JC/T法与改进法用于水泥干缩试验的比较与讨论*

徐 蕾

（新疆工程学院，新疆乌鲁木齐 830091）

随着我国城市化进程的不断加快，全社会对工程所用水泥混凝土质量要求逐渐提高，为达到混凝土行业可持续发展的目标，必须坚持发展高性能“绿色”、“生态”水泥混凝土，将工业废渣掺入水泥混凝土用以制造高性能混凝土，同时消纳工业废弃物，降低资源损耗。

在我国西部干旱地区，干缩是导致水泥砂浆开裂的主要原因之一，对水泥混凝土的性能和耐久性有直接影响。研究水泥混凝土的干缩机理及防止干缩的措施对于建筑行业及国民经济具有重要的意义。

1 目前常用水泥胶砂干缩试验方法存在问题

目前在干缩试验方面，国际上使用比较普遍的标准有美国的ASTMC596-01 标准和澳大利亚的AS2350.13-1995/Amdtl-1997 标准。其主要区别在于：（1）前者是通过控制胶砂的流动度来确定加水量，而另一个是采用固定水胶比来确定加水量；（2）初长测试时间及试件尺寸不同。

业内普遍认为AS2350.13-1995 标准规定砂浆成型与测定初长之间仅间隔24h，然后就进行干燥养护进而测定水泥砂浆的干缩的方法，与实际施工及养护情况不相符，因而ASTMC596-01 标准更加可行。

目前，我国业界采用的标准为JC/T603-1995，是根据ASTMC596-89 标准以及我国水泥性能及其在施工中的情况修订的。该方法采用1∶2 胶砂比，通过测定流动度是否达到130mm~140mm来确定加水量。

JC/T 法的缺陷主要有以下几个方面：

（1）耗时耗材

研究者往往需两次甚至更多次测定流动度才能确定用水量，每次试验可能需要一个试样几倍用量的水泥和标准砂才能成型一个干缩试样，原材料浪费严重，而试验所需时间较长，不利于大批量试验研究的进行。

（2）个人操作误差较大

不同的研究者用相同水泥测得的满足胶砂流动度130mm-140mm 所用水量会不同，从而造成混凝土试件中水泥浆体含量不同。

（3）凝胶用量的影响

当在水泥中添加的凝胶量不同时，其需水量也会有很大变化，造成各个干缩试件浆体含量不同，而浆体含量会对砂浆干缩率的大小产生较大影响[1-2]，从而造成不同试件之间可能无可比性。

（4）胶砂流动度的影响

在进行混凝土配比设计时，需根据耐久性及强度要求来确定水灰比，而我国普遍采用固定水灰比1∶2 和固定胶砂比1∶3，从而使得胶砂的流动度远超140mm，如果仍根据流动度为130mm~140mm（JC/T 测定方法）进行测定，则相应的水泥浆体结构与由混凝土强度反映的浆体结构有较大差异，存在相关性疑问[3-4]。

根据以上分析并参考有关文献[5]，项目组制作了5种水泥试件，并对每组试件分别采用GB/T 17671-1999标准修订的试验试验方法（本文中称为改进法）及JC/T603-1995 测试方法（本文中称为JC/T 法）进行干缩试验，并将试验结果进行对比分析，对不同方法测得的砂浆干缩的相关性进行了研究，同时测定了水泥砂浆28d 干缩率及水泥3d 抗压强度，对二者之间的关系进行了分析，通过分析数据证明了改进法的可行性。

2 试验结果

图1 基准硅酸盐水泥砂浆的干缩曲线 Fig.1 Drying shrinkage curves of baseline silicate cement mortar

试验所用的5 种水泥分别为：基准硅酸盐水泥；将10%基准水泥用矿渣粉末代替制得的改性硅酸盐水泥（后文用水泥1 表示）；将40%基准水泥用粉煤灰代替制得的改性水泥（后文用水泥2 表示）；将40%基准水泥用矿渣粉末代替制得的改性水泥（后文用水泥3 表示）；将20%基准水泥等量置换为矿渣粉末及20%基准水泥等量置换为粉煤灰制得的复合水泥（后文用水泥4 表示）。

图1~图5为分别用两种方法测得的五种水泥砂浆的干缩曲线。

图3 水泥2 的干缩曲线 Fig.3 Drying shrinkage curves of mortar2

图4 水泥3 的干缩曲线 Fig.4 Drying shrinkage curves of mortar3

图5 水泥4 的干缩曲线 Fig.5 Drying shrinkage curves of mortar4

3 试验结果分析

由图1~图5 可以分析得出：

（1）两种方法测得的不同砂浆试件的28d 干缩见表1，从表中可以看出，在各试件测得的各龄期，改进法测得的砂浆干缩均小于JC/T 法测得的砂浆干缩，分析原因是用JC/T 方法制得的试件中水泥浆体量较多（JC/T 法中浆体量约970kg/m3，水泥含量约700kg/m3；改进法中浆体量约790kg/m3，水泥含量约530kg/m3），在其它条件相同情况下，水泥浆体含量增加会使得水泥干缩率同比增加[1，2，5]，从而造成JC/T 法测得的水泥砂浆在各龄期的干缩率均高于改进法。

（2）从图中可以看出，用两种方法测得的每种水泥的干缩曲线趋势基本相同（图5 的干缩曲线趋势不同，判断为试验过程出现误差所致）。通过试验结果分析可知，用两种方法测得的水泥砂浆干缩率之间存在线性关系。

表1 水泥试件28d 的干缩 Table 1 Drying shrinkage of cement specimens after 28d

将各龄期水泥砂浆试件用两种方法测得的干缩数据进行线性回归，得到各试件在60d 之内用JC/T 法与改进法测得的干缩率SO(%)及SN(%)之间的线性方程如表2 所示。

表2 砂浆的干缩率SO(%)与SN(%)之间的线性回归方程 Table 2 Linear regression equation of dry shrinkage SO(%) and SN(%) of motar

从表2 可以看出，改进法与JC/T 法测得的水泥砂浆干缩率可用式（1）来表示：

式中，SO—用JC/T 法测得的试件干缩，%；SN—改进法测得的试件干缩，%；A、B—constant， 基准硅酸盐水泥 003.0=A ， 15.1=B ；水泥1 A =0.002，B =1.15；水泥2 A =0，B =1.15；水泥3 005.0=A ， 07.1=B ；水泥4 006.0=A ，B =0.96。

大量文献已证明JC/T 法试验测得的水泥干缩与工程实际用同种水泥配制的混凝土干缩之间具有线性关系，从而可推出，用改进法测得的砂浆干缩率与工程混凝土干缩之间亦存在一定的相关性，从而证明了用改进法进行水泥砂浆干缩试验是可行的，同时可以节约时间成本与原料成本，还避免了通过测定流动度确定加水量产生的系统误差和人为误差。

4 不同方法的水泥干缩率与早期抗压强度的关系比较

毛细孔水蒸发，即毛细孔张力是引起水泥混凝土干燥初期收缩开裂的主要原因，孔径越小，干缩越大[6]，所以水泥的孔结构决定了水泥混凝土早期干缩率的大小。

水泥混凝土的干缩率与其干燥前（水化3d）的结构关系密切，而水泥干燥前的强度与水泥毛细孔径呈线性关系，从而可以得出水泥干燥前的强度与干燥初期干缩率也呈线性关系。

图6 为用分别JC/T 法与改进法测得水泥砂浆28d 干缩与3d 强度之间的关系。可以看出，水泥的28d 干缩随水泥3d 强度的增高而逐渐增加，用改进法测得结果尤为明显，二者近乎成线性关系。

水泥混凝土水化3d 的孔径取决于胶砂比、水胶比及用胶量。JC/T 法凝胶用量较大，水胶比较小，所以毛细孔径较小，造成试件干燥初期干缩开裂较多，但相应水泥强度也较高[6]。但实际工程所用的水胶比与胶砂比都与JC/T 法不同，因而图6 所示的28d 干缩与3d 强度关系不显著。而改进法的水胶比及胶砂比与工程测定方法一致，因而，用改进法测得的水泥28d 干缩与水泥3d 强度之间呈显著的线性关系。

图6 水泥28d 干缩与3d 强度的关系 Table 6 Relationship of 28d drying shrinkage and 3D strength

由以上分析可见，相对于JC/T 法，用改进法测定水泥干缩能够更准确地反映实际水泥浆体的结构及组成，用改进法测定水泥砂浆的干缩更合理可行。

5 结论

通过对试验结果的分析可以看出，对于相同的水泥，在各龄期，改进法测得的水泥砂浆的干缩总是小于JC/T 法。对于五种水泥，用两种方法测得的水泥砂浆干缩率均具有较好的线性相关性，也均能反映水泥早期干缩与3d 强度的关系，而相对于JC/T 法，改进法测得的干缩率与水泥早期强度更接近线性关系，也更能满足工程实际应用。

[1]BISSONNETTE B, PIERRE P, PIGEON M. Influence of key parameters on drying shrinkage of cementitious materials[J]. Cement and Concrete Research, 1999, 29(10): 1655-1662.

[2]李迎春，游有鲲，钱春香．混凝土组成成分对收缩性能的影响[J]．混凝土，2003（2）：40-43．

[3]Anon. ASTM C596-01 Standard test method for drying shrinkage of mortar containing hydraulic cement[S].

[4]Anon. AS2350.13-1995/Amdtl-1997 Methods 13. Determination of drying shrinkage of portland and belended cement mortars[S]. 1997.

[5]杨医博，文梓云．对水泥、外加剂干缩试验标准的讨论[J]．混凝土与水泥制品，2002（1）：21-22．

[6]A E 谢依金，切霍夫斯基，勃鲁谢尔．水泥混凝土的结构与性能[M]．胡春芝，等. 译．北京：中国建筑工业出版社，1984．