自密实混凝土室内干燥收缩性能预估

廖巍崴,汤胜,窦加进,俞绍林,张海涛,朱浩东

自密实混凝土室内干燥收缩性能预估

廖巍崴1,汤胜1,窦加进1,俞绍林1,张海涛1,朱浩东2

1. 中交第三公路工程局有限公司, 北京 100102 2. 山东理工大学建筑工程学院, 山东 淄博 255000

为了建立适用于自密实混凝土干燥收缩的预估模型，本文制备了不同参数的自密实水泥混凝土试件进行干燥收缩试验，分别分析了粉煤灰掺量、胶结料用量及水胶比对自密实混凝土干燥收缩性能的影响规律，提出了自密实混凝土干燥收缩的预估模型。结果表明：粉煤灰对自密实混凝土的干燥收缩具有一定的抑制作用；胶结料用量越大，自密实混凝土的干燥收缩也越大；水胶比对自密实混泥土的干燥收缩性能影响特别大，随着水灰比的逐渐增大，干燥收缩逐渐减小；利用该模型可以较为准确的预测自密实混凝土的干燥收缩。

自密实混凝土; 室内试验; 干燥收缩

自密实混凝土作为一种新型混凝土也存在一定的干燥收缩变形[1-3]，如果处理不得当，则会使得自密实混凝土内部产生微小的裂纹，势必会对自密实水泥混凝土的强度特别是耐久性产生损害[4-6]。国内外研究学者也在自密实水泥混凝土干燥收缩特性上展开了大量的研究工作，取得了许多有价值的成果。Oliveira MJ等[7]认为自密实混凝土拥有更大的干燥收缩特性，减水剂、膨胀剂和矿物掺合料的使用有助于抑制其干燥特性。Liu KZ等[8]利用粉煤灰、高炉矿渣和偏高岭土替代部分水泥，并借助镁质膨胀剂和液体膨胀剂的复合作用，制得了自收缩和干燥收缩大大降低的自密实水泥混凝土。Abdalhmid JM等[9]制备了粉煤灰掺量为0～60%的自密实混凝土，并对试件进行了测试，通过对比认为ACI209模型具有更加准确的预测度。但楼瑛等[10]则提出了相反的观点，认为相比王铁梦模型和ACI209模型，GL模型在自密实混凝土干燥收缩变形方面拥有更高的准确度。郭奇等[11]则利用欧洲CEB-FIP干缩模型对自密实混凝土干缩的适用性进行了研究，并基于试验结果肯定了该模型的适用性。所以在自密实混凝土干燥收缩预估上，众说纷纭，尚缺乏具有广泛适用性的预测模型。因此，本文选择了粉煤灰掺量、胶结料用量和水胶比为参数，制备了参数不同的自密实水泥混凝土试件，进行了干燥收缩试验，并基于试验数据分析，提出了适用于自密实水泥混凝土干燥收缩的预估模型。研究成果为自密实水泥混凝土的干燥收缩预测提供了一种新的思路与计算模型。

1 原材料与试验设计

1.1 原材料

本文所采用的原材料来源于中交第三公路工程局有限公司承建的渤海先进技术研究院项目。外掺剂为早强抗冻剂，生产单位为天津鑫永强有限公司，型号为SP406，减水率为26%，泌水率为30%，28 d收缩率比为110%，渗透高度比为75%，对钢筋无锈蚀作用。细集料细度模数为2.9，原产地为辽宁，含泥量为1.5%；水泥为唐山弘也生产的P·O 42.5级；碎石的原产地为山东淄博，其粒径为5～20 mm，含泥量为0.3%；粉煤灰为大唐鲁北有限公司生产的F类粉煤灰。

1.2 试验设计

通过文献资料分析，对自密实混凝土而言，影响其干燥收缩特性的因素主要包括粉煤灰掺量、水胶比和胶结料用量。本文以此为依据设计粉煤灰掺量分别为0%、10%、20%、30%的自密实水泥混凝土；并以粉煤灰掺量20%为基准，设计胶结料掺量分别为500 kg/m3、550 kg/m3、600 kg/m3的自密实混凝土；同时制备水胶比分别为0.28、0.32、0.36、0.4的自密实混凝土。各类型自密实混凝土的配合比及编号见下表1，其坍落度及坍落扩展度见下表2。

表1 自密实混凝土的配合比

表2 各编号自密实混凝土的工作性

对上述不同的自密实混凝土进行干燥收缩试验，试件尺寸为100 mm×100 mm×515 mm，测量周期为40 d，试验的相对湿度为60±5%，试验温度保持在20±5 ℃。为了确保试验数据的准确性，每个编号的自密实混凝土制备4个试件，下文中的数据均为取平均值后的数据。

2 自密实混凝土干燥收缩试验结果分析

2.1 粉煤灰对自密实混凝土干燥收缩性能的影响

对试验结果进行整理，不同粉煤灰掺量下的自密实混凝土的收缩曲线如下图1所示。

从图1可以看出在干燥收缩试验的初期，粉煤灰掺量对自密实混凝土的干燥收缩的影响不大，在干燥初期，自密实混凝土的干燥收缩增长较快，但是7 d之后，增速逐渐减小，且随着粉煤灰掺量的逐渐增大，自密实混凝土的干燥收缩越小。在试验结束时，就干缩量而言，4#＜3#＜2#＜1#，即粉煤灰掺量30%＜20%＜10%＜0%。上述现象表明粉煤灰对于自密实混凝土提高其抵抗干燥收缩性能有利，其原因可能是由于粉煤灰的微填料作用及自身水化反应缓慢，导致自密实混凝土内部的孔隙结构得到改善。

2.2 胶结料用量对自密实混凝土干燥收缩性能的影响

对不同胶结料用量的自密实混凝土进行干燥收缩试验，试验结果整理在下图2中。

图1 不同粉煤灰掺量自密实混凝土的干燥收缩曲线

Fig.1 Drying shrinkage curves of self-compacting concretes with different fly ash contents

图2 不同胶结料用量自密实混凝土的干燥收缩曲线

图2显示，在干燥收缩试验的初期，其规律依然表现为干燥收缩迅速增大，随着龄期的逐渐延长，增速逐渐变缓。对比不同胶结料掺量的自密实混凝土，不难看出随着胶结料用量的逐渐增大，自密实混泥土的干燥量逐渐增大，表现在图中为胶结料用量大的干燥收缩曲线在图的上方，胶结料用量小的干燥收缩曲线在图的下方。在试验结束时，就干缩量而言，3#＜5#＜6#，即胶结料用量500 kg/m3＜550 kg/m3＜600% kg/m3。

2.3 水胶比对自密实混凝土干燥收缩性能的影响

不同水胶比的自密实混凝土试验结果如下图3所示。

图3显示，水灰比对自密实混泥土的干燥收缩性能影响特别大，随着水灰比的逐渐增大，干燥收缩逐渐减小。以试验结束时的龄期40 d计算，以水灰比为0.28时的自密实混凝土干燥收缩量为基础，水灰比为0.32、0.36、0.40时的干燥收缩量分别降低了8.5%、16.2%、27.3%。

图3 不同水灰比自密实混凝土的干燥收缩曲线

3 自密实混凝土干燥收缩预测模型

现有水泥混凝土的干燥收缩计算模型主要包括王铁梦模型、GL模型和ACI209模型等，在利用上述模型进行计算，发现计算结果与试验结果误差较大，说明上述模型不适用于自密实混凝土干燥收缩的预测。

自密实混凝土干燥收缩预测模型：

式中：ε()-最终收缩量，10-6；1-粉煤灰掺量，%；2-胶结料用量，kg/m3；3-水胶比因子，无量纲；-干燥收缩时间，d；f28-自密实混凝土28 d抗压强度，MPa；,-系数；，，分别为粉煤灰掺量因子、胶结料用量因子、水胶比因子。

通过试验数据计算的、、、、的取值分别为0.817、1.26、-0.089、1.071、-0.949，则式（1）可以写成：

利用式（2）可以预测不同龄期的自密实水泥混凝土的干燥收缩量，下图4-图9为预估模型预测值与实测值的对比关系图。

图4～9显示，无论是面对粉煤灰掺量的变化、胶结料用量的变化还是水胶比的变化，上述模型的预测结果均呈现出相对较高的相关度，说明该模型在预测自密实混凝土的干燥收缩量上具有普遍的适用性。当然，该模型的是基于室内试验数据而建立的，限于试验样本数量与种类的限制，不排除存在本模型未考虑的因素会对自密实混凝土的干燥收缩性能造成影响，相关系数的取值随着试验样本与种类的增大也可能会得到进一步的优化。

图4 3#试件预估效果

图5 4#试件预估效果

图6 5#试件预估效果

图7 6#试件预估效果

图8 8#试件预估效果

图9 9#试件预估效果

4 结论

通过对自密实混凝土的干燥收缩特性的室内试验研究，得到了以下几点结论：

（1）粉煤灰对自密实混凝土的干燥收缩现象具有一定的抑制作用；

（2）胶结料用量越大，自密实混凝土的干燥收缩也越大；

（3）水灰比越大，干燥收缩越小；

[1] 黄兴亮,李红明,周胜波.吸水树脂改善自密实混凝土干缩性能的研究[J].混凝土,2017(3):142-145

[2] 左文强.自密实混凝土鲁棒性与收缩性能研究[D].南京:东南大学,2018

[3] Huseien GF, Shah KW. Durability and life cycle evaluation of self-compacting concrete containing fly ash as GBFS replacement with alkali activation [J]. Construction and Building Materials, 2020,235:117458

[4] 康熙日.尼龙纤维自密实混凝土梁抗裂性能试验研究[D].延吉:延边大学,2018

[5] 李化建,黄法礼,程冠之,等.水粉比对自密实混凝土剪切变形行为的影响[J].建筑材料学报,2017,20(1):30-35

[6] 江鑫.钢渣集料自密实混凝土的制备技术及其抗裂性能研究[D].镇江:江苏科技大学,2018

[7] Oliveira MJ, Ribeiro AB, Branco FG,. Strategies to mitigate shrinkage in an intermediate strength self‐compacting concrete [J/OL]. Structural Concrete, 2020:201900456

[8] Liu KZ, Shui ZH, Sun T,. Effects of combined expansive agents and supplementary cementitious materials on the mechanical properties, shrinkage and chloride penetration of self-compacting concrete [J]. Construction & Building Materials, 2019,211:120-129

[9] Abdalhmid JM, Ashour AF, Sheehan T. Long-term drying shrinkage of self-compacting concrete: Experimental and analytical investigations [J]. Construction and Building Materials, 2019,202:825-837

[10] 楼瑛,庄金平.混凝土多元非线性干燥收缩计算模型研究[J].水利与建筑工程学报,2017,15(5):105-111

[11] 郭奇,吴焕娟,张建勇.欧洲CEB-FIP干缩模型对自密实混凝土干缩的适用性研究[J].建筑技术开发,2011,38(9):107-108

The Prediction for Indoor Drying Shrinkage Performance of Self-compacting Concrete

LIAO Wei-wei1, TANG Sheng1, DOU Jia-jin1, YU Shao-lin1, ZHANG Hai-tao1, ZHU Hao-dong2

1.100102,2.255049,

In order to establish a prediction model for drying shrinkage of self-compacting concrete (SCC), The content of fly ash, cement content and water binder ratio were selected as variables. Self-compacting cement concrete specimens with different parameters were prepared. The drying shrinkage test was carried out to analyze the influence of fly ash content, cement content and water binder ratio on the drying shrinkage performance of self-compacting concrete. And a prediction model for drying shrinkage of SCC was proposed based on the analysis of experimental data. The results show that, fly ash can restrain the drying shrinkage of self-compacting concrete. The greater the amount of binder, the greater the drying shrinkage of SCC. The influence of water binder ratio on the drying shrinkage of self-compacting concrete is especially great. With the increase of water binder ratio, the drying shrinkage is smaller. The model established in this paper can be used to accurately predict the drying shrinkage of SCC.

Self-compacting concrete; indoor test; drying shrinkage

TU528.53

A

1000-2324(2021)03-0521-04

2020-02-28

2020-04-12

国家自然科学基金资助(51908342)

廖巍崴(1983-),男,本科,高级工程师,主要从事路桥及建筑施工管理工作. E-mail:40545313@qq.com