体积稳定性对混凝土耐久性的影响及控制_陈德鹏
建筑工程中的大体积混凝土结构施工技术陈鹏
建筑工程中的大体积混凝土结构施工技术陈鹏发布时间：2021-08-09T08:50:31.129Z 来源：《基层建设》2021年第15期作者：陈鹏[导读] 近年来我国科技水平的提升，建筑行业的施工技术在不断的提高。
大体积混凝土施工不断成为我国现代房屋建筑工程中的重要技术应用环节北京城建八建设发展有限责任公司北京市 100000摘要：近年来我国科技水平的提升，建筑行业的施工技术在不断的提高。
大体积混凝土施工不断成为我国现代房屋建筑工程中的重要技术应用环节，混凝土施工质量优劣直接影响到建筑工程整体结构的正常使用寿命。
因此，在现代房屋建筑工程大体积混凝土施工实施温度、振捣、养护等一系列技术措施控制手段，在复杂的环境中有效实现大体积混凝土质量控制。
本文就建筑工程中的大体积混凝土结构施工技术展开探讨。
关键词：房屋建筑；工程项目；大体积混凝土；技术引言众所周知，目前我国国内城市化建设的步伐不断加快，这样也就直接加剧了城市建设用地紧张，修建高层建筑项目，应当要根据高安全性、高技术性的混凝土施工技术，其中大体积混凝土施工技术，就是最为重要的施工技术之一，因此在房屋建筑工程施工过程中，注重对该项技术展开研究，往往也就显得极为重要。
进一步分析可知，随着经济水平的不断发展，在房屋建筑工程建设项目中，该项技术的应用，越来越具有普遍性特点。
1大体积混凝土的主要特征目前，工程项目开展中所采用的大体积混凝土施工工程，是一种施工建设横断面尺寸超出1m的混凝土结构工程。
在实际施工作业过程中，要采用先进的施工技术有效控制混凝土的材料温度，同时，在混凝土浇筑过程中充分散热，以保障在混凝土浇筑过程中不会出现较大内外温度差。
其次，加强对混凝土裂缝处理，以保障混凝土不受温度影响，避免出现大面积裂缝问题。
大体积混凝土浇筑相较于传统混凝土施工有着自己的特征，一些大型、高层建筑或是使用大型设备进行大体积混凝土浇筑的施工过程都具有较高要求。
如在高层建筑的箱型结构设计过程中，如果能避免施工缝的产生，就可以保证整个浇筑工作呈现出连续性。
混凝土的体积稳定性
混凝土的体积稳定性混凝土是一种广泛应用于建筑和基础设施领域的重要建筑材料。
然而，混凝土在使用中会受到很多不同的力和应力，导致其体积及变形产生变化，进而影响其强度和耐用性。
因此，混凝土的体积稳定性是一个非常重要的问题，需要我们深入研究。
混凝土的体积稳定性主要指的是混凝土在受到外力作用时，其体积保持不变的能力。
如果混凝土在使用过程中发生体积变化，会对建筑物的结构和功能产生严重的影响，甚至导致建筑物的破坏。
因此，混凝土的体积稳定性是保证建筑物结构安全的关键因素。
混凝土体积的稳定性受到多种因素的影响，其中最主要的因素是水泥胶体的缩胀和混凝土内部孔隙的变化。
水泥胶体缩胀是由于水泥中的水分在反应时会释放出热量，如果没有措施进行保护，则会导致水泥缩胀，从而影响混凝土的体积稳定性。
混凝土中的孔隙也是影响混凝土体积稳定性的重要因素。
混凝土中的大量孔隙会使其体积变化更加明显，从而影响其强度和耐久性。
为了保证混凝土的体积稳定性，我们需要在混凝土的制作和施工过程中采取一些措施。
首先，我们需要选择优质的水泥和骨料，这样可以提高混凝土的密实度，减少孔隙和缩胀。
其次，混凝土的制作需要进行充分的拌和和振捣，以确保混凝土中的各个组成部分充分混合。
同时，我们还需要注意混凝土的密实度，混凝土应该在施工过程中充分压实，以保证其密实度。
此外，我们还需要在混凝土表面涂上透气性好的涂层，使空气能够顺畅被排出，从而减少混凝土表面的开裂和脱落。
除了在制作混凝土时采取一些措施来保证其体积稳定性外，我们还可以在混凝土的使用和维护过程中进行一些措施。
首先，我们需要注意混凝土的水分控制，避免混凝土表面过干或者过湿，以避免混凝土开裂和脱落。
其次，我们需要对混凝土进行定期维护和检查，及时发现和解决混凝土表面的裂纹和缺陷。
总之，混凝土的体积稳定性是保证建筑结构安全和耐久性的关键因素。
我们需要在混凝土的制作和使用过程中采取一些措施，以保证其体积稳定性，避免影响建筑物的结构和功能，从而确保建筑物的长期安全。
混凝土抗裂与体积稳定试验研究
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｎ ｒｔ ａ ｔ ｃａ ｋｎ ｓ ｂｌ ；ｘ ｒ ｎａ ｔｄ ｙｗｏ ｄ ：ｏ ｃ ｅ； ｉ ｒｃ ｇ；ｔ ｉｔ ｅ ｐ ｉ ｅ ｎ － ｉ ａ ｉ ｙ ｅ ｍｅ ｔｌｓｕ ｙ
１ 试 验 材 料 及 方 法
１ １ 试 验 材料 的选 用 ．
程中产生裂缝 的原因又是多方面 、 复杂 的， 它涉及了 诸多环节 ， 如结构设计 、 原材料 的选用及配合 比、 施 工技术和混凝土养护等。由于每个环节中不稳定因 素的参差交错 ， 其共 同作用 的结果 导致 混凝 土工程 中的裂缝控制极其复杂多变。裂缝作为混凝土结构
ｅ ｈ ｓｚ ｓ ｔ ａ ｈ ｉ ｋ ｇ －ｅ ｕ ｉｇ ａ ｇ ｕ ｎ ｔ ｎ ｗ ｔ ｒｓ ｒ ｋ ｅ ｃ ｋ ｎ ｒ ｐ ｒ ｈ ｎ ｅ ａ ｄ ｖ ｌｍｅ ｓａ ｉ ｔ ｎ ｌｅ ｃ ｏ ｃ ｔ 。 ｍｐ ａ ｉｅ ｈ ｔｓ ｒ ａ ｅ ｒ ｄ ｃｎ ｇ ｌ ｔ ａ ｉ － ａｅ ｈ ｎ ａ － ｍｃ ｇ ｐ ｏ ｅ ｔ ｃ ａ ｇ ｎ ｉ ｏ ｉ ｇ ｉ ｙ ｎ ｏｕ ｔｂ ｌ ｙ ｉｆｕ ｎ ｅ ｏ ｃ ｎ ｒ ｅ ｉ ｆ ｅ ｗ ｉ ｈ ｉ ａ ａｙ ｉ ｄ ｉ ｈ ｓｅ ｐ ｒｍｅ ｔ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｕ ｔ ｐ ｏ ｅ ｔａ ｈ ｉ ｋ ｅ ｒ ｄ ｃｎ ｇ ｌ ｔ ａｉ ｎ ｗａｅ ａ ｏ ｄ ｉ ｒ ｖ ｈ ｈ ｃ ｓ ｎ ｌｓｓ ｔ ｉ ｘ ｅ ｅ ｎ ｉ ｎ． ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｒｓ ｌ ｒｖ ｈ ｔｓ ｒ ａ － ｕ ｉ ｇ ａ ｇｕ ｎ ｔ — ｔｒ Ｃ ｇ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｉ ｓ ｎ ｇ ｅ ｉ ｏ ｎ
外掺料 ： 减缩凝水溶基 ＪＰ— ； Ｌ ＸＩ 减水剂减水 Ｉ
体积稳定性对中低强度混凝土高性能化的影响分析
度最终将逐渐降至环境温度 ， 混凝土 内部就会产生
温度梯 度及 温度 收 缩应 变 ， 一旦 超 过 混 凝 土 的抗 拉
２ 体积稳定性及其 对混凝 土开裂 和耐
久 性 的影 响
分析高性能混凝土的定义， 无论是美 国学者 的
观 点 ， 是 日本学 者强 调 的重点 ， 还 均认 为高 性能 混凝
文 章 编 号 ：０ ９—９４ （０ １ Ｏ ０ １ ０ １０ ４ １２ １ ）８— ０ １— ４
体积稳定性对中 低强度混凝土高性能化的影响分析①
口 口 黄 学 军 （ 马鞍 山建 设 工程 质量 检测 中心 ， 徽 马鞍 山 ２ ３ ０ ） 安 ４ ００
摘 要： 近年来 ， 高强高性 能混凝土 的研 究取得 了很 大进 展。
在 硬化 阶 段 具 有 足 够 的 强 度 和 耐 久 性 ” 因此 ， 。 认
为 高强 混凝 土 就 是 高 性 能 混 凝 土 的 观 点 是 不 准 确
① 基 金项 目： 住房 和城 乡建设部 ２ １ ０ ０年科学技术计划项 目（ ００一Ｋ ２１ ４—２ ） ７
建 材技术 与 应用
８ ２ １ ／０ １
保 持其 初始 形状 几 何 尺 寸 的能 力 。从 广 义 上讲 ， 各 种能够 引起 混凝 土 体积变 化 的 因素 都将 影 响到混 凝 土 的体 积稳 定性 。混 凝 土体积 稳定 性 的具体 表现 形 式有 温度 变形 、 干湿 变形 、 自收缩及 塑性 收缩 等 。
混 凝 土体积 稳 定性 的好坏 表现 在环 境 中混凝 土
的使用性及耐久性 。混凝土结构在 正常使用环 Ｊ 境 中 ， 度应 力在 特 定 情 况下 可能 是 混 凝 土结 构 失 温 效的关键因素 ， 尤其是对于大体积混凝土 ， 正确评价
混凝土耐久性的影响因素及保障措施
严 格 控 制混 凝 土 的密 实 性和 均 匀 性 ③振 捣 以表 面 泛 浆 或 不 冒大 气 泡 为 准 ， 振 捣 时 间 般 控 制在 半 分钟 以内 ， 避 免 过振 ， 混 凝 土 较粘稠时， 应加 密 振点 分 布 ， 分 层 浇筑 连 接 部 位 的混 凝 土应 该 重 点 振 捣 ， 应 经 常 检 查 模板接缝密合情况及其支撑稳定性 ， 不 得 碰 撞 钢筋 、 模板 、 预埋 件 等 ④好 的 养护 是 控 制 温差 、 干缩 等裂纹 的有效措施 ， 反 复 收 光、 抹平 、 压 实混 凝土 ， 初 凝 后 要 派 专 人 及 缩应力 ， 改 善 混 凝 土 耐 久 性 ③ 选 用 级 配 合 时 覆盖 或 洒 水 进 行 养 护 ， 可 有 效 防止 早 期 理、 质地 均 匀 的细 骨料 ， 宜选 用 含 泥量 小 于 干 缩 裂纹 的发 生 ⑤混 凝 土结 构 及 构件 宜 整 ２ ． ０ ％、 泥块 含量 小 于 ０ ． ５ ％、 坚 固性 小 于５ ％ 体浇筑 ， 当必须留施工缝 时， 其位置及做法 的天 然 中粗 河砂 ， 细 度模 数 在２ ． ８ 至３ ． １ ； ④ 不得危 害。 粗 骨 料 的最 大公 称粒 径 不大 于 ３ １ ． ５ ｍｍ ， 且 ３ ． 成果 与 问题 不宜超过钢筋保护层厚度的２ ／ ３ ， 不得超过 通过精心选材 、 优 化 设 计 和 加 强 施 工 钢 筋 最小 间距 的 ３ ／ ４ ， 并适 当提 高 粒 形及 级 管理 等 保 障措 施 ， 该 项 目地 下 室 外 墙 混 凝 配 参 数 ⑤砂 石 和 水泥 之 间 的结 合程 度 也 会 土耐 久 性 得 到 了较 好 的保 障 ， 目前 已完 工 影 响 到耐 久 性 ， 当石 子 和 混 凝 土 弹 性 模 量 年有余 ， 经 受 了夏 季 雨 水 和 冬 季 冻 融 双 差别 较大 时 ， 在水 泥 水 化减 缩 和温 度 、 湿 度 重 考 验 ， 尚未 发现 任 何 问题 ， 且该 项 目已顺 变化 时 ， 二 者 变形 不一 ， 界 面会 产 生微 裂 缝 利通 过 北 京 市 “ 结构长城杯” 金 奖验 收 。 通 ⑥ 引 气剂 可 优化 混 凝 土 气 孔结 构 ， 隔 断 或 观 我 国建 筑 产业 混凝 土生 产现 状 ， 在 耐 久 堵塞 混凝 土各 种 孔 隙 、 裂缝、 渗水 通 道 等 ， 性方面 ， 还 普遍 存 在着 如 下问 题 ， 需要 广 大 改善 密实 度 和 抗 渗 性 。 同 仁 继 续探 讨 和 解 决 。 ２ ． ２ 设计 方面 ①理 论 上 ， 混凝 土 强 度 愈 高 结 构 愈 密 ①选 择 合 理 的 结 构 类 型 和 构 造 措 施 ， 实， 抵抗 环 境 介质 腐 蚀 的 能力 愈 强 ， 耐久 性 不形 成侵 蚀 物 质 停 留 区 ， 构 件 截 面 积 与 表 也愈 好 。 而 事 实上 不 尽其 然 ， 强度 越 高就 需 面积 应 具有 合 适 比例 ， ②宜 设 滴水 沟 ， 防止 要 较多 水 泥量 并提 高水 泥 标号 ， 水化 剧 烈 、 雨水 从 构 件侧 面 流 向底 面 ； ③应 加 强通 风 ， 放 热量 大 、 放热速度加快 ， 砼 自生 收 缩 、 干 避免 过高 的局 部 潮 湿和 水 气 聚积 ； ④构 件 燥 收缩 、 温度 收 缩作 用 强 烈 ， 产生 的拉 应力 的 应 力状 态 和 大小 ， 会很 大程 度 上 影响 混 导致 混 凝 土开 裂 ， 为冻融、 化 学侵 蚀 及 碱骨 凝土 的渗 透性 以及 和 活性 介 质相 互 作用 的 料反应等提供了条件 ， 耐久性 降低在所难 速度 ， 在 弹性 应变 范 围 内 ， 材 料 的受 压 和受 免 。 可见 ， 一 味追 求 混 凝 土的 高 强 也会 给耐 拉都会引起结构的孔隙、 毛细 管 和 裂 缝 发 久 性 带 来 负 面 影 响 。 ② 较 好 的 流 动性 实 现 生可逆变化 ， 在 弹 塑性 区 也 影 响 材料 的显 了混凝 土 的 泵送 和 高 抛 ， 方便 了施 工 工 艺 ， 微结构和多孔结构 ， 所 以要 加 强混 凝 土 的 但 好 的 流 动 性 需 要 较 多 的 水 泥 和 水 ， 而这 密 实性 ； ⑤要 保证 混凝 土 构件 配 筋 布置 ， 宜 正 是 导 致 混 凝 土 收 缩 裂 缝 的 一 个 重 要 因 使 迎 水 面 保 护 层 适 当加 厚 ， 如 本 项 目做 到 素 ， 在运 输 、 浇 捣 过 程 中均 易 发生 离 析 、 沉 了６ ０ 毫米 ； ⑥涂 履 涂 料将 混凝 土 同周 围介 降 、 泌水 现 象 ， 从 而在 骨 料和 水 泥 浆 的界 面 质隔离 ， 如 本 项 目采 用 了 水 泥 基 渗 透 结 晶 以 及 钢 筋 与 混 凝 土 的 界 面 形 成 薄 弱 过 渡 防水 涂 料 和 沥 青 涂 料 ， 在 混 凝 土 表 面 形 成 区 ， 混凝土硬 化后 ， 形 成 大 量 孔 隙和 微 裂 憎水层， 具有 良好 的 防腐 蚀 及 抗水 性 ； ⑦掺 缝 ， 最 终导 致 混凝 土 结 构耐 久 性 降低 。 ③科 人 们对 施 工快 速 、 早 强 人 钢 纤维 ， 能显 著 提高 混 凝 土抗 弯 、 抗拉 强 技高 度 发展 的今 天 ， 的追求 ， 导 致 了水 泥 标 号 高 、 细度大、 用 量 度 及 断裂 韧 性 ， 有效防止裂缝发生。 ２ ．
混凝土中的体积稳定性控制方法
混凝土中的体积稳定性控制方法一、引言混凝土是一种常用的建筑材料，在建筑工程中使用广泛。
然而，混凝土在施工过程中容易出现体积稳定性问题，如收缩、膨胀等。
这些问题会影响混凝土的强度、耐久性和使用寿命。
因此，实施有效的体积稳定性控制方法对于保证混凝土的质量至关重要。
二、混凝土的体积稳定性问题及影响1.混凝土的收缩问题混凝土在硬化过程中会发生收缩，主要有两种类型：干缩和水泥基材料的自由收缩。
干缩是由于混凝土中的水分蒸发而导致的，而自由收缩是由于水泥基材料的水化反应而引起的。
收缩问题会导致混凝土中的应力增大，从而引起裂缝的产生，进一步影响混凝土的强度和耐久性。
2.混凝土的膨胀问题混凝土在潮湿环境下容易发生膨胀，主要是由于混凝土中的氢氧根离子吸收了水分而引起的。
膨胀问题也会导致混凝土中的应力增大，从而引起裂缝的产生。
3.混凝土的体积变化对混凝土性能的影响混凝土的体积变化会影响混凝土的强度、耐久性和使用寿命。
收缩和膨胀问题都会导致混凝土中的应力增大，从而引起裂缝的产生。
裂缝会加速混凝土的老化和腐蚀，降低混凝土的强度和耐久性。
三、混凝土的体积稳定性控制方法1.控制混凝土的配合比混凝土的配合比是指混凝土中水、水泥、骨料和掺合料的比例。
通过控制混凝土的配合比，可以减少混凝土中的水分含量，降低混凝土的收缩和膨胀问题。
同时，适当加入掺合料，如粉煤灰、矿渣粉等，可以改善混凝土的性能，减少混凝土中的水泥用量，进一步减少混凝土的收缩和膨胀问题。
2.控制混凝土的硬化速度混凝土的硬化速度与温度有关。
在施工过程中，可以通过降低混凝土的温度，减少混凝土的硬化速度，从而减少混凝土中的收缩和膨胀问题。
此外，可以在混凝土中加入缓凝剂，如葡萄糖、酵母等，控制混凝土的硬化速度。
3.控制混凝土的养护条件混凝土的养护条件对混凝土的体积稳定性有很大的影响。
在养护过程中，应保持混凝土的湿度和温度稳定，防止混凝土中的水分过早蒸发，从而减少混凝土的收缩问题。
混凝土硬化体积稳定性评定标准
混凝土硬化体积稳定性评定标准一、前言混凝土硬化体积稳定性评定标准是指对混凝土硬化后在不同环境条件下体积变化的评定标准，是混凝土质量的重要指标之一。
本标准制定的目的是为了保证混凝土硬化后的体积稳定性，以确保混凝土的耐久性和使用寿命，同时也是为了保证建筑物的安全性能。
二、术语和定义1. 混凝土硬化体积稳定性：指混凝土在硬化后，在不同环境条件下的体积稳定性。
2. 体积变化率：指混凝土在不同环境条件下，体积的变化量与初始体积的比值，通常以百分数表示。
3. 吸湿膨胀率：指混凝土在吸湿后的体积膨胀量与初始体积的比值。
4. 干缩率：指混凝土在干燥后的体积收缩量与初始体积的比值。
5. 总体积变化率：指混凝土在不同环境条件下，吸湿膨胀率与干缩率之和。
三、评定方法1. 试样制备试样应采用标准方法制备，并在规定的时间内进行养护。
2. 试验条件试验应在相对湿度为50%至80%、温度为20℃±5℃的条件下进行。
试验前应将试样放置在试验室内至少24小时以达到室内湿度与温度的平衡。
3. 试验程序（1）吸湿膨胀试验将试样放置在相对湿度为95%的环境中，测定试样在规定时间内的体积变化率，计算吸湿膨胀率。
（2）干缩试验将试样放置在相对湿度为50%的环境中，测定试样在规定时间内的体积变化率，计算干缩率。
（3）总体积变化试验将试样先进行吸湿膨胀试验，然后将试样放置在相对湿度为50%的环境中，测定试样在规定时间内的体积变化率，计算总体积变化率。
四、评定标准1. 吸湿膨胀率混凝土的吸湿膨胀率应符合以下要求：（1）普通混凝土吸湿膨胀率不应超过0.5%；（2）高性能混凝土吸湿膨胀率不应超过0.3%。
2. 干缩率混凝土的干缩率应符合以下要求：（1）普通混凝土干缩率不应超过0.05%；（2）高性能混凝土干缩率不应超过0.03%。
3. 总体积变化率混凝土的总体积变化率应符合以下要求：（1）普通混凝土总体积变化率不应超过0.5%；（2）高性能混凝土总体积变化率不应超过0.3%。
混凝土的体积稳定性原理
混凝土的体积稳定性原理混凝土是一种常用的建筑材料，具有高强度、耐久性和可塑性等优点，广泛应用于建筑结构、基础和路面等领域。
混凝土的体积稳定性是指在受到外部荷载作用时，混凝土能够保持其初始体积不发生变化的能力。
本文将从混凝土的组成、材料特性、混凝土结构以及荷载作用等方面，探讨混凝土的体积稳定性原理。
一、混凝土的组成混凝土是由水泥、骨料、砂、水和掺合料等组成的一种复合材料。
其中，水泥是混凝土的胶凝材料，能够将骨料、砂等颗粒粘结为整体；骨料和砂是混凝土的骨架材料，能够承受外部荷载并向水泥胶凝体传递荷载；水是混凝土的溶剂，能够使水泥胶凝体和骨料、砂等颗粒混合均匀；掺合料是混凝土的辅助材料，能够改善混凝土的性能，如增加混凝土的流动性、延缓凝结时间等。
二、材料特性混凝土的材料特性对其体积稳定性有着重要的影响。
以下是混凝土常用材料的特性介绍：1.水泥：水泥的早期强度高，能够促进混凝土的早期凝结，提高混凝土的体积稳定性。
2.骨料：骨料的粒径应越小越好，能够使混凝土的骨架更加紧密，提高混凝土的体积稳定性。
3.砂：砂的粒径应适中，过细或过粗的砂都会降低混凝土的体积稳定性。
4.水：水的用量应控制在合理范围内，过多的水会导致混凝土的收缩，过少的水会导致混凝土的强度不足，影响混凝土的体积稳定性。
5.掺合料：掺合料的种类和用量应根据具体情况确定，不同种类和用量的掺合料会对混凝土的体积稳定性产生不同的影响。
三、混凝土结构混凝土的结构对其体积稳定性也有着重要的影响。
混凝土的结构可以分为胶凝体结构和孔隙结构两部分：1.胶凝体结构：胶凝体结构是由水泥凝结而成的，它的稳定性对混凝土的体积稳定性起着至关重要的作用。
当混凝土受到外部荷载作用时，胶凝体结构能够承担部分荷载，并将其传递给骨料和砂等骨架材料。
2.孔隙结构：孔隙结构是由混凝土中的空隙和气泡组成的。
混凝土中的空隙和气泡会影响混凝土的强度和密度，从而影响其体积稳定性。
孔隙结构中的空隙越小，混凝土的密度越大，体积稳定性越好。
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体积稳定性对混凝土耐久性的影响及控制陈德鹏1, 钱春香2(1.安徽工业大学建筑工程学院, 安徽 马鞍山 243002; 2.东南大学材料科学与工程学院, 南京 211189) 【摘 要】 在混凝土设计、施工与应用维护阶段,耐久性是主要考虑因素之一,体积稳定性不同于通常所认为的耐久性影响因素,是混凝土耐久性研究的热点问题。
混凝土体积变化(收缩或膨胀)不可避免的引起混凝土结构变形、开裂,使混凝土中扩散和渗透过程加剧,进而严重影响到混凝土的耐久性。
本文从混凝土体积稳定性的表现形式及其与耐久性的内在关系出发,探究体积稳定性对耐久性的影响及其作用机理,并探讨混凝土体积稳定性的控制指标及相关措施。
【关键词】 体积稳定性;耐久性;收缩;开裂;渗透性【中图分类号】 TU528.01 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001-6864(2009)02-0019-03 体积稳定性问题是现代混凝土中普遍存在的,而混凝土的体积变化难免会造成混凝土及其结构的变形、开裂,使混凝土的碳化、化学侵蚀、钢筋锈蚀等耐久性能劣化过程更容易进行,危害混凝土及结构的耐久性。
有必要对混凝土的体积稳定性进行分析研究,并从控制混凝土体积稳定性方面改善混凝土耐久性。
1 混凝土体积稳定性1.1 体积稳定性的诱因混凝土体积稳定性指混凝土硬化后在非荷载作用下保持其初始几何尺度的能力,能够引起混凝土体积变化的各种因素都改变混凝土体积稳定性。
而对于实际混凝土结构,混凝土的体积稳定性,主要表现为温度收缩、干燥收缩、自收缩及塑性收缩等变形,碳化和碱集料反应也影响到混凝土的体积稳定性。
引起混凝土各种变形的诱因主要有温度变化、水分(湿度)变化及化学反应,这种分类方法能够涵盖混凝土体积稳定性的各种变形。
另外,混凝土在外力作用下的体积变化主要是其在外力状态下力学变形(徐变等),不在本文混凝土体积稳定性的讨论之列。
(1) 温度变化。
引起的混凝土变形包括通常所谓的温度收缩和混凝土结构在使用环境中用的热胀冷缩,甚至冻融循环造成的混凝土体积变化。
温度收缩主要是混凝土内部由于水泥水化温度升高,而后期又冷却到环境温度时产生的收缩,其产生的原因在于温度变化;热胀冷缩是众多固体物质的基本性能,混凝土及混凝土结构在服役期间必然要受到环境温度变化的影响。
冻融循环破坏主要是混凝土内部孔隙水在发生冻融交替因水结冰体积膨胀及冰融化体积减小造成的犹如疲劳般的破坏。
(2) 水分(湿度)变化。
混凝土内部或表面的水分因蒸发、迁移或其它原因而失水或吸水而造成的混凝土变形可归类于水分(湿度)变化引起的变形,包括通常所谓的塑性收缩、干燥收缩、湿胀,低水灰比混凝土在水化过程中由于“自干燥”而造成的宏观体积的较小也可以归入此类。
塑性收缩基本上发生在混凝土搅拌后3～12h以内混凝土硬化之前,由于表面的水分蒸发速度大于混凝土内部向外的泌水速度而发生的收缩,主要诱因在于水分蒸发。
干燥收缩是混凝土停止养护后在不饱和空气中失去内部水分而引起的体积减小,主要诱因在于水分蒸发及浓度差引起的水分迁移;当然,在外部环境湿度高于混凝土内部湿度时,水分会由外向内部迁移使水泥凝胶体吸水而引起体积增加,也就是湿胀。
高强混凝土中非常重要的混凝土自收缩产生的根源在于水灰比较低,水泥硬化后未水化水泥继续水化时无外界水或水泥水化耗水速率大于周围补给水的迁移速率,混凝土因此而产生收缩变形。
虽然自收缩起因于水泥水化,但根本原因在于水分的缺乏引起毛细孔压力增大造成收缩。
(3) 化学反应。
本文中,因化学反应反应物和产物体积变化引起的混凝土体积变化通成为化学反应引起的变形,因此可以包括通常所谓的化学收缩、碳化收缩、碱集料反应膨胀等。
当然,碳化、冻融循环对混凝土的破坏不仅在于引起了混凝土体积变化,其非体积变化原因导致的混凝土耐久性降低更为重要。
化学收缩主要指的是在混凝土内水泥水化的过程中,水化产物的绝对体积比水化前反应物水泥和水的绝对体积之和相对减小带来的混凝土体积收缩,通常化学收缩的对体积变化的影响在施工过程中已经消除,对混凝土结构而言主要表现在影响混凝土内部孔隙。
碳化收缩是由于大气中二氧化碳与水泥中的水化产物发生化学反应产生碳酸钙、硅胶和游离水等而引起的收缩。
碱集料反应膨胀主要是因水泥等胶凝材料中的碱与集料中的活性氧化硅及白云质石灰19陈德鹏等:体积稳定性对混凝土耐久性的影响及控制岩等之间的反应而引起的局部膨胀。
1.2 体积稳定性与耐久性的关系随着混凝土科学的发展和工程结构对混凝土性能要求的提高,混凝土高强度很容易满足,混凝土的研究逐步聚焦于混凝土耐久性,高性能混凝土就是以耐久性为最终目标的。
分析高性能混凝土的定义,不管是美国学者认为的“易于浇筑、捣实、不离析、能长期保持高强、高韧性与体积稳定性,在严酷环境下使用寿命长”,还是日本学者强调的“高填充能力,在新拌阶段不需振捣就能完成浇筑;在水化、硬化的早期阶段很少产生由于水化热和干缩等因素而形成的裂缝;在硬化阶段具有足够的强度和耐久性”,不难看出,体积稳定性和耐久性都是高性能混凝土应该达到的基本标准。
而且,可以认为,高耐久性是高性能混凝土的最终目标,体积稳定性是混凝土高耐久性实现与否的重要影响因素,更是高性能混凝土的标志之一。
2 体积稳定性对耐久性的影响2.1 体积稳定性产生机理混凝土在热性能上呈现热胀冷缩性质,但同样是热的不良导体散热比较困难。
水泥水化热或者环境热温度变化使混凝土中的温度分布不均(温度梯度)而产生相应的温度变形,在结构被内外约束阻碍时,产生相当大的温度应力,对混凝土结构造成严重损害。
水分(湿度)变化引起的变形中,干燥收缩的产生主要是由于饱和的水泥浆露置于低湿度的环境中,水泥浆体中的水化硅酸钙因毛细孔和凝胶孔中水分蒸发而失去物理吸附水所引起的,湿胀则源于水泥凝胶体吸水引起的体积增加;塑性收缩发生在塑性状态混凝土中,由于表面失水速率超过了混凝土泌水的上升速率造成毛细管负压,新拌混凝土表面会迅速干燥而产生塑性收缩;自收缩是指在恒温绝湿的条件下混凝土初凝后因胶凝材料的继续水化而引起的自干燥而造成的体积减小,其形成机理与干燥收缩和塑性收缩类似,可以由毛细管张力说解释,因水分迁移使内部孔隙形成凹液面,在混凝土内部产生拉力从而产生收缩。
化学反应引起的收缩中,化学收缩主要是水泥四大组成矿物水化时都会发生不同程度的收缩;碳化收缩使混凝土经受碳化作用而产生的变形,与干燥收缩有本质的不同,但是相对湿度的函数;碱集料反应膨胀通常可由胶体吸水膨胀的肿胀理论或碱活性集料颗粒周围的水泥水化生成物起半透膜作用而产生渗透压的渗透压理论来解释。
将各种影响混凝土体积稳定性的因素综合起来从其内在原因进行考虑,可归结为热量、水分及化学离子在混凝土孔隙或孔溶液中的迁移而产生出现的驱动力(温度梯度、湿度梯度、浓度梯度),进而造成混凝土体积变化,在混凝土受到内部或外部限制时产生较大应力,超过混凝土极限抗拉强度时就会出现开裂对混凝土结构产生损失甚至破坏。
人们已经认识到,混凝土是一种多孔材料,而且混凝土的各种变形都与混凝土内部孔隙率及孔分布关系密切。
很明显,混凝土的多种变形是与水分损失、温度变化密切相关的。
可以认为混凝土变形的产生是材料的内部及表面温湿度状态的反映。
2.2 体积稳定性对耐久性的影响混凝土耐久性不足而造成破坏的主要因素有:冻融循环、碱集料反应、钢筋锈蚀、盐类侵蚀、酸腐蚀、淡水溶蚀浸析、碳化以及磨耗和冲蚀等机械破坏作用等。
据上文所述,影响混凝土体积稳定性的因素主要有温度变化、水分(湿度)变化、化学反应等三类,具体表现为温度变形、干燥收缩、湿胀、塑性收缩、自收缩、化学收缩、碳化收缩及碱集料反应等。
可以认为体积稳定性的产生机理在于热、湿及化学离子在多孔介质中与环境之间的迁移和扩散引起混凝土体积变化,混凝土体积稳定性的可通过收缩系数及热膨胀系数试验进行测试,也可以根据多孔介质中热质传输原理,在实验研究混凝土热物性能及湿物性能基础上,对混凝土体积变化进行数值模拟。
混凝土与环境之间的温、湿度变化及化学离子迁移、反应,形成温度梯度、湿度梯度及浓度梯度,使整体混凝土宏观体积和局部微观体积发生变化,混凝土内部出现应力,尤其是在混凝土结构中,混凝土受到内部或外部的约束作用,混凝土内部的应力更大、更不均匀,超过混凝土极限抗拉强度时就会出现开裂。
无论是钢筋锈蚀、化学腐蚀、冻融破坏还是碱集料反应,其破坏过程的发生都与混凝土材料的渗透性(水、气体和各种离子)密切相关,在混凝土中迁移的水是混凝土诸多破坏因素的载体,因此混凝土的渗透性是出现耐久性问题的症结所在。
因体积稳定性不良产生的裂缝,不论大小,都会使混凝土的渗透性大幅增加,也因此大大加速了各种劣化过程的发展,对混凝土耐久性极为不利。
体积稳定性对耐久性的影响就在于此,其理论影响过程可以表示如下:体积变化※内部应力※收缩开裂(超过混凝土极限抗力)※渗透性降低※相关劣化过程加剧※耐久性下降。
3 体积稳定性的控制3.1 体积稳定性控制指标温、湿度变化都是影响混凝土材料的体积稳定性的最重要因素,混凝土体积稳定控制指标也主要体现在混凝土在温、湿度变化时的相关响应参数。
影响混凝土体积稳定性的指标主要有线热膨胀系数、收缩系数和应力松弛系数。
考虑到体积稳定性对耐久性的20低 温 建 筑 技 术2009年第2期(总第128期)不利影响关键体积稳定性引起混凝土开裂而加速了混凝土内部热湿迁移、离子迁移及其与环境的热湿交换和离子交换,进而加剧混凝土劣化过程,危害混凝土耐久性。
混凝土本身的抗裂性能也应该成为评价混凝土体积稳定性的指标之一。
混凝土硬化后,由于水化热和周围环境温度影响而产生温度应变,温度应变的大小取决于温度变化量和混凝土的线性热膨胀系数。
混凝土的线膨胀系数受混凝土的组成、龄期及含湿程度等因素的影响,通常混凝土材料的线性热膨胀系数为(6～13)×10-6℃,假设为10×10-6℃,对于超长混凝土结构,如隧道、桥梁等,以60m设置一条变形缝计算,在年温度极差较大地区,如40℃,则产生的温度变形为24mm,这对工程的体积稳定性和耐久性的影响是很大的。
混凝土的收缩系数主要是除了温度收缩之外,主要由于水分(湿度)变化而引起的单位时间内混凝土的收缩值,实际应用中通常是经验系数,主要受养护条件、环境温湿度、构件形式和混凝土材料自身的最终收缩值的影响。
混凝土的极限应变通常为(80～150)×10-6,照此计算,混凝土在温度波动10℃并伴有干燥收缩的情况下,就应该出现开裂,而实际工程中并非如此。
这是因为混凝土的徐变行为,在恒定和在持续作用下,变形保持不变,则应力将逐渐减小,称之谓应力松弛现象。
应力松弛将使混凝土结构的内应力和变形发生重分布,可以缓解一部分因温湿度变化引起的破坏应力,推迟裂缝产生的时间,对混凝土耐久性有利。