水胶比和硅灰对混凝土自收缩的影响外文翻译资料

 2022-10-22 16:50:50

英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

水胶比和硅灰对混凝土自收缩的影响

M.H. Zhang*, C.T. Tam, M.P. Leow

新加坡国立大学 土木工程系

摘要

本文展示了对普通硅酸盐水泥混凝土（OPC）和混凝土掺入硅粉（SF）的自收缩的实验研究。实验结果与混凝土样品的总收缩相对比（包括干燥收缩和和部分自收缩），该样品经过最初七天的湿养后，置于相对湿度为65%的环境中干燥。研究中的混凝土材料水灰比（W/C）范围为0.26到0.35。硅灰掺量不大于水泥质量的10%。

研究结果证明：随着水灰比（W/C）降低，或硅灰（SF）含量的增加，自收缩将增大。该结果表明：当混凝土掺有硅灰且水灰比较低时，即使在早龄期，其自收缩应变的发展也十分迅速。当水灰比为0.26时，掺硅灰混凝土的自收缩应变在2d时超过了100times;10-6。对于所有参与研究的混凝土，98d龄期时，超过60%的混凝土自收缩发生于混凝土浇筑后的两周内。该结果表明低水灰比掺硅灰的混凝土样品经7天湿养后置于相对湿度为65%的环境中干燥后的自收缩量的大部分似乎是来源于自收缩而不是干燥收缩。

出版公司：Elsevier Ltd

关键词：自收缩；混凝土；干缩；硅灰

  1. 简介

在过去二十年里，混凝土的应用经历了显著的变化，而为了实现强度和耐久性要求，低水灰比和掺硅灰的混凝土得到了更多的应用。虽然这些混凝土拥有更佳的性能，但它在硬化时也有表现出了更大的开裂趋势。而这至少是自收缩（或自体积变化）带来的结果。

ACI116R将自体积变化定义为：“在不受载荷和热环境以及湿度变化影响下，由于水泥持续水化而导致的体积变化。”

在关于体积变化的文献中常会出现“化学收缩”这一表达。这是因为水化产物的绝对体积相比于水化前未水化水泥和水的总体积更小，这导致水泥浆体在水化过程中发生的体积减小。化学收缩是导致反应物体积减小的原因，而自收缩是水泥浆体或混凝土在凝结后在缺乏外部水分供给的条件下发生体积减小的原因。

总的来说，由于存在集料的约束作用，混凝土中的自收缩的规律所在的规模较水泥浆体更小。关于普通混凝土的自收缩典型值为：在一个月龄期时达到约40times;10-6，而在五年后达到100times;10-6，这相比于干缩的规模更小。因此，以实际使用为目的的普通混凝土会将自收缩忽略。

然而，当混凝土的水灰比较低并掺有硅灰时，其自收缩可能会变得十分显著。根据Aitcin等，当水灰比大于0.42时，自收缩的量不会变大。但是当水灰比低于0.42时，自收缩的发展将变得极为迅速。有报道称当水灰比低至0.17时，自收缩达到过700times;10-6。

在过去，“干缩”这一术语常被用于表达包含干缩和自收缩。ACI 116R将干缩定义为“由于水分损失导致的收缩。”当样本在不受荷载和温度变化影响时，产生的收缩包括自收缩和干缩。对于普通强度混凝土来说，这并不重要，因为其自收缩量较小。而对高强混凝土来说，自收缩是不能被忽略的。

这项研究的目的在于通过埋入密封样本中的应变传感器来确定普通硅酸盐水泥混凝土和掺硅灰混凝土中的自收缩，并且将结果与参照样本的总收缩(包括干缩和部分自收缩）相比。参照物经7天湿养后置于相对湿度65%的条件下干燥。研究针对水灰比在0.26到0.35和硅灰掺量不超过水泥质量10%的情况下的效果。大多数文献中混凝土的处理是暴露在20℃的温度下，而本实验提供的数据是混凝土暴露在30℃下得到的。

2.实验

2.1.实验材料

2.2.1水泥

本实验中使用ASTM I型普通硅酸盐水泥制备混凝土。其物理化学性质在表1中给出，该数据由水泥供应商提供。

2.2.2硅灰

硅灰是一种干燥且不密实的粉末，它制备于金属硅化物，其SiO2含量达93.6%。其45mu;m筛上量为1.8%。其具体的物理化学性能同样在表1中。

2.1.3.集料

本实验中使用的粗集料为破碎的花岗岩，其最大标称尺寸为20mm，细集料为自然砂。粗细集料的比重都为2.65。

2.1.4.超塑化剂

本实验在混凝土中掺入萘磺酸甲醛缩合物型的超塑化剂。该塑化剂为深棕色溶液，其固含量不大于40%，容重为1.21。

2.2混凝土混合物和样品制备

2.2.1.混凝土配合比

本实验中混凝土配合比在表2中给出。其水灰比从0.26到0.35，硅灰含量按0至10%的总胶凝材料质量加入并等质量取代水泥。

2.2.2.混凝土样品的制备和养护

混凝土由实验室内的盘式拌合机搅拌。拌合过程中先加入粗细集料，后加入水泥和硅灰。在混合物搅拌均匀后，加入水和超塑化剂，直至制得均匀的的拌合物。新制备的混凝土参考ASTM C143-78，在其拌合后马上测起坍落度，并控制其坍落度处于50到100mm。

对于每种混凝土，浇筑制备三个100times;100times;100mm尺寸的立方体试件，用于测其抗压强度，制备两个400times;100times;100mm的棱柱试件用于测试其总收缩，制备一个300times;100times;100mm的棱柱试件用于测定其自收缩。而当混凝土为Mix N30时应制备两个棱柱试件用于测定自收缩。

在浇筑后，所有的立方体试件和用于测试总收缩的棱柱试件放置于浇筑室中（~30℃），其表面覆盖以塑料薄膜放置24h，之后拆模并放入湿养室直至测试使用，湿养室的条件为：温度不超过30℃同时相对湿度大于95%。经28天湿养后测混凝土的抗压强度。而总收缩棱柱试件经7天湿养后放置在温度不超过30℃且相对湿度不超过65%的环境中干燥，同时对其进行观察。

在每个自收缩棱柱试件的中心位置水平地放置一个应变传感器和热电偶（如图1）。将应变传感器和热电偶的两端绑在一个椅子上，以此避免在浇筑过程中的移动。木制模具的内表面排布一层光滑的聚合物材料用以减少模具和棱柱试件之间的摩擦。在混凝土完成浇筑后的24h内，将棱柱试件放置于不高于28℃的水中浸泡以减少混凝土早期温升。之后将每个棱柱试件连同其模具一起由塑料袋分别密封，在整个实验过程中置于不高于30℃的环境中。用于测定自收缩的棱柱试件温度数据由嵌入在试件内部的热电偶测得。实验结果表明：在不高于30℃的初始条件下，完成浇筑后的试件温度经大概7-9h达到了最高值41℃，而在大约1d后下降到30℃。

2.3.混凝土性能的测定

2.3.1.新制混凝土坍落度和硬化混凝土的抗压强度

在混凝土完成搅拌后立即测其坍落度，在其28d龄期时测其抗压强度。实验结果见表2.混凝土的坍落度分布从50到100mm。对照组普通硅酸盐水泥混凝土的抗压强从63.7到86.6MPa，而掺硅灰的混凝土抗压强度从70.1到96.6MPa分布。抗压强度值由三个立方体试件测得的抗压强度平均值得到。

2.3.2.自收缩

在混凝土试件完成浇筑后，将置入棱柱试件的应变传感器和热电偶连入一个计算机控制的数据记录器（如图1），混凝土试件随时间变化产生的收缩应变和温度的波动将会被记录下来。

本实验用的应变传感器（Tokyo Sokki Kenkyujo，KM系列）能够测量混凝土由塑性转变为硬化形态过程中的应变。他们的低模量和防水性结构适于其养护早期的应变测量。另外，由于其具有好的抗渗性，这赋予了它们适合长期应变测量的稳定性。

测量值或数据直接来源于计算机，其中包括校正前的收缩值和随时间变化的温度波动。通常，在数小时内开始观察到收缩现象，其值被用作参考。随后测得的数据与参考值做差同时与传感器的修正系数相乘，并由此得到自收缩的值。

每个应变传感器的修正系数取自其制造商的测试数据表。应变通过输入/输出电缆与应变测试计相连，加有持续的桥励磁电压，以此来获得校正。通过将应变计的测试系数设置为2.00，按额定输出，来得到修正系数和零点平衡。正如上一段所提到的，每个应变传感器都有不同的修正系数，测量值与参考值做差后与修正系数相乘，得到自收缩值。

由于早期混凝土温度的上升所带来的热膨胀，自收缩的起始点可能会有所延迟，这也导致了混凝土收缩起点的差异。为了更好的估计不受温度效应影响下混凝土的自收缩应变，每种混凝土混合物选用了对应的一份参考混凝土，参考样品的温度分布于29.0到30.5℃，并且应用平均值为10times;10-6的热膨胀修正系数来校正应变值。然而，对于热膨胀修正系数并没有多少可获得的信息。该研究中使用的修正系数都是教科书中常见的参考值。在假设温度曲线从棱柱试件的中心到表面的的分布为线性分布的条件下计算出修正系数，其中半数的温升参与了计算，以此来将表面和中心的温度差加入考虑范围内。

2.3.3.总收缩

在初始的7d湿养后，将棱柱试件放置到恒温恒湿室中（温度不高于30℃和65%的相对湿度）。在1.5h的干燥后，将两根针相距200mm通过环氧树脂粘在试件的左右两个侧面上。每周通过缝隙测量仪测针间距离，并且通过将该数值与湿养7d后的针间距离相比较计算得到混凝土的总收缩。因此混凝土总收缩包括部分自收缩和干缩。

2.3.4.重量变化

每周对用于测量总收缩的棱柱试件测重，以此来测定混凝土质量的经时变化。

3.结果和讨论

3.1.自收缩

在表格3中展示了混凝土至98d龄期的自收缩值。在图2和图3中分别展示了水灰比和硅灰掺量对自收缩发展的影响。

数据表明，水灰比和硅灰掺量对于混凝土自收缩应变都有明显的影响。当水灰比下降或硅灰掺量上升时，自收缩值会上升。这与Tazawa和Miyazawa[5]，Brooks等[7]，Mak等[8]以及Persson[9]的报道相一致。

对于对照组普通硅酸盐水泥混凝土，将水灰比从0.35降到0.30可以导致自收缩的显著上升：在98d龄期时，自收缩应变从40times;10-6上升至180times;10-6，而当水灰比进一步下降到0.26时，自收缩应变仅上升到197times;10-6。

对于掺硅灰混凝土，98d后的自收缩即使在水灰比达0.35时也相对较高（应变gt;200times;10-6）。但是当水灰比降至0.26时，掺5%硅灰的混凝土自收缩应变仅上升不超过50times;10-6，而掺10%硅灰的混凝土自收缩应变上升不超过30times;10-6。

超过百分之六十的98d自收缩应变是产生于浇筑后两个星期内的。

3.2.早龄期自收缩

3.2.1.自收缩起始点

对于所有嵌入应变传感器的试件，其收缩常在浇筑后几个小时内被观察到。这一刚开始被观察到的收缩被用作参照或当作自收缩的起始点。比如：图4展示了水灰比为0.30的基准混凝土拌合物在浇筑后48h内的早龄期自收缩和温度波动。试件的自收缩在浇筑后4-8h开始被观察到。

Aitcin提到过自收缩在混凝土初凝时就开始发生。然而，对于混凝土初凝时间的精确预测是很困难的。在本实验中，对于自收缩起始点是通过收缩开始被观测到的时候来进行估计的。这常常与混凝土的迅速升温相对应（图4a），而迅速的升温常发生于初凝与终凝之间。混凝土温度峰值常与终凝的发生相对应[6,10]。

3.2.2.混凝土温度上升对于自收缩的影响

由于水泥水化热导致的混凝土早龄期温度上升是除了组成和水灰比之外，又一个影响自收缩起始点的影响因素。温度的上升可能会导致混凝土的体积膨胀。当温度升高导致的体积膨胀与自收缩体积相等时，收缩就不会被观察到。Aitcin[1]发现：在混凝土硬化的早期，低水胶比的混凝土由于早期热膨胀较自收缩体积更大而发生膨胀，但是在很快之后由于自收缩体积超过了热膨胀体积而发生收缩。因此，低水灰比的混凝土在初始的膨胀阶段后产生收缩。

在该研究中发现：全部9组混凝土拌合物的温升都处于7到10℃。早龄期自收缩最大值的时间点被观测到位于混凝土温度升高的峰值时间点附近，并且其数值相对较高。然而，在48h龄期时，温度上升的效应不再明显。需要注意的时：经温度效应修正的自收缩值仅仅是一个大概的值，因为进行计算时使用到的仅仅是平均的热膨胀修正系数和棱柱试件的平均温度。

Tazawa和Miyazawa[11]提到：为了准确估算混凝土的自收缩，建立一个测定早龄期热膨胀修正系数的测试模型是十分重要的。

然而，热效应导致的变形是可逆的并且不那么重要的。事实上，自收缩应变包括热应变才是重要的。Mak的研究表明：在某些混凝土中，约15℃的适当的温度升高可以显著地减小早龄期混凝土的自收缩，其减小量为25%到50%。他们还指出：如果仅在标准温度条件下测量自收缩的变形值，那么实际上的变形量将无法得到准确的推测。

3.2.3.早龄期自收缩

混凝土的早龄期自收缩（浇筑后48h内）在表3中给出。结果表明，即使是在早龄期，低水灰比且掺硅灰会迅速导致混凝土的自收缩。特别是当水灰比为0.26时，掺硅灰的混凝土的混凝土在2d时产生了超过100times;10-6的自收缩。由于混凝土在其早龄期的抗拉强度和抗拉应变能力都还较低带来的更易开裂性，早龄期的自收缩不应被忽视。

需要注意的是，由于尺寸效应，在本实验中测得的早龄期自收缩与实际建筑结构中的自收缩可能有一定的差异。

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[152762]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章