超強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮影響因素分析

李佳加 武建好

【摘要】超強(qiáng)混凝土是一種高性能、高強(qiáng)度的混凝土，是目前混凝土結(jié)構(gòu)施工中常用一種混凝土材料。一直以來，混凝土收縮一直是混凝土結(jié)構(gòu)裂縫與破壞問題產(chǎn)生的主要原因，要保證混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止收縮裂縫問題出現(xiàn)，應(yīng)先了解混凝土收縮的影響因素。因此，本文以超強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮為研究對(duì)象，對(duì)超強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮的機(jī)理及其危害性進(jìn)行了分析，然后著重探討了相關(guān)的影響因素，為控制超強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮裂縫問題提供有力的參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】混凝土；化學(xué)收縮；影響因素；水膠比；水分

在混凝土結(jié)構(gòu)施工中，裂縫問題是一個(gè)常見的質(zhì)量病害，一直困擾著施工單位。目前，超強(qiáng)混凝土以自身優(yōu)越的使用性能在混凝土結(jié)構(gòu)施工中得到了廣泛應(yīng)用，但是收縮裂縫問題一直存在，特別是化學(xué)收縮所占份額高于一般強(qiáng)度的混凝土，如何控制超強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮已經(jīng)成為行內(nèi)的研究熱點(diǎn)。超強(qiáng)混凝土收縮有化學(xué)收縮、干縮、溫度收縮、碳化收縮及塑性收縮等，每一種收縮的影響因素都有所差異，要想有效控制收縮裂縫問題，必須加強(qiáng)對(duì)收縮影響因素的分析。

一、超強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮的機(jī)理及危害性

（一）機(jī)理

在混凝土行業(yè)內(nèi)，一般把C60以下強(qiáng)度等級(jí)的混凝土稱為一般混凝土，把C60及其以上強(qiáng)度等級(jí)的混凝土成為高強(qiáng)混凝土，把C100及以上強(qiáng)度等級(jí)的混凝土成為超高強(qiáng)混凝土。超高強(qiáng)混凝土是一種高性能材質(zhì)的混凝土，它的可泵性、耐久性及相關(guān)的工作性能都十分優(yōu)越。但是，混凝土強(qiáng)度越高，脆性越大，會(huì)引發(fā)裂縫問題，甚至國(guó)外發(fā)生過超強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)爆破事件。所以，在使用超高強(qiáng)混凝土材料時(shí)要注重對(duì)化學(xué)收縮影響的因素，才能做好相關(guān)防治工作。

超強(qiáng)度混凝土的化學(xué)收縮，是指在混凝土內(nèi)水泥水化過程中，水化產(chǎn)物的絕對(duì)體積比水化前水泥與水的絕對(duì)體積之和要小，進(jìn)而造成水化前和水化后的混凝土體積產(chǎn)生差異，這就是化學(xué)收縮的過程。在水泥水化過程中，由于內(nèi)部的水分不能及時(shí)的蒸發(fā)，造成水化后的混凝土密度有所變化，進(jìn)而引起混凝土體積減少而出現(xiàn)裂縫問題。

（二）危害性

一旦超高強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮裂縫問題，輕則降低結(jié)構(gòu)表面的美觀度，重則影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，甚至發(fā)生坍塌、爆破等嚴(yán)重事故。若結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到影響，不僅影響混凝土工程的使用壽命，更會(huì)埋下嚴(yán)重的安全隱患，后果是極其嚴(yán)重的。為此，以加強(qiáng)收縮裂縫防治，保證混凝土工程的使用壽命。

二、超強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮的影響因素分析

超高強(qiáng)混凝土由水泥、砂、石原材料、粉煤灰、減水劑、礦渣、硅粉、礦粉、膠凝材料等組成，在配制過程中，對(duì)礦物的組成及配量、水灰比、水泥細(xì)度等都有嚴(yán)格要求，稍有差錯(cuò)，都可能影響最終形成的超高強(qiáng)混凝土性能?；炷潦墙ㄔO(shè)領(lǐng)域的一種基礎(chǔ)原料，近年來，隨著混凝土工程數(shù)量的逐漸增加，超高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用日益廣泛，但其化學(xué)收縮問題一直沒有得到很好的控制。根據(jù)相關(guān)研究證明，超高強(qiáng)混凝土的干縮與一般混凝土差不多，可化學(xué)收縮要高于一般混凝土。為有效控制超高強(qiáng)混凝土的化學(xué)收縮問題，不少專家學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，應(yīng)基于這些研究成果及日常工作實(shí)踐，對(duì)影響超高強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮的有感要素進(jìn)行了分析。

從超高強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮的機(jī)理可以看出，化學(xué)收縮主要是水泥水化過程中出現(xiàn)的，而整個(gè)水化過程中的影響因素是較多的，如水泥、摻合料、水膠比、溫度等，這些因素對(duì)化學(xué)收縮有著重要因素。為了更為清楚的了解這些因素對(duì)超高強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮的影響，下面采用ASTM C1608實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

第一，水泥。水泥是超高強(qiáng)混凝土的主要成分，加之，化學(xué)收縮是在水泥水化過程中產(chǎn)生的，水泥的品種、用量、細(xì)度等超高強(qiáng)混凝土的化學(xué)收縮勢(shì)必有著重要影響。水泥水化過程是很復(fù)雜的，很難用簡(jiǎn)單的化學(xué)方式表示出來，一些專家學(xué)者通過構(gòu)建水泥水化動(dòng)力模型，發(fā)現(xiàn)水泥的礦物組成、細(xì)度等對(duì)化學(xué)收縮有著重要影響。超高強(qiáng)混凝土中的水泥熟料有G3S、C2S、C3A、C4AF等，在水泥水化過程中，這些成分的收縮值如圖1所示。從圖中可以看出，在水泥水化過程中，各礦物成分都有不同程度的收縮，足見它們是超高強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮的重要影響因素。眾所周知，不同的水泥品種有著不同的礦物組成，在配制超高強(qiáng)混凝土?xí)r要嚴(yán)格水泥品種選擇，必要時(shí)可以各品種水泥的水化現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇最適合的水泥品種。此外，水泥的細(xì)度對(duì)化學(xué)收縮也有一定影響。一般情況下，水泥活性越高，細(xì)度越大，而超高強(qiáng)混凝土的水泥活性較大，水泥細(xì)度勢(shì)必很高，加劇了化學(xué)收縮強(qiáng)度。為此，選擇水泥品種時(shí)不能忽略這一問題。

第二，水膠比。膠凝材料是超高強(qiáng)混凝土的主要成分之一，其與水在混凝土中所占的比例直接影響著混凝土的強(qiáng)度，對(duì)化學(xué)收縮有著重要影響。不同的水膠比，混凝土的水化反應(yīng)程度也會(huì)不同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)水膠比較小時(shí)，水化以后的結(jié)合水量比較小，主要在于較少的水膠比降低了水化程度，使化學(xué)收縮反應(yīng)減少。所以，水膠比的大小對(duì)超高強(qiáng)混凝土的化學(xué)收縮有一定程度的影響。另外，水灰比越大，水化反應(yīng)越強(qiáng)烈，化學(xué)收縮也越強(qiáng)烈。在配置超高強(qiáng)混凝土?xí)r一定要經(jīng)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)得到合理的水灰比和水膠比，有助于對(duì)化學(xué)收縮裂縫的控制。

第三，摻合料。超強(qiáng)度混凝土中的摻合料主要有粉煤灰、硅粉、礦渣等，這些成分對(duì)化學(xué)收縮也有影響。在粉煤灰以替代部分水泥摻和到混凝土中時(shí)，使水泥用量有所減少，便于降低水化程度。而且，在水化過程中，其與水泥發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生凝膠體，能一定程度上彌補(bǔ)收縮，減緩水化速度，有助于控制化學(xué)收縮，增加超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命。所以，粉煤灰的摻和對(duì)超高強(qiáng)混凝土化學(xué)收縮的影響是積極的，有助于減緩化學(xué)收縮速度。但是，摻和的硅粉對(duì)化學(xué)收縮的影響是消極的。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，水化反應(yīng)中硅粉與水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生二次水化反應(yīng)，增加了水泥水化度，一定程度上使化學(xué)收縮增加。

三、結(jié)束語

綜上所述，超高強(qiáng)混凝土作為21世紀(jì)以來廣泛應(yīng)用的一種高性能混凝土，其配置的各種理論還需要進(jìn)一步完善，收縮裂縫問題也有待進(jìn)一步的清楚解釋。但是無論相關(guān)理論是否完善，解釋是否清楚，為推廣超高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用，必須加強(qiáng)對(duì)其化學(xué)收縮影響因素的研究分析，唯有這樣才能為化學(xué)收縮裂縫問題控制提供有價(jià)值的依據(jù)，優(yōu)化超高強(qiáng)混凝土配置與生產(chǎn)工藝，提高其使用的各項(xiàng)性能。

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