对轻骨料混凝土收缩性能的探究

摘 要：研究了不同吸水率、不同预湿程度的轻骨料对不同水胶比混凝土收缩性能的影响，并与普通骨料混凝土、混合骨料混凝土进行对比分析。在低水胶比时轻骨料混凝土的收缩大于普通骨料混凝土，在高水胶比时，早龄期轻骨料混凝土的收缩小于普通骨料混凝土，而后期大于普通骨料混凝土； 随着骨料预湿含水率的提高，轻骨料混凝土的收缩变形减小，在早期尤为显著，通过预湿处理提高轻骨料预饱水程度可以显著降低轻骨料混凝土的收缩。

关键词：轻骨料混凝土；收缩；含水率；吸水率

随着现代结构工程向高层、大跨方向发展，具有轻质高强、耐久性和抗震性好等独特优点的高性能轻骨料混凝土将在桥梁工程、高层建筑、软地基和耐久性要求高地区及地震区中得到更加广泛的应用。但是，轻骨料混凝土也有一定的不足之处——轻骨料弹性模量低，限制水泥石收缩变形的能力小，轻骨料粒径和表面特征不好导致水泥用量增多等原因，都会造成混凝土的收缩增大，最终导致建筑物结构的开裂。近年来，随着低水胶比和高活性矿物掺合料为特征的高性能混凝土的广泛应用，混凝土的收缩与开裂已经成为工程质量中极其普遍和严重的问题，混凝土的裂缝呈现越来越早的趋势。因此，如何减小轻骨料混凝土的收缩及防止混凝土开裂，同时又能保持其轻质高强的特点，成为当前轻骨料混凝土研究和应用中迫切需要解决的问题之一。

通过采用不同吸水率的轻骨料及同种轻骨料进行不同预湿处理后所配制的轻骨料混凝土与普通混凝土之间的对比，来研究轻骨料对不同水胶比混凝土收缩变形的影响规律。选择两种不同吸水特征的陶粒（宾县圆球型页岩陶粒（BY）和大庆粉煤灰陶粒（QF）），分别预湿处理，使其具有不同含水率，配制三种水胶比的轻骨料混凝土，并与同条件的普通骨料（P）混凝土和混合骨料（H-BY和P各50%）混凝土对比，研究各组混凝土的收缩性能。

1 轻骨料含水率对混凝土收缩变形的影响

由于陶粒具有很强的吸水性，随着时间的延长陶粒可以吸收更多的水份，并且经过预湿处理的陶粒在混凝土中可以逐渐释放预吸收的水份，改善混凝土的性能。我们对BY分别进行1、24h以及压力饱和预湿，从而研究不同含水率条件下陶粒对混凝土干燥收缩的影响。

结果表明，陶粒含水率对混凝土收缩的影响十分明显，通过提高陶粒含水率可以显著降低轻骨料混凝土的收缩率。在使用过程中，混凝土水化以及表面水分的蒸发，使得混凝土内部湿度不断降低并产生湿度梯度，陶粒中的孔尺寸远大于水泥基体中水化所形成的毛细孔尺寸，从而水泥浆体中毛细孔张力远大于陶粒表面的毛细孔张力。随着水泥浆体的逐渐硬化，水泥石毛细孔中的相对湿度逐渐低于陶粒内，陶粒中的水分将向水泥石中迁移，陶粒含水率越高，可供迁移的水分越多对浆体收缩的补偿作用越大，混凝土的收缩值也就越小。h吸水率7.0%的600级圆球型页岩陶粒的有效弹性模量仅有1.09×104MPa左右，对水泥石收缩的限制作用较小，且陶粒内的水分在混凝土中的释放是一个长期的过程，随着龄期的延长，轻骨料混凝土中仍有可供蒸发的自由水存在，收缩仍在持续增长，而普通骨料混凝土的收缩趋于平缓。

2 不同吸水率轻骨料对混凝土收缩变形的影响

为了研究不同吸水率轻骨料对混凝土收缩的影响，选取1h吸水率为17%的QF陶粒、6.6%的BY陶粒、以及BY等体积取代50%P进行了试验，具有较高吸水率的QF陶粒混凝土收缩率明显小于其他几组，在前3d甚至出现微膨胀，但是尽管其收缩的绝对值较小，收缩曲线的斜率却相对较高，随着龄期的延长，收缩率逐渐超过其他几组混凝土。这是因为QF陶粒吸水率高，吸水、返水速度均较快，其早期返水对混凝土干燥失水的补偿作用显著，而1h吸水率14.7%的800级烧结粉煤灰陶粒的有效弹性模量仅13.4GPa左右，对水泥石收缩的抑制作用低，二者的综合作用使得该混凝土早期收缩小，但随龄期的增长幅度较大。用部分陶粒代替石子的混合骨料混凝土，早龄期预湿轻骨料的蓄水作用占主导地位，随着龄期的延长，石子对浆体收缩的抑制起主要作用。

3 水胶比对轻骨料混凝土收缩变形的影响

为研究水胶比对混凝土收缩的影响规律，采用0.30、0.45、0.60水胶比，预湿1h的BY陶粒所配制的轻骨料混凝土与普通骨料混凝土进行对比。

混凝土的收缩随水胶比的增大而减小，这是因为在低水胶比时，除干燥收缩外还会产生较大的自收缩，且低水胶比的混凝土中总收缩主要是由自收缩引起的。收缩的主要部分起源于C- S- H以及与其有关的孔隙率。改变水胶比也可改变C- S- H颗粒在其形成过程中堆聚的密度，这又会影响他们之间的结合、微观孔尺寸分布。因而随水胶比的降低，自干燥引起的收缩在干燥条件下的总收缩中所占比例逐渐增大。并且，本试验是固定用水量，随着水胶比的提高水泥用量减少，水泥石的收缩也相应减小，因此，水胶比越小收缩越大。

相同试验条件下，有效水胶比较低时，普通混凝土的水分蒸发量低于轻骨料混凝土，在水胶比较高时则相反，这种情况可能与轻骨料的吸水特性有关。当水胶比较高时，混凝土的流动性增大，在混凝土成型密实的过程中，轻骨料混凝土和普通混凝土的分层结构差异较大。对于普通混凝土，密度较小的水、水泥浆及带有较小细骨料的水泥砂浆上浮，碎石及较大颗粒的细骨料及包裹它们的水泥浆下沉，造成混凝土整体的不均匀；而轻骨料混凝土，则是密度较小的轻骨料、水等上浮，水泥浆和砂下沉，造成混凝土整体的不均匀。轻骨料的上浮，一方面抑制了泌水，另一方面使有效蒸发面积减小。在水胶比较高时，轻骨料混凝土的水分蒸发量低于普通混凝土，且蒸发速率缓慢，而普通混凝土失水速率快，因此，在早期轻骨料混凝土的收缩低于普通混凝土，随着龄期的增长，轻骨料混凝土的收缩逐渐超过普通混凝土。

4 结语

轻骨料含水率对混凝土收缩的影响十分明显，含水率大于12.45%时，轻骨料混凝土的早期收缩率低于同条件的普通混凝土。因此，通过预湿处理提高轻骨料含水率可以显著降低混凝土的早期收缩；采用高吸水率陶粒配制的轻骨料混凝土的早期收缩较小，可大大降低混凝土早期开裂的可能性，因此，在配制高性能轻骨料混凝土时，应该正确对待高吸水率陶粒的优缺点，充分发挥轻骨料吸水返水特性；当总用水量不变时，随水胶比降低，轻骨料混凝土和普通混凝土总收缩均相应增大；轻骨料混凝土的早期收缩接近或低于普通混凝土，随龄期增加，轻骨料混凝土的收缩率逐渐超过普通混凝土。

参考文献

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作者简介：赵春贤，身份证号：342327197501073012。