粗骨料嵌锁型混凝土抗裂性能 |
日期:2014-11-11 14:20:07 来源:转载 浏览数: |
随着社会经济和混凝土技术的发展,近年来,高性能泵送混凝土在各建设工程领域广泛应用。然而在实践中,现浇混凝土结构普遍存在严重的早期开裂现象,其中混凝土楼板对早期开裂最为敏感,因为其厚度小、暴露面积大,水分蒸发损失大,抵抗混凝土收缩的能力相对较小,特别是高层建筑中采用泵送混凝土的现浇楼板裂缝,已成为工程中常见的质量通病[20]。然而,在早期施工阶段使用荷载(包括施工荷载和自重荷载)并未作用于结构,而是通过支撑结构传递。由此可见,使用荷载并不是结构早期裂缝产生的主要因素[21]。而大量实践表明, 90%以上的“早期裂缝”是由结构自身收缩变形大引起的。 混凝土早期收缩裂缝的产生有其必然性。第一,混凝土本身的成分发生了变化:单位立方米水泥用量越来越多,水灰比及水泥细度变得越来越小,各种外加剂如高效减水剂的应用以及磨细掺合料尤其是硅灰的使用。大量研究表明:低水胶比和磨细掺合料的添加使水泥浆体显微结构变得更加密实,混凝土孔隙细化,同时孔隙内水分减少,以致收缩变形增大。在传统混凝土不断朝着高强高性能方向发展的同时,这些成分变化使得混凝土早期水化热和收缩变形增加,这是导致现代混凝土早期开裂日趋增大的客观因素[22];第二,施工工艺发生了较大转变:泵送施工增加了水泥用量和坍落度,同时限制了骨料的粒径和级配。现在一般预拌混凝土的砂率在40%以上,比普通混凝土的用砂量高,石子粒径5~25 mm,比普通混凝土的石子粒径要小,由于细骨料的增多,削弱了混凝土之间的连接能力,增大了早期裂缝产生的可能性。此外,一些施工单位因片面追求工程进度而过于忽视现场浇筑结构的养护工作,这些都或多或少加剧了混凝土早期开裂现象;第三,结构体型以及使用环境方面均变得复杂化、多元化,现代混凝土体积日趋增大,结构形式日趋复杂,使用环境日趋严峻(如海洋环境、高温环境、干湿交替环境),这为混凝土的早期体积稳定性增加了不确定因素,也使得控制混凝土早期开裂的工作面临更大挑战。 针对混凝土的早期开裂问题,不少学者提出了改善措施,其中包括:优化混凝土配合组分即加入低水化热的成分;改善早期养护措施,主要采取一些内部养护的方法,如在混凝土中拌入少量饱水轻骨料,从混凝土内部补充水分,从而有效降低因内部干燥产生的自收缩。需要注意的是,轻骨料的含量应适中,否则会影响混凝土强度;还可以掺入能减少混凝土各种收缩变形的合成纤维;加减缩剂等等。近几年,丹麦学者[23-24]采用在水泥基材料中加入一种引水聚合物颗粒(Super absorbent Polymer,缩写为SPA),通过在搅拌过程中SPA 吸水形成宏观含水物,再随着水泥的水化,被SPA 吸附的自由水释放出来,从内部补充低水胶比混凝土水泥水化需要的水分,以达到减小自收缩的目的。试验室的试验结果表明,SPA 对减小水泥砂浆的自生收缩效果明显。但是目前,这项技术还处于初始研究阶段,其经济性以及引水聚合物对混凝土其他性能如强度、耐久性等的影响还有待研究。 常规混凝土一般采用将胶凝材料(水泥和矿物掺合料)、粗细集料、水等组分先按照一定配合比拌合均匀后再浇筑振捣养护成型的施工工艺。然而,工程中为了保证新拌混凝土的良好和易性,粗集料的含量常常控制在较低水平[25],粗集料的用量通常不会超过1 300 kg/m3,特别是高性能混凝土和预拌混凝土中浆体富余过大,集料的总空隙率通常会达到35%左右,而粗集料的空隙率则接近60%[26]。太多的空隙使得骨料间不能很好的接触而充分发挥其嵌锁和骨架作用,形成“骨料悬浮型混凝土”。这类混凝土在运输及振捣过程中很容易产生离析和泌水等病害,从而加剧了现浇混凝土结构的早期开裂问题。大量试验表明:骨灰比对35 MPa 以上的混凝土强度影响很大。在相同水灰比和坍落度下,混凝土强度随骨灰比的增大而提高,骨料增多后表面积增大,吸水量也增加,从而降低界面过渡区的水灰比,增加界面过渡区的密实程度,且骨料充分接触并有效嵌锁使混凝土强度提高。另外水泥浆相对含量减少,致使混凝土内总孔隙率减少,有利于混凝土抗裂能力的提高。鉴于以上分析,很多学者提出了“粗骨料嵌锁型混凝土”的概念。 |
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