水泥砂浆与混凝土干缩的关系

2015-12-08林海明

建材与装饰 2015年48期

关键词：干缩率净浆水泥砂浆

林海明

（桂平市永固混凝土有限公司广西桂平　537200）

水泥砂浆与混凝土干缩的关系

林海明

（桂平市永固混凝土有限公司广西桂平537200）

本文通过试验测定掺与不掺矿物掺合料的水泥砂浆的干缩率及相应混凝土的干缩率，探讨水泥砂浆与混凝土干缩的关系，结果表明：其他条件一定时，不同品种骨料的砂浆与混凝土试件干缩率大小顺序为：砂岩最大，玄武岩和花岗岩次之，且两者相近，灰岩最小。

混凝土；砂浆；干缩

1　引言

水泥基材料处于低湿的环境下因水分散失导致体积收缩称为干缩。干缩是引起混凝土产生裂缝的主要原因之一，干缩开裂使得混凝土结构耐久性下降甚至引起结构破坏。因此，研究水泥混凝土的干缩性能具有十分重要的意义。然而研究混凝土干缩性能时，原料消耗大，配合比设计繁杂，试验工作量大，而混凝土的干缩主要由水泥浆体的干缩引起。针对这个情况，有必要对水泥砂浆及混凝土干缩性能的相关性进行研究，以期通过测定水泥砂浆的干缩来预测水泥混凝土的干缩性能，进而对实际工程中控制水泥混凝土的干缩起到指导作用。

2　试验原材料及方法

2.1原材料

试验采用华润42.5硅酸盐水泥、来宾Ⅰ级粉煤灰、博特JM-Ⅱ减水剂及山西黄河引气剂，4种人工骨料分别为花岗岩、玄武岩、砂岩和灰岩，均取自水电工程现场。骨料品质检测结果见表1。

试验结果表明，4种细骨料均属于中砂（细度模数在3.0～2.3之间），除砂岩与灰岩砂细度模数稍大于规范值外，人工砂和粗骨料的其他性能指标均满足《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）的相应技术要求。

表1　细骨料品质检测结果

2.2试验方法

骨料的品质检测按照《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）的相关规定进行。固定混凝土的水灰比为0.4，粉煤灰掺量35%，砂率32%，单位用水量120kg/m3，减水剂与引气剂的掺量分别为0.7%和0.01%。保持混凝土配合比不变，拌和时不加入骨料，并调节外加剂掺量，控制浆体扩展度在130mm左右，以成型砂浆及净浆试件。砂浆及净浆试件尺寸为25mm×25mm×280mm，试件成型后，放入标准养护室中（温度20℃±5℃、RH≥95%）养护24h后拆模，然后在水中养护48h后取出，用湿布擦去表面水分和钉头上的污垢，并测定试件长度作为初始读数，最后将试件放入干燥室（温度为20℃±3℃、RH为60%±5%）中，分别测定3d，7d，14d，28d，60d，90d的试件长度，试件的干缩龄期以测定基准长度后算起。混凝土试件尺寸为100mm×100mm×515mm，试件成型后，送入标准养护室，48h后拆模，随后送至干燥室进行测长，此长度为试件的基准长度，干缩龄期同砂浆试件。

3　试验结果

定期测试水泥净浆、砂浆及混凝土试件长度，并按式计算干缩率：

St=（Lo-Lt）×（10×6）/L

式中：St为试件t天龄期干缩率，10-6；Lo为初始测量读数，mm；Lt为t天龄期的测量读数，mm；L为试件有效长度，mm。水泥净浆及砂浆试件干缩率试验结果。

4　结果分析和讨论

4.1骨料品种对干缩变形影响

水泥净浆、砂浆及混凝土试件干缩率曲线见图1～2。由图可知，配合比及其他原材料一定时，不同品种骨料的水泥砂浆与混凝土试件干缩率大小顺序为：砂岩最大，玄武岩和花岗岩次之，且干缩率相近，灰岩最小。至90d龄期，混凝土试件干缩率为216×10-6～419×10-6，砂浆试件干缩率为698×10-6～1021×10-6，而净浆试件的干缩率达2016×10-6，显著大于砂浆与混凝土。砂岩骨料试件的干缩率最大，且90d龄期时收缩的趋势并未停止，这对大体积水工混凝土而言是一个危险的开裂信号。

图1　净浆及砂浆试件干缩率曲线

图2　混凝土试件干缩率曲线

骨料对试件干缩变形的“限制作用”明显，且不同骨料的自身性能差异易导致混凝土及砂浆干缩率的不同。资料表明，天然骨料本身一般不收缩，但有些骨料收缩率可达900×10-6，并与用不收缩骨料配制的混凝土收缩率具有相同的数量级。且能收缩的骨料主要是一些辉绿岩与玄武岩，也有一些沉积岩，如硬砂岩和泥岩。而花岗岩、石灰岩和石英岩则基本不具有收缩性。T.W. Reichard的资料也表明，在普通骨料范围内配合比一定的混凝土收缩变化相当大，最大的是砂岩混凝土，最小的是石英岩混凝土，收缩率差值最大达800×10-6。

同时，试件早期干缩增长速率较快，28d龄期之后增长明显放缓。分析原因，早龄期主要是物理作用，可以用“毛细管张力理论”解释。试件从水中或潮湿环境中取出，毛细孔内充满水，转移至干燥室，水就开始蒸发，毛细孔内凹液面的形成及其曲率半径的减小使固相产生压缩弹性变形，从而表现出宏观收缩。28d龄期之后，其主导因素可能是C-S-H凝胶等水化产物的化学作用，同时可能还与“凝胶表面能”以及“吸附-解析”等因素有关。

4.2影响机理分析

分析而言，不同骨料的水泥砂浆混凝土干缩变形的不同，源于骨料自身性能的差异。且骨料不单单是通过力学特性来“限制”混凝土收缩的，玄武岩密度大、强度高、可压缩性小，但其混凝土的收缩变形却大于石灰岩混凝土，G.E.Troxell与T.W.Reichard早在20世纪50年代也发现了这个现象。因此，混凝土的收缩行为是多种骨料特性综合影响的结果。首先分析试验所用不同骨料原岩的形成过程。玄武岩属基性岩浆岩，火山爆发岩浆喷出地表骤冷而形成的硅酸盐岩石，是地壳的主要组成部分之一。花岗岩属于深层的侵入岩；灰岩属于典型的沉积岩；砂岩为石英砂岩，也是沉积岩，由原生物碎屑组成；而玄武岩是喷出型岩浆岩。不同品种骨料原岩的形成过程不同，骨料的孔隙结构及吸水特性也不同。较大的孔隙对骨料后期的吸水不会产生明显的影响，而细小的毛细孔隙的吸水则是一个长期的过程。如果骨料内部存在较多的细小毛细孔隙，其吸水率就会较大且吸水过程漫长，骨料的吸水会使砂浆不断失去水分，从而增大混凝土的自收缩及干缩。本试验采用的玄武岩是喷出型岩浆岩，内部恰恰具有较多的闭口小气孔。因此，初步可推断是骨料内部孔结构所致的长期吸水特性影响了混凝土的收缩行为。骨料的颗粒特性也是影响混凝土收缩行为的因素之一，其他条件不变时，细骨料越细（即细度模数越小）、石粉含量越高，混凝土的收缩越大。但本试验中采用的人工骨料均为机械破碎，粗骨料为二级配，4种细骨料均属中砂、石粉含量在12～14%，因此，本试验中骨料的颗粒特性差异不明显。总的来说，灰岩强度适中、易于加工、骨料粒形好、其混凝土体积稳定性好，是人工骨料的首选；花岗岩也较理想；玄武岩强度高、加工时易产生针片状而导致粒形稍差，且混凝土干缩率稍大；砂岩骨料多孔吸水，拌制的混凝土干缩最大。在工程选择骨料料源时，应针对不同品种骨料对混凝土收缩行为的影响，对大坝的防裂抗裂采取提前预案。