混凝土干缩模型预测值与实测值的相关性研究
|
摘要 本文分别用CEB-FIP模型和Dliger模型对普通混凝土(C30)和高强混凝土(C60)的干缩率进行了预测，并初步探讨了预测值与试验实测值的相关性。结合孔结构测定（压汞法）结果，分析了掺加不同高效减水剂的混凝土的干缩机理。结果表明，用CEB-FIP模型预测普通混凝土的干缩还存在一定的误差，Dliger模型则可以较好的预测本试验条件下C60混凝土的干缩率；强度等级不同的混凝土，随龄期增长，干缩率的变化规律不同；混凝土干缩率随小于50nm的孔体积增加而线性增加。
关键词 混凝土干缩；预测模型；孔结构；高效减水剂
中图分类号 TU528
Study on relationship between predictive and real shrinkage of concrete
Abstract: This paper predicts the shrinkage of common concrete and high performance concrete by CEB-FIP model and Dliger model, and discusses the relationship between predictive and real shrinkage. The shrinkage mechanism of cement with different superplasticizer was analyzed by measuring of pore structure and pore size distribution. The results show that, there is a considerable difference between CEB-FIP predictive value and real shrinkage value in this experiment, but Dliger model can predict the shrinkage of C60 concrete much better, and the change regularity of shrinkage of C30 concrete is different from that of C60 concrete. The shrinkage of concrete increases linearly with small pore volume (≤50 nm pore diameter).
Key words: concrete shrinkage; predict models; pore structure; superplasticizer
前言 近年来混凝土技术有了突飞猛进的发展，而混凝土的收缩裂缝仍是一个普遍性的难题。混凝土的干燥收缩是当混凝土停止养护后，在空气中失去内部毛细孔和凝胶孔中的吸附水而产生的不可逆收缩。研究表明，混凝土中水泥浆体的量是影响混凝土干缩性能的关键因素，为了排除水泥浆体量变化对干缩性能的影响，必须采用保持配合比不变、只改变减水剂种类和掺量的方法来测定含减水剂混凝土的干缩性能。根据这一思路，笔者进行了多种高效减水剂对C60和C30两种强度等级的混凝土干缩性能影响的研究。 混凝土内水分的损失引起混凝土发生收缩。而普强度的混凝土，其早期收缩率就相对小的多。
在对混凝土收缩进行估算时，需将高性能混凝土和普通强度混凝土分别对待。对高性能混凝土而言，分开考虑早期水化阶段收缩和强度发展阶段的干燥收缩十分必要。本文按照国标GBJ82-85普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法中混凝土干燥收缩测试的试验条件和试验要求测定了混凝土从加水时起3天后的干缩。高性能混凝土从加水搅拌开始，最初的24h到3d内，水化反应十分迅速，水化反应需要消耗水， 1 混凝土干缩预测模型简介
本文选用CEB-FIP模型和Dilger模型来分别预测C30和C60两种强度等级混凝土的收缩性能
(1) CEB-FIP模型
理论上，CEB-FIP(Comite Euro-International du Beton–Federation International de la Precontrainte)预测收缩模型(1990年建立并使用)对抗压强度不超过90MPa的混凝土均适用。但在实际情况中，此模型常用于预测普通强度混凝土(即抗压强度低于60MPa)的收缩。
 其中βRH：由湿度定义的收缩发展因子；βsc：与水泥品种有关的收缩发展因子，使用普通水泥时，该因子取5，使用快硬水泥和高强(高标号)水泥时，取8，配制高性能混凝土时，因子的取值需仔细斟酌；ƒc,28：28d混凝土棱柱体抗压强度，ksi；RH：环境的相对湿度，%。  (2) Dilger模型 此模型(建于1997年)主要针对的是水胶比0.15到0.40,浆体体积占混凝土总体积的30%左右，使用高效减水剂，以及硅灰掺量5％以上的高性能混凝土。此预测模型将混凝土的总收缩分为基本收缩(basic shrinkage，即因水化消耗水引发的收缩)和干燥收缩两部分。
  2 试验原材料与方法 2.1 原材料
水泥：广州珠江水泥厂生产粤秀牌PⅡ42.5水泥，化学成分见表2.1。高效减水剂各项性能指标见表2.2。
细集料：采用级配良好的中砂。
粗集料：增城永和石场生产的碎石，采用两级配，粒径在5～10mm和10～20mm之间。
水为洁净自来水。
  2.2 试验方法 按照表3中的试验配合比，参照国标GBJ82-85普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法中混凝土干燥收缩测试的试验条件和试验要求，成型100mm×100mm×515mm棱柱体混凝土试件，进行混凝土收缩试验。每组试验的混凝土试件成型工作都在一天完毕，以减少气候等其它外部条件的干扰。在成型完毕后，立即带模放入标准养护室养护，养护24小时后拆模，继续在标准养护室养护，标养达三天后（从搅拌混凝土加水时算起）转移至温度20±2℃、相对湿度60±5%的恒温恒湿室中，预置4小时后，用混凝土收缩仪测量其初始长度。然后继续在此恒温恒湿室中养护，并按规定时间（1、3、7、14、28、45、60、90、120、150、180天，从移入恒温恒湿室内算起）测其变形读数，这样测试所得的混凝土收缩值实际即它的干缩值。 混凝土收缩值应按式（2.1）计算。
本文试验选用的C30和C60混凝土的配合比见表2.3，其中高效减水剂掺量为混凝土保持相同坍落度(160mm±10mm)时的掺量。
 3 结果与讨论
3.1 混凝土干缩率预测值与实测值的关系研究
本试验用水泥为普通水泥，所以βsc取5，ƒc,28为棱柱体28天抗压强度取为30×85％＝25.5MPa。代入CEB-FIP模型的式（1.1）～（1.4），得到普通混凝土(C30)的收缩率公式如式（3.1）
 本试验C60混凝土水灰比为0.32，ƒc,28取为60×75％＝45MPa，干缩开始的龄期ts取为4。代入Dliger模型的式（1.6）～（1.15），得到高性能混凝土（C60）的收缩率公式为：
 图3.1和图3.2是掺有不同高效减水剂的C30和C60混凝土干缩率随龄期变化的曲线。结合表4和图3.1可以看出，1号样即掺加萘系FDN-5L的干缩率7天以前的实测值小于预测值，7天后的大于预测值；2、3、4号样1天后的收缩率实测值均大于预测值；由图3.2可见，C60混凝土因掺加不同的高效减水剂而表现出不同的规律：8号样即FD-19-1的实测值各龄期均小于预测值，而5、6、7号样28天之前的实测值均小于预测值，28天以后均大于预测值。由此我们可以得出，高效减水剂种类对C30混凝土干缩率的影响较大，特别是28天后，干缩率由大到小的顺序为3 > 4 > 2 > 1，而对高性能混凝土干缩率的影响不大。
将各试样干缩率的实测值与预测值进行线性拟合，结果如图3.3和3.4所示：
C30混凝土干缩率实测值与预测值的线性拟合方程为：Y=－0.4773＋1.96189X，相关系数为0.9933；C60混凝土干缩率实测值与预测值的线性拟合方程为：Y=－0.44503＋1.13269X，相关系数为0.9883。
由图3.3和3.4可见，C30混凝土干缩率实测值与CEB-FIP模型的预测值的线性拟合方程的相
关系数虽然比C60混凝土的高，但是这并不说明两者的相关性就好，因为方程的斜率为1.96189远远大于1，也就是干缩率实测值与CEB-FIP模型的预测值的相关性不大，说明用CEB-FIP模型预测普通混凝土的干缩率还存在一定的误差，而C60混凝土干缩率实测值与Dliger模型的预测值的相关性良好，斜率接近1，相关系数也很高，说明Dliger模型可以较好的预测本试验条件下C60混凝土1～60天的干缩率。
3.2 C30和C60混凝土收缩率对比研究
图3.5表示的是C30（1～4#）和C60（5～8#）混凝土1～28天的干缩率实测值及预测值。
从图中可以看出，7天干缩率C60混凝土普遍大于C30混凝土，这主要是因为C60混凝土的水灰比比C30的要小的多。以掺加FD-19-1的4#和8#混凝土为例，水灰比为0.32 的C60混凝土1d时的干缩值约为7d时的47.3%，而水灰比为0.55的C60混凝土则只有21.6%。当水灰比较小时1d龄期时，水泥水化吸收毛细孔中的水分，使混凝土内部自身相对湿度下降较快，同时孔隙的细化程度也较高，混凝土的临界半径减小，从 而自干燥引起的收缩值也就越大。1d后，混凝土的水化速度逐渐减慢，不同水灰比的混凝土干燥收缩增长速率基本相同。因此，对于高性能混凝土而言，1d 内收缩的研究比随后测到的收缩更为重要，这也是高性能混凝土早期容易产生裂缝的一个重要原因，应当加强早期裂缝控制，做好混凝土早期养护工作。
3.3 孔径分布对干缩性能的影响
将压汞法得到的各混凝土试样在干燥7d时 的孔分布进行分类，如图3.6所示。
 结合干缩试验结果（表3.1和图3.5）与孔结构分布结果（图3.6）进行分析发现，干缩率随孔径≤50nm的毛细孔体积的增加而增大，即干缩值和孔体积大小都符合1 < 2 < 3 < 4，6 < 5 <7 < 8。杨医博和黄国兴等认为，孔径范围为3. 2～25 nm 的小毛细孔（包括孔径为10～25 nm的毛细孔和孔径为3. 2～10 nm 的凝胶间孔）失水所产生的毛细管张力完全可能超过混凝土的龄期强度而导致混凝土变形，对体系的收缩有很大影响。由文献资料[6]知，毛细管应力和分离压力作用对干缩的影响是最大的。孔径≤50nm的毛细孔中的水蒸发过程中，弯月面的张力变大，对毛细孔壁作用力随之变大，半径小的毛细孔收缩应力大得足以使它收缩，甚至跨塌。将试验数据进行线性回归，得到C30和C60混凝土干缩率S与孔径≤50nm的孔体积百分数V之间的线性回归方程为： C30：S＝-14.7139+0.4658V，相关系数为0.96
C60：S＝-135.3716+1.22993V，相关系数为0.94
 4 结论
1. 用CEB-FIP模型预测普通混凝土的干缩率还存在一定的误差，而Dliger模型可以较好的预测本试验条件下C60混凝土1～60天的干燥收缩率，相关性很好。
2. 从1d到7d试验龄期，C60的干缩率普遍大于C30的，而后随龄期的增长，C30混凝土收缩率逐渐增大，14天时与C60混凝土的基本相同，28天时超过了C60混凝土的干缩率。 3. 混凝干缩率随孔径≤50nm的毛细孔体积的增加而增加。 |
| 原作者： 房满满 西晓林等 |
（中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处）
编辑：
监督：0571-85871667
投稿：news@ccement.com
本文内容为作者个人观点，不代表水泥网立场。如有任何疑问，请联系news@ccement.com。（转载说明）
