水泥基材料化学收缩和自收缩研究综述

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1、万方数据300中外公路第33卷第4期2o13年8月文章编号：1671—2579(2013)04一0300—04水泥基材料化学收缩和自收缩研究综述周文芳，陈瑜(长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙410004)摘要：高性能混凝土由于低水胶比及粉煤灰、硅粉等活性矿物掺合料的掺入，早期体积稳定性降低，化学收缩更加复杂而自收缩显著增加。该文在阐述水泥基材料化学收缩及自收缩产生机理及其相互关系的基础上，介绍国内外水泥基材料化学收缩和自收缩检测方法，总结误差来源及优缺点；总结影响化学收缩和自收缩的主要因素；分析控制水泥基材料早期收缩的技术措施。关键词：水泥基材料；自身收缩；化学收缩水泥基材料的早期开裂主

2、要由非荷载因素引起，结构内温度及水分变化引发的体积变化是导致水泥基材料早期收缩及开裂的主要原因。非荷载收缩主要有5种：化学收缩、自收缩、塑性收缩、干燥收缩和碳化收缩。以往收缩的研究主要集中在干燥收缩、碳化收缩和塑性收缩。近些年来随着高强混凝土的广泛应用，化学收缩及早期自收缩所占比例的增大得到了各界研究者大量关注，化学收缩更加复杂，而自收缩显著增加，成为国内外研究热点，取得了一系列研究成果。该文综述水泥基材料化学收缩及自收缩产生机理及相互联系，介绍其检测方法进展，总结主要影响因素并分析控制水泥基材料早期收缩的技术措施。水泥基材料的早期收缩化学收缩是指水泥基材料在水泥水化过程中，水化产物的绝对体积

3、比水化前水泥与水的绝对体积之和减少的现象，主要是由于水化反应前后化合物密度不同所致。1935年Powers首次对不同水泥熟料相的化学收缩进行定量研究，硅酸盐水泥100％完全水化产生的化学收缩是6～7mL／(100g)，硅灰的掺入使化学收缩值达到20mL／(100g)。Tazawa指出化学收缩是水泥与水反应时其总体积的减小值，其来源包括水泥水化、二次水化及钙矾石的形成。化学收缩由水泥基材料组成及水化程度决定，以自收缩和内部孔隙两种形式表现，它作为自收缩的驱动力及对水化的敏感性奠定了其重要的研究意义。自收缩指水泥基材料硬化阶段，在恒温和无水分交换的条件下水泥基材料的体积宏观改变。Barcelo认为

4、，自收缩可分为两个部分：诱导期的自收缩和自干燥引起的自收缩。自收缩不仅来源于材料内部自干燥，也受早期生成水化产物的影响，甚至出现早期体积膨胀现象。Jensen和Hansen研究表明自收缩与空隙内相对湿度及空隙结构存在紧密联系，能显著增加集料及纤维间夹压。水泥自收缩和化学收缩相关联但不成比例，化学收缩中有很大一部分转化成内部空隙，自收缩只占很小一部分。在水化过程中，化学收缩为内部收缩而自收缩为外部收缩，化学收缩在水泥浆终凝后体现为自收缩。2检测方法2．1化学收缩检测Justnes总结出化学收缩检测方法包括膨胀法、重量法、比重瓶测定法。其中，重量法根据检测试件在密闭容器水中弹性小球浮力变化，连通试

5、管显示水泥浆体绝对体积变化。比重瓶测定法向样品注水补偿水泥浆体因水化减少的体积，通过比重变化反映化学收缩值，该方法存在的显著缺陷是受试样大小及试验温度影响严重。膨胀法直接检测长度或体积改变，应用最为广泛。ASTMC1608是根据Geiker早期试验改进而得的膨胀检测法。它是拌制水泥浆注入烧杯后向烧杯继续加水到满，将插有毛细管的橡皮塞盖住烧杯，毛细管收稿日期：2012一09一19作者简介：周_丈芳，女；硕士研究生．E—mail：xtzhouwenfang(勇163．corn万方数据2013年第4期周文芳，等：水泥基材料化学收缩和自收缩研究综述301水面上滴适量石蜡油减小水分蒸发，23℃恒温水浴养

6、护，在水泥浆拌和后1h开始读数，水面下降值即为化学收缩值。该方法的精确性及经济性得到了普遍认可．成为应用最广泛的检测方法。高英力在日本材料协会和美国材料协会推荐方法的基础上对试验器材进行改进。在玻璃瓶中套软胶瓶放置水泥浆代替玻璃瓶直接接触，避免了水泥浆体受瓶壁四周刚性物质的约束及试瓶破裂，提高了试验精度。2．2自收缩的检测自收缩的测量分两种方式：长度法和体积法。Jense等认为自收缩测试方法不一致是造成测试结果不一致的主要原因。例如：体积法所测的自收缩值往往是长度测量值的3"-5倍；传统试验方法忽略内部水化温升的影响，带来较大误差等。国外用LVDT传感器在试件成型1d后开始测量自收缩；而中国水

7、工混凝土试验规程建议埋入差动式应变计测定自收缩，但是早期水泥浆体尚无足够强度，应变计无法与之同步变形，而恰恰在此时产生很大的自收缩。安明赭提出以电涡流位移传感器代替千分表，以片状铝合金测头代替传统的圆柱状测头，保证预埋测头与混凝土的粘结，进一步提高测试系统精度，实现数据采集自动化。ASTMC1698综合了体积形变检测和线性形变检测的优点，采用特质的螺纹模板，能将体积形变转化为线性形变，既能立即测量