高强与高性能混凝土06收缩综述
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高强混凝土我国通常将强度等级超过C50的混凝土称为高强混凝土(HSC);抗压强度在100Mpa的称为超高强混凝土(SHSC)特点有效地减小结构自重;大幅度提高混凝土耐久性;减少掺料用量及建筑成本,降低生产、运输和施工能耗。
混凝土高强化的技术途径1、从混凝土工程学角度搅拌用水量要少;浇筑捣实要充分;混凝土硬化后要充分养护2、从材料学的方面材料的组成,内部结构及其对混凝土材料性能(包括流动性,强度和耐久性)的影响;考虑混凝土内部的界面结构与孔结构对强度与耐久性的影响一胶凝材料高强混凝土所用的胶凝材料主要有一般水泥、特种水泥和超细矿物掺合料。
(一)一般水泥1、品种与强度等级要求:42.5及以上的硅酸盐或普通水泥。
2、品质要求:具有较高的C3S含量,细度为350~400 m2/kg。
(二)特种水泥(国外)特种水泥主要包括两类:调粒(级配)水泥和球状水泥。
1、调粒(级配)水泥将水泥组成中的粒度分布进行调整,提高胶凝材料的填充率;掺入部分粒径较大的水泥粗料和超细矿粉,以获得最密实的填充。
2. 球状水泥所谓球状水泥,是将水泥粒子加工成球形,而不是传统水泥的碎石型,这种水泥可以使混凝土达到高流动性,高强度及高耐久性。
球状水泥的性能粒径3~40μm,粒度分布较窄,水化放热速率峰值及总放热量低;对相同配合比的混凝土,采用球状水泥和采用普通水泥对比,其混凝土坍落度由0提高至165mm;28天强度提高10%;碳化深度减小8mm。
(三)超细矿物掺合料1、掺合料的品种硅粉、粉煤灰、磨细的矿渣粉、沸石粉等。
2、掺合料的作用滚球润滑作用-----改善混凝土的和易性微集料作用-----降低混凝土的孔隙率胶凝材料及火山灰作用------改善水化物组成与过渡区的微观结构.二、高效减水剂高强混凝土常用减水剂包括萘系高效减水剂、聚羧酸减水剂、三聚氰胺、氨基磺酸盐类。
聚羧酸系高效减水剂是由含有羟基的不饱和单体和其他单体共聚而成,使混凝土在减水、保坍、增强、收缩及环保方面具有优良的性能。
摘要自我国改革开放以来,国家迅速的发展,一步步的走向现代化,与此同时我国的建设规模也在不断的壮大,那么如何保证建筑工程质量以及使工程能长久的安全使用下去,必将是各级政府和社会各界广泛关注的焦点。
大量的土木工程建设当中,混凝土的应用面是非常之广,使用次数很多。
特别是近几年来,一种新兴的混凝土技术出现并运用到很多工程顼目中而且迅速的发展着,那就是高性能混凝土。
高性能混凝土(High Performance Concrete,HPC) 具用许多优点,如具有高高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等,正因为这些优良的特性,被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土,有许多的重要工程开始采用HPC,尤其是在海港建筑、高层建筑、桥梁等工程。
本文主要围绕高性能混凝土的发展历史背景和目前国内外的研究现状展开研究的,文章主要介绍了什么是HPC、HPC所具有的特性,枚举了一些有关HPC 在国内外研究领域应用中的主要成就,并展望了HPC的未来发展趋势。
近几年来,我国建筑逐渐向大型化、高层化、现代化迅速迈进,以此来看,新世纪的重要建筑工程材料必将是HPC。
关键词高性能混凝土;定义;特性;发展趋势AbstractSince China's reform and opening up, the rapid development of the country , a step toward modernization , while the size of the building is constantly growing, so how to ensure the quality of construction so that the project can be a long and safe use of it, is bound to each levels of government and community-wide focus. Among a large number of civil engineering construction , concrete application surface is very wide, use many times . Especially in recent years , an emerging concrete technologies emerge and applied to many engineering Xu heads and rapidly developing , and that is high performance concrete .High Performance Concrete (High Performance Concrete, HPC) with with many advantages, such as having a high durability , high resistance, high strength and high dimensional stability , etc. , because these excellent features , is considered the world's currently most performance comprehensive concrete, there are many important projects began to use HPC, dragon which is in the harbor building , high-rise buildings, bridges and other projects.This paper mainly focus on the historical background of the development of high performance concrete research status at home and abroad and the commencement of the study , the article describes what is HPC, HPC has the characteristics enumerated some of the HPC research at home and abroad of the main areas of application achievements and prospects for the future development trend of HPC . In recent years, China's building gradually to large-scale , high-rise , modern fast forward, this point of view, an important construction materials in the new century will be an HPC.Key words:Characteristics; development trend of high-performance concrete; define目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (5)第二章 HPC的产生原因和发展现状 (6)2.1产生原因 (6)2.2 发展现状及发展趋势 (7)第三章 HPC的性能特点和应用研究 (8)3.1 HPC的定义 (8)3.2 HPC的特性 (9)3.3 HPC应用和发展中所遇到的问题 (10)第四章 HPC的质量与施工控制 (11)4.1 HPC原材料及其选材 (11)4.2 HPC的施工控制 (12)第五章 HPC的特性 (14)5.1 高工作性能 (14)5.2 高耐久性能 (15)5.3 其他性能 (15)第六章绿色HPC (16)6.1 开发绿色HPC 的必要性 (16)6.2 有关绿色HPC的可性行 (17)6.3 关于绿色HPC的发展 (17)第七章 HPC的发展 (19)第八章结论 (21)致谢 (22)参考文献 (23)第一章绪论自从1824年波特兰水泥的出现,混凝土材料到现在已有100多年的历史了,经历了低强度、中等强度、高强度乃至超高强度的发展历程,由普通混凝土向高性能混凝土发展。
高性能混凝土低收缩标准一、引言高性能混凝土(High Performance Concrete,简称HPC)是一种具有优异性能的混凝土,通常用于桥梁、高层建筑、隧道、水利水电工程等重大工程中。
低收缩是HPC的重要技术指标之一,本文将从材料、配合比、养护等方面探讨HPC低收缩标准。
二、材料标准1.水泥选用普通硅酸盐水泥时,其28d抗压强度不低于42.5MPa,且其晶体形态以多晶体为主,控制熟料中C3A和C4AF的含量,以减少水化热,同时控制熟料中游离氧化钙含量,以减少收缩。
2.细集料细集料应选用强度高、吸水率低的天然石英砂或精制的石英粉,粒径不超过0.315mm,其含泥量不超过0.1%。
3.粗集料粗集料应选用强度高、硬度大、弹性模量高的麻石或花岗岩,粒径应控制在20~25mm之间。
4.外加剂应选用优质的高效减水剂、缓凝剂、膨胀剂等外加剂,并严格按照使用说明进行加入。
三、配合比标准1.水灰比控制水灰比在0.25~0.35之间,以保证混凝土强度和流动性。
2.细集料含量细集料含量应控制在30%~40%之间,以保证混凝土的流动性和稳定性。
3.粗集料含量粗集料含量应控制在40%~50%之间,以保证混凝土的强度和耐久性。
4.外加剂掺量外加剂掺量应根据混凝土性能要求和使用说明进行控制。
四、养护标准1.养护时间混凝土浇筑后应立即进行养护,养护时间应不少于14天,以保证混凝土的强度和稳定性。
2.养护方法养护应采用湿润养护法,即在混凝土表面覆盖湿润的麻袋或塑料薄膜,以保持混凝土表面湿润状态,防止混凝土过早干燥收缩导致开裂。
3.养护环境养护环境应保持稳定,避免大幅度温度变化和风吹日晒等恶劣环境对混凝土的影响。
五、总结HPC低收缩标准是保证HPC性能的重要保障,本文从材料、配合比、养护等方面探讨了HPC低收缩标准,希望对工程建设中的HPC应用有所帮助。
高性能混凝土低收缩标准一、前言高性能混凝土低收缩标准是指在高性能混凝土材料中降低收缩率的标准要求。
收缩率是指混凝土在硬化过程中由于水分蒸发或水化反应引起的体积缩减率。
低收缩率是高性能混凝土材料应满足的一个重要指标,因为收缩率高会导致混凝土结构的开裂和变形,从而影响混凝土结构的使用寿命和安全性能。
本文将针对高性能混凝土低收缩标准进行全面的具体的详细的分析和讨论。
二、高性能混凝土低收缩标准的内容高性能混凝土低收缩标准的内容主要包括以下几个方面:1.收缩率的测定方法高性能混凝土低收缩标准中对收缩率的测定方法有明确的规定。
目前常用的测定方法包括直接观测法、位移传感器法、应变计法和干燥收缩试验法等。
其中,位移传感器法和应变计法是比较常用的方法,它们可以对混凝土的收缩变形进行实时监测,测量精度较高。
2.收缩率的限制要求高性能混凝土低收缩标准中对收缩率的限制要求也有明确的规定。
一般来说,高性能混凝土材料的收缩率应该控制在0.05%以下,特别是在大体积混凝土结构中,收缩率的限制要求更加严格,应控制在0.02%以下。
此外,高性能混凝土材料的收缩率应在28天龄期内测量。
3.材料配合比的要求高性能混凝土低收缩标准中对材料配合比的要求也非常重要。
为了降低混凝土的收缩率,应根据混凝土中各种材料的特性进行合理的配合。
例如,在混凝土中添加适量的外加剂可以有效地降低混凝土的收缩率,同时提高混凝土的强度和耐久性。
4.混凝土施工的要求高性能混凝土低收缩标准中对混凝土施工的要求也非常重要。
施工过程中应注意混凝土的浇筑和养护,尽量避免混凝土的干缩和裂缝。
在施工过程中应控制混凝土的水泥含量和水灰比,避免混凝土过于粘稠或过于干燥,从而影响混凝土的强度和收缩率。
三、高性能混凝土低收缩标准的应用高性能混凝土低收缩标准的应用非常广泛,主要包括以下几个方面:1.建筑结构高性能混凝土材料的低收缩率是建筑结构设计和施工中必须考虑的一个重要指标。
在建筑结构中,高性能混凝土低收缩标准的应用可以有效地降低混凝土结构的开裂和变形,从而提高其使用寿命和安全性能。
高强高性能混凝土技术2.2.1 技术内容高强高性能混凝土(简称HS-HPC)是具有较高的强度(一般强度等级不低于C60)且具有高工作性、高体积稳定性和高耐久性的混凝土(“四高”混凝土),属于高性能混凝土(HPC)的一个类别。
其特点是不仅具有更高的强度且具有良好的耐久性,多用于超高层建筑底层柱、墙和大跨度梁,可以减小构件截面尺寸增大使用面积和空间,并达到更高的耐久性。
超高性能混凝土(UHPC)是一种超高强(抗压强度可达150MPa以上)、高韧性(抗折强度可达16MPa以上)、耐久性优异的新型超高强高性能混凝土,是一种组成材料颗粒的级配达到最佳的水泥基复合材料。
用其制作的结构构件不仅截面尺寸小,而且单位强度消耗的水泥、砂、石等资源少,具有良好的环境效应。
HS-HPC的水胶比一般不大于0.34,胶凝材料用量一般为480~600kg/m3,硅灰掺量不宜大于10%,其他优质矿物掺合料掺量宜为25%~40%,砂率宜为35%~42%,宜采用聚羧酸系高性能减水剂。
UHPC的水胶比一般不大于0.22,胶凝材料用量一般为700~1000kg/m3。
超高性能混凝土宜掺加高强微细钢纤维,钢纤维的抗拉强度不宜小于2000MPa,体积掺量不宜小于1.0%,宜采用聚羧酸系高性能减水剂。
2.2.2 技术指标(1)工作性新拌HS-HPC最主要的特点是粘度大,为降低混凝土的粘性,宜掺入能够降低混凝土粘性且对混凝土强度无负面影响的外加剂,如降粘型外加剂、降粘增强剂等。
UHPC的水胶比更低,粘性更大,宜掺入能降低混凝土粘性的功能型外加剂,如降粘增强剂等。
混凝土拌合物的技术指标主要是坍落度、扩展度和倒坍落度筒混凝土流下时间(简称倒筒时间)等。
对于HS-HPC,混凝土坍落度不宜小于220mm,扩展度不宜小于500mm,倒置坍落度筒排空时间宜为5~20s,混凝土经时损失不宜大于30mm/h。
(2)HS-HPC的配制强度可按公式f cu,0≥1.15f cu,k计算;UHPC的配制强度可按公式f cu,0≥1.1f cu,k计算;(3)HS-HPC及UHPC因其内部结构密实,孔结构更加合理,通常具有更好的耐久性,为满足抗硫酸盐腐蚀性,宜掺加优质的掺合料,或选择低C3A含量(<8%)的水泥。
高强混凝土的研究与应用高强混凝土是一种具有高度抗压强度和耐久性的混凝土,它由高品质的材料和适当的配比制成。
近年来,随着建筑和工程技术的不断发展,高强混凝土的研究和应用也逐渐得到了广泛关注和应用。
一、高强混凝土的特点高强混凝土与普通混凝土相比具有以下显著特点:1.高强度:高强混凝土的抗压强度在60MPa以上,是普通混凝土的两倍以上,因此可以承受更大的荷载。
2.耐久性强:高强混凝土具有优异的耐久性能,能够长时间承受自然环境和化学腐蚀的侵蚀。
3.施工性好:高强混凝土的流动性好,易于浇筑,能够保证施工的顺利进行。
4.节能环保:高强混凝土的生产过程中使用的材料少,能够减少能源消耗和空气污染。
二、高强混凝土的研究高强混凝土的研究主要分为以下几个方面:1.材料研究:高强混凝土的材料选择是影响其性能的关键因素之一,目前常用的材料有高性能水泥、粉煤灰、细集料、超细颗粒材料等。
2.配合比设计:高强混凝土的配合比设计是保证其强度和耐久性的关键,需要在保证强度和耐久性的前提下,合理选择材料比例和水胶比。
3.混凝土性能测试:通过对高强混凝土的试验,可以评估其强度、抗裂性、抗渗性、耐久性等性能。
4.工程应用研究:高强混凝土的工程应用研究是将其理论研究与实践相结合,通过实际工程应用验证其性能和可行性。
三、高强混凝土的应用高强混凝土的应用范围非常广泛,可以应用于以下领域:1.高层建筑:高强混凝土能够承受更大的荷载,因此可以用于高层建筑的主体结构。
2.桥梁工程:高强混凝土的耐久性强,能够承受苛刻的自然环境和化学腐蚀,因此可以用于桥梁工程的主体结构、墩台、桥墩等部位。
3.水利工程:高强混凝土的抗渗性好,能够有效地防止水渗漏,因此可以用于水利工程的隧道、堤坝、水库等部位。
4.地下工程:高强混凝土的抗压强度高,能够有效地防止地下工程的塌陷和变形,因此可以用于地铁、地下车库等部位。
四、高强混凝土的施工技术高强混凝土的施工技术需要注意以下几个方面:1.材料的质量控制:需要对高强混凝土的原材料进行质量控制,确保其符合设计要求。
高强高性能混凝土——混凝土技术发展方向摘要:近些年,建筑工程安全事故时有发生,绝大数是由混凝土质量缺陷导致的。
破局的有效方法是,推进混凝土技术发展。
发展方向有很多,其中就包括高强高性能混凝土的研发与应用。
为此,本文从特点、优势入手,对原材料选择、配合比设计、施工要点进行深入分析,希望能给大家带来一些参考与启发。
关键词:高强高性能混凝土;原材料;配合比;施工要点;具体应用前言近年来,党和国家大力倡导以质量引领发展的理念,这无疑为建筑业发展指明了方向。
混凝土对建筑工程就好比骨骼对人体,其重要性不言而喻,因此要给予重点照顾。
高强高性能混凝土是未来发展方向,广大建筑人只要明确目标,坚定脚步,就能早日得到优良产品。
将高强高性能混凝土运用到工程中,打造出“坚不可摧”的建筑物,为人民谋福祉。
一、高强高性能混凝土的特点及优势第一,高强度。
混凝土的强度等级不低于C40,不高于C80,强度等级比较高,意味着混凝土的弹模也会随之升高,将其应用在建筑工程中,可以获得三点好处,一是进一步减小结构构件的截面尺寸,二是大幅降低原材料的使用量,三是把工程成本控制在可接受范围内。
按要求养护28天后,混凝土抗压强度的最小值有65MPa,最大值有120MPa。
抗压强度如此之高,不均匀沉降、坍塌等现象的出现概率自然而然会降低。
第二,高耐久性。
与常规混凝土进行比较,高强高性能混凝土的密实性更好,抗渗性和抗冻性会更高[1]。
内部牢不可破,无惧外界风雨,使用寿命自然而然会延长,幅度还不会太小。
第三,高流动性。
在配置高强高性能混凝土时,大多会使用高效减水剂。
加入高效减水剂后,混凝土坍落度就可被控制在200毫米至250毫米范围之间。
此时的混凝土,流动性比较高,浇筑起来方便了不少。
第四,高体积稳定性。
与常规混凝土进行比较,高强高性能混凝土的用水量、水泥量都很少,而集料的弹性模量却很高,进一步提高了密实性和强度等级,从而具有更高的体积稳定性。
正因如此,高强高性能混凝土才被用于高荷载、大跨度的建筑工程中。
高强与高性能混凝土06收缩综述P. C. Aïtcin, A. M. Neville, and P. Acker“收缩”看起来似乎就是混凝土失水造成体积缩小的简单现象。
严格地说,它是三维变形,但通常以线性变形表示,因为大多数情况下,混凝土构件一个或两个方向的尺寸往往要比第三个方向小很多,尺寸最大的方向上收缩也最大。
通常所谓收缩,是混凝土暴露在相对湿度小于100%的空气中产生“干燥收缩”的简称。
然而由于环境的作用,混凝土还会产生许多其它种类的收缩变形,它们彼此独立地发生或者同时出现。
文章提出了一些建议,以便尽量减小混凝土,尤其是高性能混凝土,由于收缩带来非常有害的结果。
硬化混凝土发生的干燥收缩是大家所最熟悉的。
按照时间顺序来划分,干燥收缩发生之前,即混凝土尚处于塑性状态时产生的收缩是塑性收缩。
通常,水分是往大气蒸发的,但也有可能被结构物下面干燥的混凝土或土壤所汲取。
其次,硬化混凝土的收缩变形,还由于水泥水化的进行所导致。
因为这种收缩发生在混凝土体内,与周围介质不相干,常称之为“自干燥收缩”(self-desiccation shrinkage)。
表示该收缩现象的另一个术语是“自身收缩”(autogenous shrinkage),在这里用该术语是为了与所有有关收缩的称呼相对应,偶尔也称其为“化学收缩”。
收缩变形还会自混凝土凝固,即构件体积与重量不再变化时,因温度下降而产生,这里称其为热收缩。
此外,水化水泥浆,在有水分存在时,与大气里的二氧化碳反应,要产生碳化收缩。
上述各种收缩,或某几种收缩同时产生时,它们的和称为总收缩。
为了充分地认识各种收缩的机理,首先要了解水泥的水化及其物理、力学与热力学作用,在此基础上才可能采取适当的方法,以减小各种收缩或者减轻它们造成的后果。
所谓水泥的水化,是硅酸盐水泥与水发生化学反应时出现几种现象的总称。
该反应生成有粘结力与粘附性的固相——水化水泥浆——混凝土产生强度的基图1—水化“永恒的三角”:强度、热和水化本成分。
水化反应放热并使水泥浆体系的体积减小。
因此,强度的发展是与水泥浆体系放水泥浆体系体积减小热和体积减小两者相伴随产生的。
图1所示为这种无休止的三角形,以强调这三种相互伴随现象的本质。
其中两者——放热与水泥浆体系体积的减小可能会有害,然而工程师们已经懂得在混凝土结构中如何去处理。
如果一种混凝土材料水化时要膨胀,同时温度降低,工程师的任务无疑要困难得多。
虽然“水泥的水化”和水泥的“水化热”这些术语已经通用,但如果不了解硅酸盐水泥是一种多相材料,其组成可在很大的范围内变动,也可能会产生误导。
现在硅酸盐水泥常与其他胶凝材料一起使用,情况就更加复杂化。
加之,所有这些化学反应都是放热的,一致结果是混凝土温度上升,除非外部能够吸热,形成恒温甚至降温。
硅酸盐水泥的组成主要是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。
硫酸钙也必须加到水泥熟料里,以避免铝酸三钙水化过快。
硅酸盐水泥还含有一些微量矿物与不纯物,例如硫酸钾、游离石灰、未反应的二氧化硅和氧化镁,它们的影响不是总可以忽略的。
谈到水化,两种硅酸钙很可能生成同样产物:硅酸钙水化物(根据化学计算方法不定或可变的比例,缩写为C-S-H)与氢氧化钙,通常称为氢氧钙石。
铝酸三钙,在有硫酸钙和水存在时反应生成钙矾石;当硫酸盐消耗完后,生成亚稳的单硫型硫铝酸盐,最后生成稳定的铝酸盐水化物CAH。
至于铁铝酸盐,它也与硫酸钙反应,但比铝酸盐缓慢,生成36硫铝酸钙与硫铁酸钙,最后产物是CAH和CFH。
3636混凝土产生的热量和强度发展受几个因素影响,主要是硅酸盐水泥四种主要矿物的比例、水泥比表面积、混凝土初始温度、水化过程中的环境温度和混凝土构件的大小与形状(控制热量向外流动的性质)。
由于强度增长与温度上升是受同一参数影响的,因此强度发展可以通过温度的变化来评价,这就是成熟度仪的原理。
从图1的循环三角形,向反方向,即温度的发展可依据强度来估计,但这没有什么实用价值。
特别需要注意的是混凝土在凝结时的温度对其强度的影响,因为在这时候混凝土体的尺寸大小固定了。
由于硅酸钙占硅酸盐水泥的绝大部分,在它们水化时体积的变化显得非常重要。
然而,伴随的是整个水化水泥浆体系体积的减小。
若体积为C的干水泥粉与体积为W 的水反应,水是非蒸发水(即或多或少化学结合了),水化产物体积为P,则P < C+W。
水化水泥浆体系体积大小减小多少,也就是说:固相水化产物与充满水的凝胶空间之和(但排除毛细孔的体积)存在着不确定性。
100多年前,Le Chatelier估计:体积的减小为未水化水泥和水(预计要成为水化水泥浆体系的一部分)占据空间的8%~12%。
近50年前,Powers发现:体积减小为非蒸发水体积的0.254。
他还发现:非蒸发水大约占无水水泥重量的23%(水泥密度以3.15计),而水化水泥浆的孔隙率为28%。
因此体积的减小(考虑100克干水泥粉完全水化)可以计算如下:干水泥重=100g干水泥的绝对体积=100/3.15 = 31.8ml非蒸发水重 = 23 g固相水化产物的体积= 31.8+0.23×100(1-0.254)= 48.9 ml凝胶水体积W 是从W/(48.9+W)= 0.28,其中W = 19.0 ml因此,水化水泥浆体系的总体积为:48.9 + 19.0 =67.9 ml将该值与未水化水泥浆(31.8 ml)、非蒸发水(23 ml)及凝胶水(19.0 ml)的体积,总计为73.8 ml相比较,得知水化水泥浆体积的减小为:73.8 –67.9 /73.8=8.0 %,所得到的自身收缩与Le Chatelier估计体积减小的下限相同。
该体积减小体现为水化水泥浆中到处分布的空毛细孔。
值得注意的是:由于水化产物只能在充满水的空间生成,毛细孔体系中只有部分水可用于水化。
为了水化进行,必须有充足的水分存在,部分提供化学反应,部分填充凝胶孔。
因此,如果水灰比(W/C)为0.42(如上例所示)或更大,水泥就能充分水化;如果W/C较小,水化过程将没有足够水分让毛细孔的固相表面饱和,当毛细孔蒸发压降到饱和压力的0.8以下时,水化将会中止,这就是自干燥作用,但它只有在混凝土与外界水分来源隔绝时才会发生。
当混凝土构件密封良好时,可以看作与外界隔绝,事实上,大体积混凝土的内芯就属于这种情况。
在这样的条件下,就会发生Le Chatelier 或Powers 所说的已水化水泥浆体系体积减小。
另一方面,如果水分可以从外面进入正在水化的水泥浆里,水化就会继续进行,直到没有足够空间容纳水化产物为止(请记住:P>C),这种情况发生在W/C小于约0.38的时候。
存在残余的未水化水泥并没有什么不好,实际上它是很好的,只是昂贵一些的“骨料”。
因此,当混凝土始终保持湿养护,毛细孔总是充满水,水化就会不间断地进行,从图1可以得知:强度在增长,热量在产生,而水化水泥浆体系的体积在减小。
现在来看一下水泥水化时伴随发生的另外两个作用:一个是力学作用,即强度的发展;另一个是从热力学的观点出发,产生了热量,就与热收缩相关。
虽然混凝土强度随时间图2 绝热条件下水泥浆体的抗压强度、温度和体积增长是众所周知的,然而增长的随时间的变化基本原因并没有弄得很清楚。
尽管用扫描电子显微镜可以观察到混凝土硬化时的相变,但产生强度的主要产物,即C-S-H,早就知道是成层状的,至今对两种密切相关的硅酸盐——水化铝硅酸盐和水化镁硅酸盐——仍然没有清楚的认识。
而且,对单个C-S-H结晶是怎样联系在一起并赋予水泥浆,并最后赋予混凝土强度的原因也没有搞清楚。
重要而且也可以阐述清楚的,是只要在一段时间里产生了强度,就伴随着热的产生、伴随着水化水泥浆体系体积减小。
产生热并不一定意味着温度升高,取决混凝土的热力学条件;同样,水化水泥浆体系体积的减小也并不一定导致整体体积收缩,取决于养护条件。
如果混凝土试件密封着,并且在绝热条件下养护,那么这段时间里强度变化(增长)、温度变化(上升)和水化水泥浆体系体积变化(减小)都在数量上遵循住着同一条曲线(如图2所示)。
水泥水化总伴随着热量产生,导致混凝土温度上升。
但温升大小取决一系列因素,包括水泥用量、水泥品种、骨料的热性质、混凝土浇筑时的温度、环境温度、养护的热力学条件和混凝土构件的尺寸与图3 结构混凝土的温度变化形状。
从热力学角度来看,存在两种极端:恒温养护(即温度恒定)与绝热养护(不与外界发生热交换),实际混凝土是处于这两种极端条件之间的。
通常,在一段短时间里温升可以忽略,随后温度上升,或快或慢,或急剧或和缓,最后一段长时间里混凝土的温度逐渐降低,直至与周围温度相等。
温度变化如图3所示,它对于选择适当的养护方法,抵消不同类型的收缩会很有用。
为了清楚起见,特定义混凝土的表观体积为其外表面下所包容的体积,而不考虑它的内部结构或孔隙;固相体积为固相占据的表观体积部分。
在水化水泥浆里,固相由未水化水泥和水化产物,包括凝胶孔(充满水)所组成,但不包括毛细孔在内(无论其充满水或空敞);在混凝土中,固相还包括骨料(假设其孔隙率为0)。
当固体的重量不变时,在水泥不断水化的条件下,所占据的体积是可变的;另一方面,当混凝土受干燥作用时,水化减缓,失水导致表观体积因干缩而减小;表观体积的变化还由于温度变化所引起:混凝土有一热膨胀系数,水泥浆则要比它大得多。
在初龄期混凝土中,固相体积的减小可能会伴随表观体积增大,这是图4 不同尺寸混凝土棱柱体暴露在55%相对湿度时的失水(以总拌合水的百分数表示)。
当可渗透的混凝土浸没水中,自身收缩伴随着水进入毛细孔产生的膨胀(与干缩相反),对-6于混凝土它大约在150×10,水泥浆还要大得多。
产生自身收缩而伴随或没有伴随干缩的情况有重要的实际意义,在本文下面将讨论到,但只要混凝土受到干燥,即使在很早期,也要产生干缩。
自身收缩可能同时伴随有干缩,也可能没有,注意它所包含的各种现象很重要。
干缩是由于水从已水化水泥浆的毛细孔向外蒸发所造成,毛细孔的一端暴露在空气里,空气的湿度小于毛细孔内的湿度,毛细孔里的水称作自由水。
孔径越小的毛细孔维持自由水的力越大,因此失水率趋于减小,如图4所示。
从图4可以看出:失水率,以混凝土表观体积的百分数表示,当混凝土构件的表面积与体积之比越小,它也就越小。
影响失水率大小的其它因素包括混凝土孔隙率、水化水泥浆的毛细孔特性,如孔径大小、形状及其连续性,如上所述,周围空气的相对湿度也是一个因素。
实际上,引人关注的并不是干缩本身,而是由于它会引起开裂。
水化了的水泥浆只有当毛细孔张力导致的拉应力超过混凝土的局部抗拉强度,裂缝才会产生。
自身收缩也可能以类似方式造成开裂。
但是这两种情况是有差别的:自身收缩在混凝土体内各向同性地发展,因为水泥颗粒在空间是均匀地分布的;而干缩只发生在表面,且只有当混凝土暴露在非饱和空气里才会产生。