南京工业大学学报自然科学版
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高弯拉强度水泥混凝土早期变形性能研究

【摘 要】本文主要研究了水泥用量、胶凝材料类型、引气量、砂率等因素对混凝土干缩变形的影响。试验结果表明:随水泥用量的增加,混凝土早期干缩变形增大;单掺硅灰的混凝土早期干湿变形大,单掺粉煤灰和混掺硅灰与粉煤灰的混凝土差别不大;3d龄期的混凝土含气量越大,干湿变形也越大;28d龄期以后,在含气量小于6.8%的情况下,干湿变形随含气量的增加而减小,而当含气量达到10%时干湿变形又呈现增大的趋势。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/2/view-5338306.htm
  【关键词】道路工程 水泥混凝土路面 高弯拉强度混凝土 变形 
  1 引言 
  高弯拉强度路面混凝土利用现代混凝土“双掺技术”,即掺加矿物掺合料和外加剂,改善胶凝材料与集料界面过渡区的性质,从而获得较高的弯拉强度。高弯拉强度混凝土水胶比小,胶凝材料多,早期干缩变形大。掺合料和外加剂的使用,也增加了高性能混凝土干缩变形量。因此,“双掺技术”配制的混凝土弯拉强度虽然高,但是其干缩变形量较普通混凝土大,若对胶凝材料用量、掺合料的类型、外加剂掺量和类型控制不当,容易引起高弯拉强度混凝土早期干缩裂缝,导致混凝土路面断板。 
  本文主要研究了水泥用量、胶凝材料类型、引气量、砂率等因素对混凝土干缩变形的影响,便于施工中对材料、混凝土配合比参数等进行合理选择,在提高混凝土弯拉强度的情况下,尽量减小混凝土早期干缩变形量,降低干缩开裂趋势。 
  2 试验条件 
  变形试验在控温控湿箱内进行,通过控温控湿箱的自动调节功能,设定目标温度和湿度过程,检验在外界温度和湿度变化情况下水泥用量对变形的影响。 
  混凝土试件采用100×100×515mm的试模成型,变形测量设备采用千分表支架和千分表,混凝土试件竖放在千分表支架上,上表面中心位置粘贴玻璃片,千分表通过支架上的表夹固定在混凝土试件上方,调整固定表夹的高度,使千分表触杆接触玻璃片,并使千分表读数处于中间的位置,便于测量混凝土试件的伸长或缩短的变形。 
  变形试验过程设定如下:成型后18小时拆模,放入控温控湿箱中。从当前湿度用30分钟升到相对湿度99%,恒定180分钟,读取初值;用30分钟降低湿度到10%,恒定180分钟,读取终值;再用30分钟升高湿度到99%,恒定180分钟,读取初值,如此进行3个循环,见图1。 
  3 水泥用量对混凝土变形的影响 
  3.1混凝土配合比 
  单方水泥用量从200公斤一直到500公斤,除编号为CEMENT200的混凝土外,其他混凝土单方水泥用量增加,用水量保持不变,工作性通过调整减水剂掺量来保证。CEMENT200为贫混凝土,水泥砂浆量少,通常需要保持较大的水灰比。本试验中的水灰比为现场施工常用的水灰比。为了保证工作性,添加了少量的减水剂。混凝土配合比如表1所示。 
  3.2试验结果及分析 
  试验结果如图2所示。该试验所反映的变形值不仅包含湿度变化的影响,而且也包含了混凝土在硬化过程中自身的变形特性,试验值是两者变形的叠加。由于混凝土自身硬化收缩的影响,混凝土变形在湿度下降段的梯度大于湿度上升段的梯度,这主要是因为在下降段变形是干缩变形和自身硬化收缩变形的叠加,而在湿度上升段两者相互抵消。从图中可以看出,随着时间的延长,混凝土的变形量基本上都处于收缩状态,这说明在早期阶段混凝土的硬化收缩占有主导地位,养护并不能控制混凝土自身硬化收缩,而混凝土如果处于良好的养护状态,则可以减小这种收缩的量值或延缓收缩的时间,为混凝土强度增长提高抗裂性提供一定的余地;而如果不养护或养护条件差,那么混凝土的干缩和自身硬化收缩相叠加,很容易导致混凝土开裂。从本次试验结果可以看出,水泥用量越大,混凝土总的收缩性越高。 
  4 胶凝材料类型对干湿变形的影响 
  4.1 混凝土配合比 
  本次胶凝材料选择了4种,其中包括:纯水泥、掺粉煤灰、掺硅灰、复合掺粉煤灰和硅灰。混凝土试验配合比如表2。 
  4.2试验结果及分析 
  试验结果如图3所示。对于不同的胶凝材料种类而言,由于水化机理、水化反应速度、硬化后混凝土内部的微孔结构等不尽相同,干缩变形性能和自身硬化收缩有些差别。从试验结果可以看出,在经历了3个过程的干湿循环以后,掺硅灰的混凝土表现出的收缩值最大;掺粉煤灰和混掺硅灰与粉煤灰的混凝土次之,而且两者变化几乎一致,说明掺加30%的粉煤灰可以改善由掺加硅灰给早期收缩带来的不利影响;纯水泥混凝土早期收缩性最小。各个阶段混凝土试件变化量如表3: 
  综合分析可以看出,单掺硅灰的混凝土收缩受干湿变形影响较大,单掺粉煤灰和混掺硅灰与粉煤灰的混凝土差别不大,纯水泥混凝土相对较小。这说明在干湿变化条件下,尤其是混凝土由高湿度向低湿度变化的情况下,掺硅灰的混凝土面板产生的拉应力最大,纯水泥混凝土面板产生的拉应力相对最小。 
  5含气量对干湿变形的影响 
  5.1混凝土配合比 
  混凝土含气量主要通过调整引气剂掺量进行控制。由于混凝土本身在搅拌的过程中会引入部分气体以及减水剂也具有一定的引气作用,因此,引气剂掺量为0时,混凝土中也有一定的含气量。 
  混凝土试验配合比如表4。 
  5.2试验结果及分析 
  试验结果如图4、图5。图4为含气量对龄期为3d混凝土干湿变形的影响;图5为含气量对龄期为28d混凝土干湿变形的影响。 
  从试验结果可以看出,3d龄期的混凝土含气量越大,早期收缩变形越大,干湿变形也越大,这主要因为含气量大,浆体增多,增加了早期的干湿变形。28d龄期以后,在含气量小于6.8%的情况下,干湿变形随含气量的增加而减小,而当含气量达到10%,干湿变形又呈现增大的趋势。从以上两图的对比可以看出,28d龄期混凝土自身的收缩值远远小于3d龄期混凝土自身收缩值,即早期自收缩变形也非常大。 
  6结论 
  (1) 随水泥用量的增加,混凝土早期干缩变形增大; 
  (2) 单掺硅灰的混凝土早期干湿变形大,单掺粉煤灰和混掺硅灰与粉煤灰的混凝土差别不大; 
  (3) 3d龄期的混凝土含气量越大,干湿变形也越大;28d龄期以后,在含气量小于6.8%的情况下,干湿变形随含气量的增加而减小,而当含气量达到10%,干湿变形又呈现增大的趋势。

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