体积稳定性
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。
粉煤灰-石灰-二水石膏胶凝材料的体积稳定性及水化产物的性能

文章编号:1007-046X(2010)01-0008-03实验研究粉煤灰-石灰-二水石膏胶凝材料的体积稳定性及水化产物的性能Volume Stability of Fly Ash-Lime-Gypsum Binder and Its Hydration Products周万良1,2 ,詹炳根2 ,龙靖华2(1.武汉大学水利水电学院 , 武汉 430072;2.合肥工业大学土木与水利工程学院,合肥 230009)0 前 言 粉煤灰水化活性小,不能单独成为胶凝材料,但用石灰和石膏双重激发粉煤灰则能大大提高其活性,从而能配制出一种胶凝材料,这种粉煤灰-石灰-二水石膏胶凝材料(FLD)具有成本低廉、保护环境、水化热低等优点,应用越来越广泛,如配制大体积混凝土、高性能混凝土、绿色混凝土,生产砌筑水泥等。
该胶材中的粉煤灰在石灰激发下会生成水化铝酸钙,继而与石膏反应生成钙矾石,体积膨胀[2] ,因此存在体积稳定性问题。
体积稳定性是胶结材一个很重要性质,与胶结材在工程实际中的应用有关。
目前国内外有关 FLD 的研究有很多[1,3 ̄8] ,但都没有对其稳定性进行过长期研究(2 年以上),也没有明确结论。
为此本文对粉煤灰-石灰-二水石膏胶凝材料(以下简称 FLD)的体积稳定性进行了长期研究。
由于胶凝材料体积稳定性与水化产物的数量和形貌有关,本文同时对 FLD 的水化产物进行了 XRD 和 SEM 分析。
8COAL ASH 1/2010摘 要: 用雷氏夹法对粉煤灰-石灰-二水石膏胶凝材料(FLD )的体积稳定性进行了研究,用 SEM 和 XRD 对 FLD 的水化 产物形貌和数量变化规律进行了研究。
FLD 中 SO 3 含量为 2.33% 时体积稳定性良好,而 SO 3 含量大于 4.65% 时体 积稳定性差。
在 FLD 中,随龄期增加,钙矾石数量不断增加,CaSO 4·2H 2O 和 Ca (OH )2 数量不断减少。
第四章3 混凝土的体积稳定性与耐久性

1、化学收缩 在砼硬化过程中,由于水泥水化产物的体积比反应前物 质的总体积小,从而引起砼的收缩,称为化学收缩。
水 水泥
水泥浆
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
特点 a、化学收缩是不可恢复的。 b、其收缩量是随砼硬化龄期的延长而增加, 一般在砼成型后40天内增长较快,以后逐渐 趋于稳定。 c、化学收缩值很小,对砼结构没有破坏作用, 但在砼内部可能产生微细裂缝。。
3、抗冻性
1)定义 抗冻性是指砼在水饱和状态下,经受多次冻融循环作用, 能保持强度和外观完整性的能力。 砼受冻融破坏的原因:由于砼内部孔隙中的水在负温下 结冰后体积膨胀形成的静水压力;当这种压力产生的内 应力超过砼的抗拉强度,砼就会产生裂缝;多次冻融循 环使裂缝不断扩展直至破坏。。
土木工程材料 Civil Engineering Materials
孙家瑛
三、砼的变形性能
砼在荷载作用下产生弹性与非弹性变形,在硬化过 程和干燥或冷却作用下也要产生变形,当变形受约 束时常会引起开裂。 80%以上的开裂都是由于砼变形所引起,只有很小 一部分是由于承载力不足导致。 ——裂缝治理专家 王铁梦
影响砼徐变的因素: a、水灰比:砼的水灰较小或在水中养护时,徐变较小; b、水泥用量:水灰比相同的砼,水泥用量愈多,徐变愈大; c、骨料性质:砼所用骨料的弹性模量较大时,徐变较小; d、荷载:所受应力越大,徐变越大。 砼徐变对钢筋砼构件产生的影响: a、能消除钢筋砼内的应力集中,使应力产生重分布,从而 使结构物中局部集中的应力得到缓和;(有利) b、对于大体积砼而言,能消除一部分由于温度变形产生的 破坏应力; (有利) c、预应力钢筋砼中,徐变将使预应力受到损失。(有害) 徐变引起的工程事故::
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

混凝土的体积稳定性混凝土,作为现代建筑中广泛应用的材料,其性能的优劣直接关系到建筑物的质量和耐久性。
在众多性能指标中,体积稳定性是一个至关重要的方面。
所谓混凝土的体积稳定性,简单来说,就是指混凝土在凝结硬化以及使用过程中,其体积保持不变或者变化很小的能力。
这一特性对于混凝土结构的长期稳定性和安全性有着深远的影响。
混凝土体积不稳定可能导致多种问题。
其中最常见的就是裂缝的产生。
当混凝土体积发生收缩或膨胀时,如果这种变化受到约束,内部就会产生应力。
一旦应力超过混凝土的抗拉强度,裂缝就会出现。
这些裂缝不仅会影响结构的外观,更严重的是会降低结构的承载能力、防水性能和耐久性。
例如,在桥梁结构中,裂缝的存在可能导致钢筋锈蚀,进而削弱结构的强度,危及桥梁的安全使用。
影响混凝土体积稳定性的因素众多。
首先是原材料的质量和配合比。
水泥的品种和用量对体积稳定性有着显著影响。
不同类型的水泥,其矿物组成和水化特性不同,导致混凝土的体积变化也有所差异。
例如,某些水泥在水化过程中产生的水化热较大,容易引起混凝土的温度裂缝。
骨料的级配和含泥量也不容忽视。
级配良好的骨料可以使混凝土更加密实,减少孔隙,从而提高体积稳定性。
含泥量过高则会增加混凝土的收缩。
其次,施工过程中的工艺和养护条件也起着关键作用。
搅拌不均匀、振捣不密实会导致混凝土内部存在缺陷,影响其体积稳定性。
养护不当更是常见的问题。
混凝土在凝结硬化过程中需要保持适当的温度和湿度。
如果养护期间缺水,混凝土表面会迅速干燥,而内部的水分仍在继续水化,从而产生不均匀的收缩,导致裂缝的出现。
再者,环境因素也不可小觑。
温度的变化会引起混凝土的热胀冷缩。
在大体积混凝土结构中,由于内部水泥水化产生的热量不易散发,内外温差较大,容易产生温度裂缝。
湿度的变化同样会影响混凝土的体积。
在干燥的环境中,混凝土中的水分会逐渐散失,导致收缩增大。
为了提高混凝土的体积稳定性,我们可以采取一系列的措施。
在原材料方面,选择合适的水泥品种和骨料,优化配合比。
混凝土的体积稳定性

混凝土的体积稳定性混凝土作为建筑工程中广泛使用的材料,其体积稳定性是一个至关重要的性能指标。
简单来说,混凝土的体积稳定性指的是混凝土在硬化过程中以及在使用环境中,保持其体积不变或变化较小的能力。
如果混凝土的体积稳定性不佳,可能会导致结构出现裂缝、变形等问题,严重影响建筑物的安全性和耐久性。
要理解混凝土的体积稳定性,首先需要了解混凝土的组成成分。
混凝土通常由水泥、骨料(如砂、石子)、水以及外加剂等组成。
在混凝土硬化过程中,水泥与水发生化学反应,形成水泥浆体,将骨料粘结在一起,形成具有一定强度的整体。
然而,这个过程中会伴随着一系列的物理和化学变化,这些变化可能会对混凝土的体积稳定性产生影响。
水泥的水化反应是影响混凝土体积稳定性的一个重要因素。
在水泥水化初期,会产生一定的化学收缩。
这是因为水泥中的化合物与水反应后,生成的产物的总体积小于反应物的总体积。
虽然这种化学收缩在早期可能不会对混凝土的体积稳定性产生明显的影响,但如果水泥用量过大或者水化反应过快,化学收缩的累积可能会导致混凝土内部产生拉应力,从而引发裂缝。
混凝土中的水分变化也会影响其体积稳定性。
在混凝土硬化过程中,如果水分蒸发过快,混凝土表面会干燥收缩,而内部的水分还未来得及散失,就会导致混凝土表面产生拉应力,出现裂缝。
此外,如果混凝土在使用过程中处于干湿交替的环境中,也会由于水分的反复变化而引起体积的反复胀缩,从而降低混凝土的体积稳定性。
骨料的性质对混凝土的体积稳定性也有一定的影响。
骨料的级配、粒径、含泥量等都会影响混凝土的孔隙结构和密实度。
如果骨料级配不合理,或者含泥量过高,会导致混凝土内部孔隙增多,从而降低其体积稳定性。
此外,骨料的热膨胀系数也会对混凝土的体积稳定性产生影响。
如果骨料的热膨胀系数与水泥浆体相差较大,在温度变化时,两者之间会产生不协调的变形,从而导致混凝土内部产生应力。
温度变化是影响混凝土体积稳定性的另一个重要因素。
混凝土具有一定的热膨胀系数,当环境温度发生变化时,混凝土会随之膨胀或收缩。
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
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高强高性能混凝土的体积稳定性戴荟郦(安徽工业大学,安徽马鞍山243000)【摘要】本文阐述了高性能混凝土体积稳定性的各种类型及其各自影响因素,介绍了目前国内外在这方面的研究进展和方法。
在此基础上提出了应从综合的角度把混凝土的所有体积变形合成为一种“合变形”,并在接近实际使用条件范围内建立模型,以此更好地解决混凝土的耐久性问题。
【关键词】高性能混凝土;体积稳定性;收缩;合变形Volume Stability of High Performance ConcreteDAI Hui-li(Anhui University of Technology,Ma'anshan 243000 ,China) 【Abstract】Types and factors of high performance concrete volume stability has been outlined and how well this research get on in the world has been introduced.It is pointed out that all kinds of concrete volume stability should be transformed to “whole deformation” and this research should be done in the condition that is close to actual circumstance.In this way,the durability of concrete will be settled better.【Key words】high performance concrete;volume stability;shrinkage;whole deformation1 引言随着混凝土科学的发展,现在配制高强度混凝土已不再困难,人们研究的重点逐渐转移到混凝土的耐久性上。
高性能混凝土的研究成为当今国际土木工程界研究热点就是这一原因。
而高性能混凝土的体积稳定性问题乃是热点之中的热点。
增加胶凝材料用量、掺人活性矿物掺合料(如硅粉、磨细矿渣、粉煤灰等)、掺加高效减水剂以降低水胶比是配制高性能混凝土的主要技术措施。
但是,正是由于这些技术措施引发了一系列复杂的体积稳定性问题。
国内外土木工程界的专家学者在这方面作了大量的研究并且取得了很大的进展。
日本的Shin-ichi Igarashi通过试验研究发现不含掺合料的低水灰比砂浆在水中养护产生膨胀现象而掺有硅粉的同样砂浆则经历了从收缩到膨胀的过程,并且得出由于膨胀而在砂浆内部引起的离散微裂缝并不影响强度,而掺加硅粉的砂浆由于最终的自收缩产生的连续微裂缝明显地降低了强度[1]。
法国的Loukili A.等研究超高强混凝土的自收缩与水化过程及内部相对湿度的关系时指出,超高强混凝土的水化开始非常快,但4天后就变得很缓慢,到28天时水化度仅为57.5%,并且它的收缩主要集中在前期,1天的收缩就达总收缩的45%,10天达95%,以后收缩几乎停止[2]。
美国的C,Maria等研究了水泥浆的干燥收缩与水化硅酸钙的微观结构的关系,希望以此来有效地控制混凝土的干燥收缩。
他们把水化硅酸钙分成高密度区和低密度区两类,并指出高密度区的水化硅酸钙的干燥收缩在相对湿度为50%时可以恢复,而低密度区则不能,而且水化硅酸钙的表面积和孔体积决定混凝土的不可恢复干燥收缩,可恢复干燥收缩则与它们无关[3]。
澳大利亚的Frank进行了孔径分布对碱激活矿渣混凝土的干燥收缩影响的研究,通过孔径分布解决了同普通波特兰水泥混凝土相比,碱激活矿渣混凝土收缩较大而失重较小这一矛盾[4]。
我国同济大学的杨全兵也研究了水中养护两年的高性能混凝土的自干燥收缩,研究得出混凝土中可溶离子的浓度的增大,以及层间水、吸附水、胶凝水数量在总的可蒸发水中比率的增加,是自干燥收缩的产生原因[5]。
日本的Ei-ichi等研究了水泥浆的化学收缩及其与自收缩的关系[6]。
然而所有这些或是经过了很大简化(基本上都是研究水泥净浆或砂浆)或是假定在特定的环境下(一般都是在水养护条件下)或是只研究收缩的某一种类型。
众所周知,高性能混凝土的体积变化有很多类型,包括化学收缩、干燥收缩、自收缩、温度收缩、碳化收缩以及可能发生的膨胀等等,另外混凝土是一个非常复杂的体系,对某种收缩起控制作用的因素可能对另一种收缩有利,因此要彻底解决混凝土的体积稳定性问题,必须综合考虑各种变形(包括各种收缩和膨胀),并把它们归一为一种“合变形”加以考虑,且尽可能模拟实际环境条件,研究混凝土的体积变形及控制措施。
这样才能更好更快地解决实际建筑结构的裂缝,进而解决耐久性问题。
然而目前国内外在这方面研究还很少,本文基于这一技术思路,通过研究各种收缩的成因、影响因素和控制措施,然后提出从综合的角度研究评价高性能混凝土的体积稳定性问题。
2国内外高性能混凝土体积稳定性研究现状2.1 化学收缩混凝土的化学收缩是指在混凝土内水泥水化的过程中,水化产物的绝对体积同水化前水泥和水的绝对体积之和相比有所减少的现象。
硅酸盐水泥的水化收缩率大约在7%一9%的范围内。
但水化收缩在混凝土初凝前后的宏观表现形式并不相同,初凝前拌合物具有良好的塑性,因此化学收缩时通过宏观体积的减少表现出来;初凝后拌合物逐步失去塑性而形成了水泥石骨架,化学收缩并不直接引起宏观体积的变化,而是以形成内部孔隙结构的形式表现出来。
因此单纯分析混凝土的化学收缩实际意义不大,应该把它溶入到别的体积变化中综合考虑。
2.1.1 化学收缩的形成原因波特兰水泥的水化比较复杂,但四大矿物水化时都会发生不同程度的收缩。
为阐述它的收缩原因以C3S的水化为例,一般认为C3S水化过程如下:2C3S+6H2O→C3S2H3+3Ca(OH)2完全水化时反应前后的体积变化如下:2C3S+6H2 O→C3S2H3+3Ca(OH)2重量456.6 108.1 342.5 222.3密度 3.15 1.0 2.71 2.24体积145.0 108.1 126.4 99.2化学收缩(145.0+108.1—126.4—99.2)/253.1=10.87%通过以上计算可以看出C3S完全水化的收缩为10.87%,其它矿物成分可按类似的方法计算。
对于复杂的整个水泥体系来说,各个时段的水化程度在早期可以采用G.Yamaguchi的数据,一天后可以采用Copeland的计算数据,各物质的密度值可以参考Taz&wa等的数据。
因此,根据这些就可以完全计算出各个时段的化学收缩量。
2.l.2 化学收缩的影响因素从以上化学收缩的机理来看影响混凝土的化学收缩主要有①水泥的矿物组成,②水化时间,③骨料的含量和弹性模量,④掺合料等。
2.2 自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引起自干燥而造成的混凝土宏观体积的减少。
自收缩最早是在1934年由Lyman提出,到1940年H.E.Divis定义了自收缩。
在当时的水灰比比较大的混凝土测到的自收缩值为50×10-6,这和干燥收缩相比几乎少了一个数量级.因此在当时没有引起足够的重视,但是随着今天高强高性能混凝土的发展,自收缩的作用越来越明显。
2.2.1 自收缩的形成机理混凝土自收缩机理比较复杂,还没形成很成熟的理论,现在比较认同的是毛细管张力学说。
根据定义可知,自收缩在低水胶比的高性能混凝土表现明显,由于未水化的胶凝材料继续水化需要水分,当无水或是水化耗水速率大于外界水迁移速率时,在混凝土内部就会发生水分迁移因而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,即自收缩。
毛细孔压力可以通过Laplace定律计算出:v -2cos/ cP Pσαγ=(1)上式中σ为气——液界面表面张力;α为固一一液接触角;cP——水压力;vP——水蒸汽压力;r——毛细孔半径。
计算表明,当水泥浆体中内部湿度由100%降低到80%时,毛细孔压力从0增加到30MPa。
2.2.2 自收缩的影响因素从混凝土自收缩的机理可知,自收缩的根源在于水泥硬化后未水化水泥继续水化引起对体积的减缩,其形成原因在于无外界水或水泥水化引起的耗水速率大于外界水的迁移速率。
因此其影响因素主要为:①水泥类型:主要通过水泥的矿物组成不同而表现,水泥中C3A、C4AF的含量对自收缩影响最为显著,随着它们含量的增加而增大。
②水胶比:这是影响混凝土的最关键因素。
自收缩随着它的降低而增大。
③掺合料:由于掺合料的活性和填充效应,掺入掺合料后会改变混凝土的孔结构因而影响自收缩。
④骨料:骨料对自收缩起限制作用,因此骨料的弹性模量和含量都会影响自收缩。
其他因素还有外加剂、养护条件、水泥浆含量等等。
影响水化过程的因素都均不同程度地影响自收缩。
2.3 干燥收缩干燥收缩是指混凝土停止养护后,在不饱和空气中失去内部水分而引起的收缩。
对于混凝土的干燥收缩很早就引起了重视,在普通混凝土中由于水灰比较高,混凝土初凝后内部还有大量的水分,当环境相对湿度低于100%时,内部水分就会在湿度梯度下向环境散发而引起较大的收缩,在高性能混凝土中干燥收缩同样存在,只不过小一点而已。
2.3.1 干燥收缩机理当混凝土内部存有自由水、结合水、化合水和层间水等各种形式时,它们在内外湿度梯度的失去过程是不一样的。
在初期,首先是大孔和大毛细孔(R>1000A)失,但并不引起收缩。
然后,半径小于1000A 的毛细孔开始失去水分,这种水分的失去就会由于毛细孔压力而产生收缩。
当失去一部分水后在毛细孔中就会形成凹液面。
单个毛细孔的毛细孔压力公式为:2/P σγ= (2)式中σ为表面张力,周围环境湿度越低,形成凹液面的半径就越小,毛细孔压力就越大。
毛细孔压力、表面张力和环境相对湿度的关系可由下式计算:2/1300ln(1/)P H σγ== (3)式中H 是湿度,毛细孔在混凝土中各向随机分布,因而使得混凝土各向受压而使之收缩。
随着湿度的进一步降低(低于60%),吸附在水化硅酸钙表面的吸附水会蒸发而使得微粒相互靠近,最终产生不可恢复收缩,当湿度降低到45%时,水化硅酸钙中的层间水也会失去,使得混凝土收缩大大增加,而且这种收缩是不可恢复的。
2.3.2 干燥收缩的影响因素从以上干燥收缩机理可以看出,混凝土的收缩最主要的是半径小于1000A 的毛细孔中水蒸发时产生的毛细孔压力和水化硅酸钙吸附水和层间水的失去。
因此影响干燥收缩的主要因素为:①水胶比:它影响到毛细孔的数量进而影响收缩。
②龄期:它影响到水化硅酸钙的数量。
③骨料。
④水泥矿物组成。
⑤养护条件,等等。