高性 能 混凝 土 自收 缩 的 定义 、 成机 理 和 测 对 形 试 方法提 出 了 自已的观 点 。在 定 义上 ， 明确 了高性能 混凝 土 自收 缩 产 生的 时 间、 与其他体 积 变
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