自密实混凝土早期自收缩及微观孔结构研究.pdf
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1、第 1 3卷 第 5期 2 0 1 0年 l O月 建筑材料学报 J OURNAI OF BUI L DI NG M ATE RI AL S Vo 1 1 3。NO 5 0c t 。 2 O1 0 文章 编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 6 0 1 0 6 自密实混凝土早期 自收缩及微观孔结构研究 杨玉红 , 李 悦 , 杜修 力 ( 北京工业 大学 城市 与工程安 全减灾 省部共建 教育部 重点实验 室 ,北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要 :采 用混凝 土早期 自收缩测 量 系统研 究 了粉 煤灰掺 量及水胶 比对 自密 实混 凝土 早期
2、自收 缩的 影 响 , 并通过 硬化混 凝土孔 隙结构测 定仪和压 汞仪研 究 了 自密 实混凝 土 的微观 孔 结构 结 果表 明 : 粉 煤灰 的掺 入能 降低 自密实混凝 土早 期 的 自收缩 , 且随 粉煤 灰掺 量 的增加 , 减 缩效 果 更为 显著 ; 随 着水胶 比的降低 , 自密 实混凝 土的 自收 缩 逐 渐增 大 ; 自密 实混凝 土早期 自收 缩与 其微 观 孔 结构 关 系密切 , 自密 实混凝 土 自收缩 主要是 因孔径 为 O 5 O n m 的孔 隙量的 增加 而造 成的 关键 词 :自收缩 ;粉煤 灰 ;水胶 比;孔结 构 中图分类号 : TU5 2 8 文献
3、标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 5 0 0 8 S t u d y o n Ea r l y Au t o g e n o u s S h r i n k a g e a n d M i c r o c o s mi c Po r e Di s t r i b u t i o n o f S e l f - c o m p a c t i n g Co n c r e t e YAN G Yu h o ng,Lj Yu e,D U X i u Z ( Ke y L a b o r a t o r
4、y o f Ur b a n S e c u r i t y Di s a s t e r En g i n e e r i n g,MOE,B e i j i n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ,Be i j i n g 1 0 0 1 2 4 ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :By us i n g a me a s u r i ng s y s t e m de s i gn e d b y a u t ho r s f o r a u t o ge no u s s hr i nk a ge o f c o
5、 n c r e t e,t he i n f l ue nc e s o f f l y a s h S us e l e ve l a nd wa t e r b i nd e r r a t i o o n t h e e a r l y a u t o ge no u s s hr i n ka g e o f s e l f c o mpa c t i n g c o n c r e t e ( S CC)we r e s t u di e d The c on c r e t e S m i c r o c os mi c p o r e di s t r i b ut i o n
6、 wa s a l s o s t u di e d b y a i r b ub bl e m e a s ur e me nt a n d m e r c ur y i n t r us i o n p o r os i me t r yThe r e s u l t s s ho w t ha t t he e a r l y a u t o ge no us s hr i n ka ge o f S CC c a n be r e d uc e d b y a dd i n g f l y a s h W i t h t he i n c r e a s i n g u s e l e
7、 ve l o f f l y a s h, t h e e a r l y a ut og e n o us s h r i nk a g e i s r e d uc e d The e a r l y a u t o g e n ou s s h r i nk a g e i s i n c r e a s e d wi t h t he r e du c t i o n o f wa t e r h i nd e r r a t i o Th e e a r l y a u t o g e n ou s s hr i n ka ge o f S CC de p e nd e g r e
8、 a t l y o n i t s m i c r o c os mi c p o r e di s t r i bu t i o n The p o r e wi t h d i a me t e r o f 05 0 n m h a s g r e a t e s t i n f l ue nc e o n t he e a r l y a ut o g e n ou s s hr i n ka g e o f S CC Ke y wo r d s :e a r l y a u t og e n o us s hr i nk a g e;f l y a s h;wa t e r b i
9、n de r r a t i o;p o r e di s t r i b ut i o n 随着 自密实 混凝 土 在土 木 工程 中的 广泛 应用 , 其早 期的收缩 与开裂 问题也 日益引起材 料界 和工 程 界的高度重视 国内外 大量 的调查资料 表 明 , 工程 中 结 构物的裂 缝 8 O 以上 是 由变形 ( 收 缩 、 不 均 匀 沉 降) 引起 的 , 而 由荷 载 引起 的裂缝 仅 占 2 0 左 右口 混凝 土 自收缩 是 指密 封 条件 下 , 混凝 土 初凝 后 发 生 的宏观 体积 的减 缩 , 不包 括 由于沉 降 、 温度 变 化 、 遭 受外 力等原 因所 造
10、成 的体 积 变 化 混 凝 土产 生 自收 缩主要是因水胶比低和大量活性矿物细掺料的掺加 而造成的 。 随着 水胶 比的降低 以及矿物 细掺料 的 大量掺加 , 自收 缩在 总 收缩 中所 占的 比重 也 越来 越 大 , 如果处 理不 当则混凝 土极易 出现早期 开裂_ 5 因 此 , 自密 实混凝 土早 期 自收 缩 对混 凝 土结 构 的抗 裂 性 能影响 重大 从本 质上讲 , 混凝土是 一种多 相多孔材 料 毛细 管张力学 说认 为 , 随着胶凝 材料 的水 化 , 水泥 石 内部 毛细孔 中的水逐 渐 减少 , 弯 液 面从 大孔 隙向小 孔 隙 迁 移 , 毛 细管临界半 径降
11、低 , 孔隙 内部产 生 的负压增 加 , 从 而导 致混 凝土 产 生 自收缩 因此 , 混 凝土 自收 缩 与其微 观孔结 构关系密 切 收稿 日期 : 2 0 0 9 0 6 1 8 ;修订 日期 : 2 0 0 9 1 卜1 9 基金项 目: 北京市科技新星计划项 目( 2 0 0 5 B 0 9 ) ; 北京市 2 0 0 5年留学人员科技活动择优项 目 第一作者 : 杨玉红( 1 9 7 3 一 ) , 女 , 河北新乐人 , 北京工业大学博士生 E ma i l : y a n g y h e ma i l s b j u t e d u c n 学兔兔 w w w .x u e
12、 t u t u .c o m 6 O 2 建筑材料学报 第 1 3 卷 目前 , 对 于 自密 实混 凝 土早 期 自收缩 的测 试 还 没有 一种 比较 统一 的有效 的方 法 本文 在 对 国 内外 现 有测试方法 进行 对 比研究 分 析 的基 础 上 , 设 计 了 混凝 土早期 自收缩 测 量 系统 , 然 后 利用 该 系统 探 讨 研究 了 自密实 混凝 土早 期 自收缩 的发 展规律 及水 胶 比和粉 煤灰掺量 对之 的影 响 另外 , 本 文利用 硬化 混 凝 土孔 隙结构测 定仪 和压汞仪 研究 了 自密 实混凝 土 内部 的孔结构 , 从 微 观角 度探 讨 了 自密
13、实 混凝 土 自 收缩 和孔结构 的关 系 1 试 验 1 1 原材料 冀东水泥 厂盾石牌 4 2 5 R普通硅酸盐水泥 ; 山东 德州一级粉煤灰 ; 河北 三河 5 2 5 mm 连续级 配非活 性 机碎石 , 其 压碎 值 为 8 1 ”, 针 片 状 颗 粒含 量 为 7 6 , 表观密度 为 2 7 4 0 k g m3 ; 最大粒径为 5 mm 的 中砂 , 其 细度模数 为 2 3 , 含 泥量 1 , 表 观 密度 为 2 6 5 0 k g m。 ; 聚羧 酸高 效减 水剂 ; 自来水 水 泥 和粉 煤 灰 的主要物理 化学性 能分别 见表 1 , 2 表 1 水 泥 的 主
14、要 物理 化 学 性 能 Ta b l e 1 Ph y s i c a l a n d c h e mi c a l p r o p e r t i e s o f c e me n t 妻 , A lkali co nte nt 篓 一 IL (by W at er CaOsurface area “ w 黧 cs cm 。” , c s 要 m 二: 1 2 试 验方法 1 2 1早期 自收缩测试 方法 由于传 统 的混凝土 自收缩测 试方法 只能 在混凝 土终凝 或 成 型 1 d后 开始 测 量 , 而混 凝 土 的早 期 自 收缩可 能 比随后 的 自收缩 更 重要 , 故 本 文
15、在 对 比分 析前人 测 试 方 法 的基 础 上 , 利 用 电位 器 式 传 感 器 L VD T 的高精度 以及 高稳 定 性 , 设计 开 发 了 自密 实 混凝土早 期 自收 缩测量 系统 , 如 图 1 所示 该 测量 系 统可实现 多试件 同时 、 不 同时 的测 量 , 实 现对早 期 自 收缩数 据 的 自动 采 集 和 处 理 混 凝 土 试 件 尺 寸 为 S e ns o r LVDT Co n c r e t e Gl a s s p a t c h 1 0 0 mm1 0 0 mm5 1 5 mm 模具 采用钢模 , 底模 涂 上 密封 黄油后再 放 2层 聚氯 乙
16、烯 塑料 薄 膜 混凝 土 初凝 后拆 除模具 , 用预置 的塑料 薄膜包 裹整 个试 件 , 用 密封带 密封 , 再 在试件 两端粘 贴玻 璃片 、 安 装设 备 并连接计算机 , 然后测试混凝土 自收缩 随水化龄期 的变化 本 试验从 混凝 土初 凝 ( 1 0 h ) 开始 测量 至 7 d 龄 期 , 7 d后混凝 土 自收缩 基 本 趋 于稳 定 测 试时 试 件 内部 预埋热 电偶 , 后 期 数据 处 理 过程 中扣 除混 凝 土 内部温 升 的影 响 测 量时 环境 温度 为 ( 2 0 2 ) , 相 对湿度 为 ( 6 0 5 ) 图 1 自密实混凝土 自收缩测量系统 F
17、i g 1 M e a s ur i ng s y s t e m f or a u t o ge n ou s s hr i n ka g e o f SCC 1 2 2微观孔结 构测试 方法 微观 孔结构 的测 试采 用 了 2种 方 法 , 一 种采 用 1 ) 文中涉及的压碎值 、 针片状颗粒含量等除特别指明外均为质量分数 MI C - 8 4 O 一 0 1型硬化 混 凝 土 孔 隙结 构 测 定 仪 测 定 混 凝 土 内 部 气 泡 的 分 布 ; 另 一 种 采 用 Au t o P o r e I V 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期
18、 杨玉红 , 等 : 自密实混凝土早 期 自收缩及微观孔结构研究 6 0 3 9 5 1 0全 自动压 汞仪测定混 凝土 内部的孔结 构 1 3配合 比 不掺粉煤灰 的对 比试样 , B , C组 试样 为掺 粉煤灰 ( 粉 煤灰 等体积替换水 泥) 试样 试件 浇筑 时保 持各 试样 自密实混凝土的配合 比见表 3 , 其中 A组试样为 的坍落度和扩展度基本相当, 工作性基本保持一致 表 3 自密实混凝 土的配合比 Ta b l e 3 M i x p r o p o r t i o n o f S CC B1 3 5 0 B2 3 8 2 B B3 4 1 2 B4 4 4 0 9 0 9
19、 4 l O0 1 1 O Cl 2 5 0 C2 2 7 3 C C3 2 9 4 C4 3 1 5 0 6 8 075 1 O0 1 1 0 2 试验结果及分析 2 1 自密 实混凝土 早期 自收 缩规律 2 1 1 水胶 比的影 响 自密实混 凝土 7 d内的 自收缩 变化见 图 2 从 图 2可见 : ( 1 ) 随着水胶 比的降低, 自密实混凝土的 自 收缩 增大 ( 2 ) 从 初 凝 至 1 d时 , 自密 实混 凝 土 自收 缩迅 速 增 长 , 1 d时 的 自收 缩 占到 7 d 自收 缩 的 7 O 8 O 这是 因为在这一 阶段时 , 粉煤灰几 乎 不 参 与水化反应
20、, 水泥水 化则达 到高峰 , 混凝土 因 内部 水 分随 着 水 泥 水 化 被 不 断 消 耗 而 产 生 较 大 的 自 收缩 自密实混 凝土 早期 自收缩 较 大 , 且抗 拉 强 度 较 低 , 弹性模量增 长迅速 , 因此受 约束 的混凝土构 件 内 部 容易 产 生 较 大 的拉 应 力 , 致 使 其 出 现 早 期 开 裂 现象 2 1 2 粉 煤灰掺 量的影 响 图 3为粉煤灰掺量对 自密实混凝 土早期 自收缩 的 影响 从图 3可以看出, 粉煤灰的掺入能明显降低 自 密实混凝 土的 自收缩 , 且 随着 粉煤灰 掺量 的增加 , 其 减缩效果更 为显著 粉煤灰 降低 混凝
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- 关 键 词:
- 密实 混凝土 早期 收缩 微观 结构 研究
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