摘要：本文章就混凝土收缩值的影响因素：水泥、水胶比、外加剂、矿物掺和料和纤维品种用量等以及各种因素的影响程度进行了分析讨论。有利于找到提高混凝土抗收缩性能方法以及对抗收缩高性能混凝土的设计和混凝土收缩的理论的进一步研究。
关键词：混凝土收缩；矿粉；膨胀剂；粉煤灰；用水量
引言
现阶段，对混凝土的科学研究重点放在了其耐久性上，混凝土的收缩性能是混凝土耐久性的一个重要方面，也是混凝土实现长期良好性能的前提。过度收缩往往导致混凝土开裂和性能恶化。因此，混凝土的收缩一直是各方关注的问题。对于普通强度、高水灰混凝土的收缩性的研究有助于抗收缩高性能混凝土的设计和混凝土收缩的理论的发展，是因为现阶段我国建筑工程的发展对于混凝土的耐久性和抗裂性提出了越来越高的要求，但是对于混凝土的研究只在低水灰比、高强度混凝土这方面，而大部分的工程使用的混凝土是普通强度、高水灰的。广义上的“收缩”是水土流失而导致体积变小的问题。狭义上的“收缩”则是以线性变形的三维变形。“收缩”实际就是“干燥收缩”的简称，即处于相对湿度小于百分之一百的空气中，但是在环境的影响下，还会有其他各自或同时发生的收缩变形的类别，比如:自收缩、塑性收缩、碳化收缩、化学减缩以及温度收缩等。本文主要是对混凝土的长期收缩性能的几种收缩效应的综合反应的研究，本文根据南京玄武岩湖隧道工程的原材料，系统地研究了水泥与水泥比、矿物掺合剂、添加剂量、纤维量等因素对混凝土收缩值的影响，有利于找到提高混凝土抗收缩性能方法以及对抗收缩高性能混凝土的设计和混凝土收缩的理论的进一步研究。
一、原材料
江南小野田水泥有限公司生产的P•Ⅱ52.5R 硅酸盐水泥； 南京江南粉磨有限公司生产的钟山牌 S95矿渣微粉；华能热电厂生产的:Ⅰ级, 细度 5.2%(45μm筛筛余)的粉煤灰； 细度模数 2.5、 表观密度 2630kg/ m 3 、 堆积密度1560kg/ m 3 的中砂； 5mm ～ 31.5mm 连续级配、表面密度2.75g/cm 3 、 堆积密度 1450kg/cm 3 的石灰岩碎石；长度 30mm、长径比48、端钩型的钢纤维；:PP 改性聚丙烯纤维、单丝束, 长度 19mm、弹性模量 3.5GPa的聚丙烯纤维；江苏省建筑科学研究院生产的JM -Ⅲ引气型(微膨胀、高效减水复合型)、JM -Ⅲ非引气型的外加剂。
二、试验设计
普通混凝土的60天收缩值约为300~400微应变。采用补偿收缩、适量的胶凝材料用量、单位用水量以及水泥用量的方法来减小收缩，满足建设工程的要求。根据研究可知，加入双掺和三掺方式的矿物掺合料能够有效降低水化放热速率和 3d 水化热，并且延迟最高温度的时间以减小温度收缩；降低后期收缩可加入Ⅰ级粉煤灰和磨细矿渣；掺合料的用量与后期收缩成反比，因此，本论题使用活性矿物掺合料进行研究，收缩比的设计如表1所示
注:W ———水；C ———水泥；FA ———粉煤灰；SL ———矿粉；JM 非———JM 非引气型膨胀剂；JM 引———JM 引气型膨胀剂；S———砂子；G ———石子；W /C———水胶比；钢———钢纤维；PP ———聚丙烯纤维；外加剂没有特别注明的使用非膨胀型普通泵送剂。
三、结果与分析
实验采用的样品大小为100mm×100mm×515mm，拆除要在成型后的24小时并确定其初始长度；膨胀值的测量要在20℃以下的水中维持14 天才能确定；并在维持在 20℃、60%相对湿度的标准收缩环境下分阶段测量收缩值。表2显示了收缩试验的结果
1、胶凝材料用量、水泥用量、单位用水量、水胶比对收缩的影响
由表1及图1可知，收缩值与胶凝材料用量、水泥用量、单位用水量以及水胶比成正比，在60天的收缩方面，第2组和第5组的单位耗水量相同，每方30公斤混凝土胶凝材料的使用差异会造成32个微应变收缩差异；第1组 与第2组的胶凝材料的使用量一样，每方20公斤单位耗水量的使用差异会造成28个微应变收缩差异；第3组和第5组相比，添加了0.2的水胶比，使得收缩增加21个微应变。因为水泥石是导致混凝土产生收缩的主要成分，所以增加胶凝材料的用量使得混凝土中水泥石的含量增加，必然会使增大混凝土收缩，同时提高单位用水量也会增大水泥石孔隙率，而使混凝土收缩增大。
2、掺合料品种对收缩的影响
如图2所示，5-8混凝土中6和7的收缩大于5和8。第六组和第八组仅是粉煤灰与矿粉的比例不一样就使60天的收缩极差值达到了40微应变。在5和8中，fa与sl的比例分别约为6:4和5:5，而6和7组分别是单掺杂fa和sl，表明双掺杂粉煤灰和矿粉的混凝土抗收缩效果均优于单掺杂混凝土。实验结果还表明，双掺杂和三掺杂矿物掺合料对延迟后期收缩效果的影响大于单掺杂矿物掺合料。
3、膨胀组分对收缩的影响
如图3所示，在加入30kg/m 3的膨胀成分（9、10、11族）后，7天水保育的膨胀值高于参考组2、4、以及除9异常点外，差异约为70至100微应变。60天收缩值在加入膨胀剂后降低约50至80微应变。
如图4所示，微膨胀剂的使用量对含量为40kg/ m 3 的钢纤维混凝土的收缩影响，60天收缩下降约40微应变要在每立方米混凝土中加入 15kg/ m 3 膨胀剂；加入30kg/m 3膨胀剂，60天的收缩可减少约80微应变，但不添加钢纤维，同样的水胶比，第5组和第11组的收缩也相差约80微应变。说明钢纤维对膨胀剂的减缩作用影响不明显
如图5所示，是膨胀剂对用量为 0.9kg/m 3的聚丙稀纤维混凝土收缩的影响，虽然膨胀剂在水中所维持的混凝土量并没有显示出很大的差异，但是28天和60天的混凝土收缩明显减少。60天的收缩值减少了超过100微应变，这表明pp纤维对膨胀剂的早期膨胀有一定的限制作用，但这并没有削弱膨胀剂的后期减缩作用。
4、引气对收缩的影响
由表1和图6可知，第11组和第12组的其他条件相同。不同之处只是第12组加入了3% 至5% 引气的膨胀剂，第11组加入了非引气膨胀剂。因为引气后的混凝土容重减少，所以收缩增加。
5、纤维对收缩的影响
钢纤维和聚丙烯纤维对混凝土收缩的影响并不一致。这一研究的结果见图7，用于研究的样品都是没有添加膨胀剂的。当纤维使用量为40公斤/立方米时，第14组与第 5 组比较,60天收缩减少67个微应变。然而，13组钢纤维达到了80kg/m 3，并没有起到减少收缩的作用。这可能是由于纤维量大而影响了混凝土的工作性能，导致混凝土结构不致密。
图8是钢纤维对含膨胀剂混凝土收缩的影响。其中膨胀剂的用量为30kg/m 3。与11组和15组相比，在使用钢纤维从0公斤/立方米增加到40公斤/立方米后，60天的收缩减少了68个微应变。这与图7中的第7组和第14组收缩的结果相似，表明增加膨胀剂对钢纤维的抗收缩作用很小。根据3.3的讨论，能够认为膨胀剂和钢纤维的抗收缩作用分别发挥，两者之间没有显著的影响。与图3和图4相比，使用40kg/m 3钢纤维和30kg/m 3膨胀剂具有类似的减缩效果，两者组合效果更好。在本研究的18个样本中，钢纤维和膨胀剂交叉使用的收缩值最小。
图9和图10分别是聚丙烯纤维对无膨胀剂和加入膨胀剂混凝土收缩的影响。由此可见，聚丙烯纤维不但没有减少收缩，而且还略微增加了60天收缩。这也在本研究的早期砂浆收缩试验中得到了证实。在粉煤灰和矿粉复合条件下，聚丙烯纤维在砂浆样品中的抗收缩作用几乎为零。这与一些研究结果不一致，值得进一步验证和讨论。
结束语
综上所诉，混凝土收缩值的影响因素：水泥、水胶比、外加剂、矿物掺和料和纤维品种用量等的影响程度是不同的：混凝土的收缩值随着水泥用量、水胶比、单位用水量、胶凝材料用量的增加而增加；矿粉与粉煤灰的交叉使用的抗收缩效果比矿粉与粉煤灰的单一使用的抗收缩效果明显；膨胀剂和钢纤维两者的抗收缩性不会互相制约，虽然加入这两种材料并交叉使用能更好的减少混凝土的收缩，但是不能够加入过多的钢纤维；本次研究以及早期的研究结果都证明了粉煤灰与矿粉交叉使用， 聚丙烯纤维就不会产生抗收缩作用；混凝土的收缩的增加还与引气组分有关。
参考文献
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[4]重庆建筑工程学院, 南京工学院.混凝土学 .北京:中国建筑工业出版社,2013.
论文作者:胡又平
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/17
标签：混凝土论文; 膨胀剂论文; 用量论文; 应变论文; 水泥论文; 钢纤维论文; 粉煤灰论文; 《基层建设》2018年第25期论文;