高性能混凝土的自收缩与干燥收缩

高性能混凝土的自收缩与干燥收缩

高性能混凝土的自收缩与干燥收缩”

李家和１刘铁军２欧进萍２

／１哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨，１５０００６＼Ｉｌ

＼２．哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨，１５００９０／

【摘要】讨论了高性能混凝土干燥收缩与自收缩之间的关系，建立了干燥收缩与

自收缩同时发生的复合收缩模型，给出了干燥复合收缩的定义；采用两种测试方法测

定了普通混凝土和高性能混凝土的干燥复合收缩与自收缩．研究结果表明：对于水灰

比低的高性能混凝土，ＧＢＪ法测出的收缩值不能将干燥复合收缩和自收缩区分；ｚＳＨ

法可将干燥复合收缩与自收缩区分，并可计算出混凝土的干燥收缩，这对分析高性能

混凝土收缩裂缝的成因尤其重要；低水灰比高性能混凝土的自收缩与干燥收缩同时

发生，大小约为干燥复合收缩的７０．１％～８８．４％．

【关键词】高性能混凝土；自收缩；干燥收缩；复合收缩模型

１引言

高性能混凝土（简称ＨＰｃ）问世以来，已被应用于实际工程中，尤其是在高层建筑、桥梁工程和特殊工程中发挥了巨大作用，它们的突出优点已被工程界所接受．但是，高性能混凝土仍存在着脆性、自收缩裂缝及继续水化产生的裂缝等问题［１］，因此收缩问题是制约高性能混凝土应用的主要问题之一．

混凝土在恒温绝湿条件下成型后不再提供任何附加水，内部水随水泥水化持续进行而引起内部相对湿度降低的现象称为自干燥．白干燥造成混凝土白干缩（又称自收缩）Ｌ２１自收缩实质上是固相体积形成后外观体积的减小，一般采用线自收缩值表示．干燥收缩是指混凝土停止养护后，在不饱和空气中失去内部毛细孔和凝胶孔吸附水而发生的不可逆收缩．

由干燥收缩的定义和自收缩的定义可以发现，这两种收缩并不完全一致，因此，测定方式也不应该相同．目前，对高性能混凝土的自收缩与干燥收缩之间的关系研究较少．本文从干燥收缩和自收缩的定义出发，首先建立了自收缩和干燥收缩同时发生的复合收缩模型，采用两种测定方式测定了高性能混凝土和普通混凝土的复合收缩与自收缩，讨论了自收缩和干燥收缩的区别和联系，并进行了实验验证

＊国家ｎ然科学基金『蘑点资助项目（５０２３８０４０）

作者简介：李家和，男，博士研究生，副教授Ｅｗｎａｉｌ：ｙｕａｎｊｉｅｆ两ｈｉｔ

欧进萍，男，博导．研究员：中国工程院院士ｅｄｕｃ／１

７８高强与高性能混凝土及其应用

２干燥复合收缩模型与实验方法

２．１干燥复合收缩模型

高性能混凝土的自收缩实际上是恒温与外界无水分交换条件下混凝土内部毛细管内自由水量不足，从而致使混凝土内部供水不足而产生的自干燥引起的固相体积收缩干燥收缩是指高性能混凝土处于外部环境相对湿度小于１００％时发生的收缩．对于实际的混凝土工程而言，环境相对湿度不可能永远保持１００％，高性能混凝土的自收缩与干燥收缩始终同时发生．虽然高性能混凝土白收缩和干燥收缩机理都可采用毛细管压力学说加以解释，但两者间收缩的模式却存在着本质的不同．高性能混凝土的自收缩

是由于混凝土中水泥的不断水化，试件表层的水

分很难进入到混凝土内部，高性能混凝土内部发

生自收缩，而高性能混凝土的干燥收缩是由于混

凝土表面失水所产生的．高性能混凝土的自收缩

与干燥收缩既存在区别，又存在联系【３Ｊ３若高性能

混凝土处于环境相对湿度小于１００％的条件下，

那么自收缩与干燥收缩会同时发生，其物理模型

如图１所示．图１ＨＰＣ自收缩与干燥收缩同时发生时模型１区一干燥收缩区；２区一交叉收缩区；３区一自收缩区

从图１可以看出：如果高性能混凝土白收缩和干燥收缩同时发生，则由收缩仪千分表测得的收缩值大于自收缩或干燥收缩本文把由收缩仪千分表测得的收缩定义为干燥复合收缩，其物理含义为自收缩、环境相对湿度引起的干燥收缩及自收缩与干燥收缩产生的交叉收缩之和，可表示为

￡ｓ２￡ａ＋６ｄ＋￡ｃ（１）

式中Ｅ。——干燥复合收缩；

ｅ。——自收缩；

ｅ，Ｉ——干燥收缩；

ｅ，——交叉收缩

对大水灰比的普通混凝土，由于自收缩很小，干燥复合收缩中可不考虑自收缩和交叉收缩；但对水灰比很小的高性能混凝土，则必须考虑自收缩以及交叉收缩．由于试验条件所限，本文未测定交叉收缩，即假设交叉收缩不影响干燥复合收缩，则式（１）可表示为

￡。＝ｅ。＋８ｄ（２）

从式（２）可见，若测出恒定温度、某相对湿度下高性能混凝土的干燥复合收缩，再测出其自收缩，则可求出于燥收缩．

２．２两种干燥收缩测定方法的比较

本文采用两种方法测定了干燥复合收缩和自收缩．为与实际工程接轨，依照国家有关标准将高性能混凝土在环境温度（２０±２）℃、相对湿度（６０±５）％条件下进行测定，为了便于数据的分析和比较，现将两种测定方法说明如下：

（１）ＧＢＪ８２—８５中干燥收缩的测定方法为：混凝土试件尺寸为ｌＯＯｍｍ×ｌＯＯｍｍ×５１５ｍｍ，试件成型后１ｄ拆模，放人标准养护室养护３ｄ后（从搅拌加水时算起）立即移人温度

高性能混凝土的自收缩与干燥收缩

（２０±２）℃、相对湿度（６０±５）％的环境下测定初始长度；以后按龄期间隔１ｄ、３ｄ、７ｄ、２８ｄ……测量变形值，干燥收缩值的具体算法见ＧＢＪ８２，该种方法记为ＧＢＪ法．

（２）采用自收缩试模测量收缩的要点为：混凝土初凝时打开密封盖，测初始值；将带有试模的混凝土移人标准养护室养护１ｄ，从初凝开始，每隔２ｈ测一次收缩值；ｌｄ后混凝土脱模并继续在标养室中养护，期间每隔８ｈ测一次收缩值；３ｄ（亦从搅拌加水时算起）后将试件移入温度（２０±２）℃、相对湿度（６０±５）％的环境中，以后按龄期问隔１ｄ、３ｄ、７ｄ、２８ｄ……测量收缩值，同时测量密封养护的高性能混凝土白收缩，自收缩测试方法详见文献［４］，该方法记为ＺＳＨ法３原材料及混凝土配比

３．１原材料

３．１．１水泥

实验采用哈尔滨水泥厂生产的天鹅牌４２．５级普通硅酸盐水泥，其性能列入表１中

表１水泥性能

３．１．２砂石

砂子采用中砂，细度模数２．９，含泥量１．２％；石子采用石灰质碎石，５－－２５ｒａｍ连续级配含泥量０．３２％．

３．１．３外加剂

实验采用了ＦＤＮ高效减水剂，减水率２６．７％．

３．２混凝土配合比及性能

混凝土配合比列入表２中，抗压强度及初凝时间等列入表３中．

裹２各种混凝土配合比

编

Ａ

Ｂ号水胶比０５８０３０水泥，（ｋｇ／ｍ３）３２０５６０水（ｋｇ／ｍ３）１８６１６８砂率（％）３９ｒａＮ（％）０５１・０３５

裹３各龄期混凝土抗压强度

抗压强度（ＭＰａ）

编

Ａ号水胶比０５８初凝时间（删ｎ）７：３８坍落度（ｅｒａ）３ｄ１８０７ｄ２８ｄ３４・５５６ｄ一一一

！！：竺！！！！垫：！！！：！！！：！堡Ｌ—』丝一４试验结果及分析

４．１干燥复合收缩ＺＳＨ方法测定混凝土标养３ｄ时间内的收缩结果列入表４中

８０高强与高性能混凝土及其应用

实验结果表明：水灰比为０．５８的普通混凝土标养条件下３ｄ龄期时的收缩为１９×１０６．且在２４ｈ龄期内存在膨胀现象，这主要是由于水灰比大于０．４２的水泥水化理论值，外部环境的水分能够通过较大的毛细孔进入混凝土内部所致．在标准养护下高性能混凝土仍产生了较大的收缩，这和干燥收缩的定义相矛盾，这是因为：高性能混凝土由于水灰比较小，早期形成较密实结构，外部水分很难进入试件内部，此情况下的收缩为自收缩，即干燥复合收缩等于自收缩

ＺＳＨ法与ＧＢＪ法测量的干燥复合收缩均从加水搅拌时算起，实验结果如图２．

表４ｚＳＩ－Ｉ方法测定标养３ｄ前的混凝土收缩值

０ｈ１２ｈ１４ｈ１６ｈ１８ｈ２０ｈ２２ｈ２４ｈ３２ｈ４０ｈ４８ｈ５６ｈ６４ｈ７２ｈ

Ａ一——望垦圭坚塑堕（坠！！查堕塑竺塑：：！！：！——３１２６—２５２０—１７—１０９９５１３１７１５１３１９Ｂ１９４２３３２５９２７７２９０３０４３２６３３７３５１３６１３７４３８０３８１３９０注：伍值表示膨胀

守

ｏ

×

趔

嫱

掣

咖姗瑚啪螂枷瑚瑚㈨ｏ

５０１００１５０２０００５０１００１５０２００

龄期（ｄ）龄期（ｄ）

（曲普通混凝土嘞高性能混凝土

图２测量方法对普通混凝土和ＨＰＣ干燥复合收缩影响

试验结果表明：

（１）采用Ｇ瑚和ＺＳＨ两种方法测定的普通混凝土干燥复合收缩的数值非常接近，说明ＧＢＪ和ＺＳＨ两种方法均可用于普通混凝土干燥复合收缩的测定，干燥复合收缩即为干燥收缩，其主要原因在于水灰比大的普通混凝土在标养期间自收缩很小，即从标养室取出后测定的混凝土收缩初始值非常接近．普通混凝土２８ｄ龄期的干燥收缩约占３６５ｄ干燥收缩的６９％，９０ｄ龄期时干燥收缩约占９０％，说明普通混凝土在９０ｄ龄期前的干燥收缩较大，９０ｄ龄期后干燥收缩速度下降．

（２）从图２（ｂ）可见，对高性能混凝土而言，采用ＧＢＪ和ＺＳＨ两种方法测定的干燥复合收缩存在较大的差异．ＧＢＪ法测定的１８０ｄ干燥复合收缩值为４６０×１０，３６５ｄ的复合收缩值为

，这与有关资料报道的高性能混凝土干燥收缩值相近【５１Ｊ．另外，ＧＢＪ法测定的高性

能混凝土２８ｄ干燥复合收缩约为３６５ｄ的９０％，说明高性能混凝土从２８ｄ后干燥复合收缩速度明显小于普通混凝土；ＺＳＨ法测定的高性能混凝土１８０ｄ复合收缩值为６８７×１０～，３６５ｄ为６９１×１０与ＧＢＪ法测定结果比较可看出，两者间有较大差异，１８０ｄ干燥复合收缩值差值为２２７×１０一，３６５ｄ为２１９×１０６．产生如此大差异的原因在于：ＧＢＪ法是以高性能混凝土标养３ｄ后转入相对湿度（６０±５）％时为测定初始点，未将高性能混凝土标养３ｄ前的自收缩计算在４７２×１０

高性能混凝土的自收缩与干燥收缩８１

内，事实上高性能混凝土在此之前已产生了较大的白收缩．在分析实际工程早期裂缝时，工程人员往往认为是由混凝土早期养护不好造成的．而ＺＳＨ法是在初凝后开始测定收缩初始点，高性能混凝土标养３ｄ的干燥复合收缩包含自收缩，且收缩值较大，不容忽视．另外，采用ＧＢＪ法和ＺＳＨ法自加水搅拌３ｄ后测得的各龄期干燥复合收缩值中含有高性能混凝土相应龄期的自收缩．

通过以上分析和讨论，可以看出：对于普通混凝土，采用ＧＢＪ法或采用ＺＳＨ法均可得到真实的干燥复合收缩值，即干燥收缩；而对于水灰比低的高性能混凝土采用ＧＢＪ法是不合理的，这是因为ＧＢＪ法并未将干燥收缩和自收缩分开，只能得到干燥复合收缩值．因此建议高性能混凝土或高强混凝土应采用ＺＳＨ法测定干燥复合收缩值，并应从其初凝后开始测量，同时将相应龄期的自收缩扣除，可以得出，干燥复合收缩值及发展规律，即干燥复合收缩等于自收缩与干燥收缩之和，这对分析和解决工程裂纹问题具有重大的实际意义鉴于此，本文下面的干燥复合收缩均采用ＺＳＨ法，并同时测定了密封养护的自收缩，利用式（２）计算干燥收缩．４．２自收缩与千燥收缩的关系

试验结果如表５和图３所示．

表５高性能混凝土的干燥复合收缩与自收缩

混凝土干燥复含收缩值（×１０。６）

１８０ｄ３６５ｄ

７１９

舭跏㈨¨研ｍⅪ州似Ｍ铷蝴川婀螂Ⅲ川州剐啪郴捌锄仰㈨㈣萼｜喜｜∽诬㈨㈣㈣箸㈣６９ｌ

４９７）（５０４）

注：括号内数据为自收缩

６００

４００

ｆｏＩ×一趔好掣

０５０１００１５０２００２５０３００

龄期汹

图３Ⅻ］Ｃ自收缩、干燥收缩与干燥复合收缩之间的关系

试验结果表明：高性能混凝土的自收缩值远大于干燥收缩值，自收缩占于燥复合收缩的比例随水化龄期的延长而逐渐降低．例如：高性能混凝土的自收缩占干燥复合收缩百分数１ｄ为８８．４％，２８ｄ为７４．６％，３６５ｄ为７０．１％．高性能混凝土的干燥收缩较小，在干燥复合收缩中只占较小的比例．

５结论

本文通过高性能混凝土的自收缩和干燥收缩的试验和测试方法的比较研究，可以得到如下结论：

（１）ＧＢＪ法和ＺＳＨ法均可用于普通混凝土干燥收缩的测定，二者差异不大；对于水灰比低

８２高强与高性能混凝土及其应用

——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————一的高性能混凝土，ＺＳＨ法能较好地测定出自收缩与干燥复合收缩，而ＧＢＪ法不能将干燥收缩和自收缩区分，不适合于高性能混凝土收缩值的测定．

（２）低水灰比高性能混凝土的自收缩与干燥收缩同时发生，且自收缩占有干燥复合收缩较大的比例，因此高性能混凝土的干燥收缩不大．

参考文献

１冯乃谦高性能混凝土的耐久性与超高耐久性混凝土的开发应用混凝土，１９９８，（２）：６～８

２Ｉ）ａｖｌｓＨＥ

ｉｎｇＡｎｔｏｇｅｎｏＬ】５ＶｏｌＩ】１１１ｅＣ｝ｌａｒｌｇｅ０ｆＣｂｎｃｒｅｔｅ．№ｅｅｄｉｎｇｏｆｔｈｅ４３ｔｈＡｎｎＬＩｌ胁ｄｃａｌｌｓ。ｃｉｅｔｙｆｏｒＴ∞ｔＭａｔｅｒｍｌｓＡｔｌａｎｔｉｃｃｉｔｙ．ＡＳＴＭ１９４０：１１０３－－１１１３

３李家和，刘铁军，吕毅高强混凝土收缩及补偿措施研究混凝土，２０００，１２４（２）：２８～３０

４安明哲，覃维祖，朱金铨高强混凝土的自收缩试验研究山东建材学院学报，１９９８，１２（１）：１３９－－１４３

５高育海．口０、Ｃ８０高性能混凝土的研究见：高育海编第三届高强与高性能混凝土及其应用论文集，济南

１９９８．５５～６４

６冯圣清，肖镇辉杨浦大桥主塔工程混凝土收缩徐变控制技术研究．混凝土与水泥制品，１９９４，２８（４）

２０～２４７林宝玉等，高强硅粉抗磨蚀混凝土开裂的成因及防治，混凝土、２０００，１２９（７）：ｌｌ～１３

高性能混凝土的自收缩与干燥收缩

作者：

作者单位：李家和， 刘铁军， 欧进萍李家和(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院(哈尔滨))， 刘铁军,欧进萍(哈尔滨工业大学土木工程学院(哈尔滨))

1. 王甲春.阎培渝.WANG jia-chun.YAN pei-yu 硅酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料体系的干燥收缩开裂分析[期刊论文]-沈阳建筑大学学报（自然科学版）2005,21(5)

2. 高小建.马保国 不同温、湿度环境下水泥砂浆的收缩变形[会议论文]-

3. 巴恒静.苏安双 环向约束条件下高强混凝土早期开裂[会议论文]-2006

4. 干伟忠.Michael Raupach.陈涛 海工混凝土结构耐久性预埋式监测系统设计原理[会议论文]-2004

5. 龙广成 低水胶比水泥基材料的自收缩[期刊论文]-混凝土与水泥制品2001(4)

6. 陈立军.李世禹 高性能混凝土自收缩增大的机理与改善途径[期刊论文]-混凝土与水泥制品2004(5)

7. 田倩.刘加平.缪昌文.费志华.冉千平 超塑化剂对混凝土收缩开裂性能的影响[会议论文]-2006

8. 张继东 矿物掺合料在高性能混凝土中的作用[期刊论文]-建材技术与应用2004(5)

9. 刘伟.Liu Wei 高性能混凝土浅议[期刊论文]-价值工程2011,30(17)

10. 许利惟.郑建岚.XU Li-wei.ZHENG Jian-lan 高性能混凝土早龄期自干燥收缩测量方法的研究[期刊论文]-福州大学学报（自然科学版）2007,35(5)

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