对高性能混凝土的收缩性实践分析

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　　摘要：收缩性是混凝土所具有的一项及其重要的性质，而对于高性能混凝土而言，由于其水灰比比较低，其自身所用水量远远低于水泥水化所需要的用水量，因此，高性能混凝土的收缩现象也是比较严重的。因此，只有对高性能混凝土的收缩性进行系统的分析，并找到科学有效的防治措施，才能有效控制因混凝土收缩所造成的工程建筑病害，进一步确保工程施工质量。本文将分析高性能混凝土的收缩性，并分析其影响因素，进而对于高性能混凝土收缩的防治提出一些建议。
　　关键词：高性能混凝土 收缩性 分析
　　
　　0 引言
　　混凝土的收缩性，对混凝土结构及性能所造成的不良影响是有目共睹的，例如，收缩可能导致混凝土的开裂，可能使和混凝土结构的承载能力下降，也可能导致混凝土以及钢筋的腐蚀。或者使混凝土的一些功能弱化甚至消失，而高性能混凝土的收缩也不例外。因此，要想使高性能混凝土在建筑施工中发挥更大的作用，并尽可能地避免因高性能混凝土的收缩造成的工程质量病害，就要加强对高性能混凝土的收缩性的研究。
　　1 高性能混凝土的收缩性分析
　　首先，我们都知道，高性能混凝土的水灰比比较低，拌合水量往往无法达到水泥水化的实际用水量，因而，高性能混凝土的水化，将引起较为严重的混凝土自我干燥现象，进而引发高性能混凝土较为严重的自收缩现象，一般强况下，高新更混凝土的自收缩现象往往能达到高性能混凝土整个收缩现象的百分之八十。相反的，高水灰比的混凝土的自收缩很小，甚至是可以忽略不计的，这是因为，与高性能混凝土相反，普通的高水灰比混凝土的拌合用水量往往会远远超过水泥水化的用水量，因而高水灰比的混凝土在水化之后仍能保有一定的水分，从而避免了其自我干燥现象，也就基本上不会产生水泥的自收缩现象。
　　但是，另一方面，虽然高性能混凝土由于其水灰比较大而具有比较严重的自收缩现象，但因为高性能混凝土非常致密，因而一旦高性能混凝土的硬化完成后，其内部的水分是很难蒸发出来，外部的水分也几乎无法进入混凝土内部，因此，高性能混凝土由于水分的蒸发和流失所造成的干缩是非常少的，因而，即使高性能混凝土的自收缩性十分严重，总的来说，其收缩率较普通混凝土来说，还是比较小的。
　　2 影响高性能混凝土收缩性的因素
　　2.1 高性能混凝土的收缩特性
　　混凝土的收缩一般可划分为化学收缩、干燥收缩、塑性收缩三种。
　　2.1.1 化学收缩是指水泥水化后的体积要小于水化前的体积。水泥水化后，固相体积增加，但水泥－体系的绝对体积减小。所有的胶凝材料在水化后都有这个减缩作用，但化学收缩在硬化前不影响硬化混凝土的性质。化学减缩和水泥的组成有关，如掺用活性很高的矿物掺和料如硅灰或超细矿渣，则化学收缩会在一定范围内随其掺量的增加而增加。
　　2.1.2 干燥收缩是指混凝土停止养护后，混凝土内部的水分蒸发引起的混凝土内部凝胶体的失水造成的紧缩，和混凝土中的游离水的蒸发造成的混凝土内部的颗粒收到毛细管的压力作用而导致的混凝土体积的收缩。混凝土的干缩是由表面逐步扩展到内部的，致使表面混凝土承受拉力内部混凝土承受压力；当表面混凝土所受的拉力超过其抗拉强度时，混凝土便产生裂缝。
　　影响混凝土干燥收缩的主要因素是：骨料、水灰比、单位水泥浆体含量。影响混凝土收缩的因素主要是骨料的数量和弹性模量，在骨料数量一定的情况下，混凝土的总收缩量(包括干缩和自收缩)的量不会因水灰比改变而有明显的变化，但浆体的浓度(由水灰比体现)变化会使干缩和自收缩的比例变化。而水灰比对混凝土的干燥收缩有较大的影响早有学者研究。单位体积的胶凝材料用量(即浆骨比)对混凝土干缩有着显著的影响这一点是确定的。混凝土的干缩随着单位体积内胶凝材料用量的增加而增大.
　　2.1.3 塑性收缩发生在硬化前的塑性阶段，是指塑性阶段混凝土由于表面失水速率大于泌水速率而产生的收缩。混凝土在新拌的状态下，拌和物中颗粒间充满水，如果养护不足，会造成毛细管中产生负压，使浆体产生塑性收缩。塑性收缩常伴随着不可见裂缝的发展。
　　混凝土的收缩程度和收缩量主要由混凝土的水灰比、水泥熟料的填料含量的大小、水泥用量、混凝土材料的砂石级配、混凝土的搅拌和振捣方式、以及混凝土的养护和施工时外界及混凝土自身温度的变化等等。
　　对于普通的混凝土来说，其材料一般选用硅酸盐、普通硅酸盐，这使得其收缩量远远大于以矿渣硅酸盐或者火山灰质硅酸盐作为原料的混凝土；普通混凝土的水泥用量往往大于高性能混凝土，而我们知道，混凝土中的水泥用量越大，其收缩量就会越大；而另一方面，混凝土中拌合物中的粗骨料对于混凝土的收缩性是有着抑制作用的，一般来说，混凝土拌合物中的骨料含量越高，混凝土的收缩或者膨胀量就越小，并且，混凝土的砂石骨料配级越好，砂石本身也就越致密，因而其内部的空隙也就相对较少，配置混凝土时所需要的水泥的用量也因此较少，从而，混凝土的收缩量也会较少。而往往普通混凝土的致密度是要远远低于高性能混凝土的；除此之外，上文中已经提到，普通混凝土的水灰比较高性能混凝土而言较大，因而普通混凝土在硬化过程中因吸附水和游离水分的蒸发而产生的收缩量是比较大的。
　　综合上述混凝土本身特性对于混凝土收缩量的影响因素来说，高性能混凝土的收缩性是要小于普通混凝土的。
　　2.2 高性能混凝土拌合物中的原料对于高性能混凝土的收缩性影响分析
　　2.2.1 水泥
　　高性能混凝土的拌合所用的水泥往往是普通硅酸盐42.5以上，主要表现为：早期强度高、水化热大、抗炭化性较差、耐磨性较差，这种混凝土强度较高、弹性模量大，缺乏松弛，因温度收缩、自身收缩和干缩引起的自应力的较大，造成高性能混凝土收缩量的大大增加。
　　2.2.2 掺合料
　　就目前所使用的掺合料而言，如硅粉、磨细矿渣和粉煤灰等，对改善混凝土的性能，特别是提高混凝土的抗裂性、抗蚀性，以至全面提高混凝土的耐久性的确起到了重要的作用；但是，一定要正确使用，否则适得其反。例如，在混凝土中掺加一定量的硅粉，应注意由于早期水化放热量较大、早期干缩较大等特点，必须采取措施，如即时养护等。硅粉混凝土早期开裂似乎比基准混凝土大。因此，建议应对掺合料对混凝土行为的影响进行客观、全面的评价，以找出规律、更新观念，更大程度发挥掺合料的品质。
　　2.2.3 砂子
　　在高性能混凝土拌合的实际施工过程中，所选用的砂子为细砂，而由于细砂的表面积要远远大于中粗砂，砂子之间的空隙也就越大，因而砂子的选择率也就越高，在混凝土的拌合中只有增加水泥的用量才能充分包裹砂子的表面以及填充砂子之间的空隙，而水泥浆含量的增加，必然导致混凝土收缩量的增加。
　　2.2.4 碎石
　　高性能混凝土拌合施工过程中使用的碎石，存在采用两种不同单级配碎石随意混合使用的情况，这造成了碎石粒径不连续，碎石之间空隙较大的情况，与细砂的使用造成的收缩量增大的原理相似，在高性能混凝土的拌合中只有增加水泥浆的用量，才能充分包裹碎石，以及填充碎石之间的空隙，同样的，这也造成了高性能混凝土收缩量的增加。
　　因此，在高性能混凝土的拌合过程中，只有严格按照施工质量要求，以及混凝土配级设计的要求，选用符合高性能混凝土质量和性能要求的砂子、碎石，以及严格控制填料的种类和分量，才能确保避免高性能混凝土出现不必要的收缩。
　　2.3 高性能混凝土生产、施工对高性能混凝土收缩性的影响
　　无论是建设、施工、监理单位，还是商品混凝土生产厂家对混凝土强度指标的控制都比较重视，而对收缩性、抗渗性、耐腐蚀性等特殊性指标基本上没有控制措施或控制措施不到位，一是混凝土拌制时原材料计量不准确，如拌制时未做到盘盘过磅，或为了便于施工随意增加用水量等；二是投料顺序不对、搅拌时间不足、振捣顺序不对、振捣时间不足、漏振等，造成混凝土成份不均匀、气泡含量高；三是施工现场对混凝土的养护时间短，浇水也是间断进行，且无任何覆盖措施，这些都会使混凝土的收缩量大大增加，当然，高性能混凝土也不例外。
　　高性能混凝土是以耐久性为标志的高技术混凝土，所谓高技术，不仅仅指实现混凝土高性能化的材料技术、制备技术，更要强调高性能的施工技术。因而，无论对于高性能混凝土原材料的选择，还是对于高性能混凝土拌合的施工质量，建设项目的管理、监理以及施工部门都要对其进行严格的质量把关，只有这样才能有效控制高性能混凝土的收缩量，进而有效控制工程中混凝土部分的施工质量，从而保证整个工程的施工质量。
　　2.4 温度变化对于高性能混凝土收缩量的影响
　　例如，排除其他因素造成混凝土裂缝的可能，某建筑施工项目的混凝土浇筑在2009年5月到九月，当时的气温高达25摄氏度，而发现混凝土裂缝的时间是2010年的一月到三月，那是的气温大约在-5摄氏度到5摄氏度。由此可见，温度的变化是会引起混凝土的收缩的。
　　而对此情况的避免，仅仅加强对混凝土的拌合以及施工进行控制是远远不够的，只有采取一定的辅助措施，才能实现对温度变化引起混凝土收缩这种情况的避免。
　　3 对高性能混凝土的收缩及其裂缝的防治措施
　　3.1 高性能混凝土的设计控制
　　楼板配筋设计采取双层双向钢筋，通过钢筋约束混凝土的收缩’尽量不设计高标号混凝土板(一般不超过C30)，减少水泥用量从而降低混凝土的收缩量，严格按设计规范设置伸缩缝。
　　3.2 高性能混凝土的原材料控制
　　3.2.1 水泥
　　在进行高性能混凝土的原材料配置时，要尽量选用收缩性比较低的水泥，如普通硅酸盐、硅酸盐等收缩性水泥，并尽量减少粉煤灰的用量，借此来达到降低高性能混凝土整体的收缩量的目的。
　　3.2.2 外加剂
　　掺入聚羧酸系高效减水剂。在保证混凝土拌合物所需流动性的同时，尽可能减低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙率，特别是毛细管孔隙率大幅度减低。许多研究表明，当水灰比减低到0.38以下时，消除毛细管孔隙率的目标就可以实现，而掺入聚羧酸系高效减水剂，完全可以将水灰比减低到0.38以下。
　　3.2.3 掺合料
　　在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成，从而达到消除游离石灰的目的，使得水泥石结构更为致密，这对于增进混凝土的耐久性及强度有着本质的作用。
　　3.2.4 砂子
　　如果使用特细砂进行高性能混凝土的配制，就要注意尽量选择低砂率，配制流动性较低的高性能混凝土，就是说，通过减少水泥以及水在高性能混凝土配制中的使用量，从而尽量减少高性能混凝土的收缩量，以防止高性能混凝土产生裂缝。
　　3.2.5 碎石
　　要实现对高性能混凝土收缩量的有效控制，就要调整混凝土拌合料中碎石的级配。应选用二级或多级级配，其松散堆积密度宜大于1500Kg/m3，紧密孔隙率应小于40%。与级配良好的碎石相比，两种粒径或者单粒径的的碎石的空隙是比较大的，这是造成混凝土版和过程中水泥用量增加以及高性能混凝土收缩量增加的一个重要原因。因而，在对作为高性能混凝土的混合料的碎石进行选择时，要尽可能的选用级配良好的、连续粒径的级配碎石，如果天然的级配碎石无法达到施工设计要求时，就需要采取必要的人工措施，进行碎石的配置。
　　3.3 高性能混凝土施工质量控制
　　3.3.1 原材料配比
　　按照建设、监理部门所下达的施工要求，使用较精确的计量工具，确保高性能混凝土的原材料是严格按照施工设计的配比要求进行配置的。
　　3.3.2 搅拌和振捣
　　严格按照施工技术要求的顺序进行搅拌和振捣，并注意控制每个工序的持续时间，力求混凝土的密实无气泡。
　　3.3.3 养护
　　在高性能混凝土的施工和硬化尚未完全完成时，要加强对混凝土的养护，主要目的是为了保持混凝土表面的湿润，一般来说，养护时间不应低于14天，可使用养生液对混凝土进行养护。
　　3.3.4 拆模
　　一定要避免过早的拆模和过早的加载，在混凝土尚未完全成型前。对其进行拆模和加载都有可能造成其开裂，因而，对混凝土的拆模时间和加载时间一定要进行严格的控制。
　　总而言之，高性能混凝土的收缩性是受混凝土本身的收缩特性、混凝土拌和原材料、混凝土的拌合施工质量以及环境温度多方面影响的。要正确认识高性能混凝土，不要将其看成是一个混凝土的品种而机械地搬用配合比。高性能混凝土的实现并不是仅仅依靠配合比，而是需要从涉及到施工的全面配合才能达到的。工程实践表明，混凝土耐久性往往与其开裂行为密切相关；建立统一规范的开裂评价体系是必要的，以综合评价混凝土的开裂行为，进而预测其耐久性。综合各方面性质对各种混凝土的收缩性进行比较，高性能混凝土的总收缩量较普通混凝土来说还是比较低的，然而，如果能对混凝土各原材料、混凝土施工以及对混凝土的养护加以严格的质量控制，还能够最大程度地减少高性能混凝土的收缩量，和避免混凝土裂缝的产生。因而，选择优质的高性能混凝土，并在混凝土施工的各个环节进行严格的质量把关，必然会达到较为理想的混凝土施工效果。
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