馬必聰 周富堅 翁貽令

摘要：收縮變形特性是水泥基材料性能研究的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC）具有優(yōu)異的收縮性能，其收縮率遠大于普通混凝土，研究并掌握UHPC收縮特性是降低結(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險的關(guān)鍵。文章綜述UHPC的收縮機制和收縮發(fā)展過程，總結(jié)影響UHPC收縮的關(guān)鍵因素和減縮措施的研究進展。研究綜述表明：UHPC以自收縮為主導(dǎo)，在加速水化階段增長迅速；硅灰、高活性摻合料和養(yǎng)護制度對收縮呈正相關(guān)影響，水泥、水膠比、低活性摻合料和惰性填料對收縮呈負相關(guān)影響；纖維的摻入能有效降低收縮，但隨著摻量的增加，收縮效果明顯下降；調(diào)節(jié)水化反應(yīng)、提高內(nèi)部相對濕度（IRH）、抑制體積變化和引入內(nèi)力等措施均能緩解收縮。

關(guān)鍵詞：超高性能混凝土；收縮機理；收縮發(fā)展；組分影響；減縮措施

中圖分類號：U414? 文獻標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）06-0072-08

0 引言

超高性能混凝土（UHPC）是具有高強度、高韌性和高耐久性能的水泥基復(fù)合材料［1］，廣泛應(yīng)用于大跨徑橋梁、超高層建筑等領(lǐng)域［2-3］。相較于常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)，UHPC在同等承載力條件下的重量僅為普通混凝土的1/3或1/2，因此特別適用于惡劣條件下的橋梁建設(shè)。對于高交通量地區(qū)的橋梁建設(shè)，UHPC是理想的選擇，因為它可以提供更長的跨度、更強的承載力，并且具有較低的修復(fù)需求［4］。此外在實際生產(chǎn)中，UHPC可以制造更多的細長結(jié)構(gòu)，增加高層建筑的可用樓層空間，從而降低總體成本［5-6］。

盡管UHPC具有卓越的力學(xué)性能和耐久性，但其收縮率顯著大于普通混凝土，導(dǎo)致UHPC開裂風(fēng)險更高［4，6］。UHPC試件普遍存在高收縮現(xiàn)象，增大了開裂和劣化的風(fēng)險，也影響了UHPC的適用性、耐久性和美觀性。在收縮發(fā)展過程中，試樣的早期收縮顯著。早期收縮不僅會對UHPC構(gòu)件尺寸穩(wěn)定性造成影響，而且可能導(dǎo)致微裂縫的產(chǎn)生。隨著混凝土老化，這些微裂縫可能會增大UHPC結(jié)構(gòu)對物質(zhì)滲透的脆弱性，從而導(dǎo)致其進一步劣化。混凝土收縮是一個長期發(fā)生的過程，會對建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性產(chǎn)生嚴重影響［2］。研究UHPC收縮特性，降低收縮是促進UHPC應(yīng)用的關(guān)鍵工作之一，也是研究熱點。

本文對UHPC收縮性能研究進行綜述，從收縮機理和發(fā)展規(guī)律出發(fā)，分析材料組分與養(yǎng)護制度對收縮的影響，并介紹降低收縮的措施，以期為UHPC的發(fā)展提供參考。

1 UHPC收縮特性

1.1 收縮機理

混凝土的收縮主要是由自收縮和干燥收縮2個部分組成。其中，自收縮是混凝土自身引起的體積變化，與外界因素?zé)o關(guān)，主要包括化學(xué)收縮和自干燥收縮?；瘜W(xué)收縮是水泥發(fā)生水化反應(yīng)引起的體積減小，自干燥收縮是由于混凝土進行水化反應(yīng)后，UHPC內(nèi)部的自由水含量減少導(dǎo)致孔隙毛細管負壓增大，進而使體積減?。?-2］。干燥收縮是當(dāng)外部相對濕度低于UHPC內(nèi)部相對濕度時，UHPC內(nèi)部的自由水遷移到外部，從而產(chǎn)生毛細管負壓，導(dǎo)致體積減?。?，7］。圖1所示為通過查找參考文獻統(tǒng)計的UHPC自收縮應(yīng)變值，從圖1可知，UHPC的自收縮為400～800 με［8-16］，遠大于自收縮為20～100 με的普通混凝土［17-18］，UHPC的干燥收縮率小于普通混凝土，但從總收縮值來看，UHPC的收縮也遠大于普通混凝土［10-11，19-21］，因此其服役后面臨比普通混凝土更大的收縮開裂風(fēng)險。

在UHPC中，膠凝材料如果用量大、水膠比低，將會導(dǎo)致內(nèi)部水分無法完全支持膠凝材料的水化反應(yīng)。當(dāng)膠凝材料水化時，由于孔隙內(nèi)部沒有足夠的自由水支持水化反應(yīng)，因此會產(chǎn)生較大的毛細管負壓，進而造成較大的自收縮，使UHPC的自收縮遠大于普通混凝土［22］。在UHPC服役期間，其高密實度的特點使內(nèi)部自由水難以向外界遷移，導(dǎo)致毛細管負壓難以產(chǎn)生，因此其干燥收縮小于普通混凝土。

1.2 收縮發(fā)展規(guī)律

在密閉條件下，UHPC無法與外界交換自由水，因此測得的收縮主要為自收縮。干燥收縮可以通過非密閉條件下的總收縮減去自收縮計算［13］。

對于何時開始測量UHPC的收縮，目前仍存在不同的意見。一些研究提出了以下幾種測量收縮起點的標(biāo)準(zhǔn)：終凝時間、收縮拐點［16］、收縮開始發(fā)展［14］和內(nèi)部相對濕度降低［15］。不同測量起點對收縮測定的結(jié)果產(chǎn)生的影響很大。例如，HAO等［15］分別使用終凝時間和內(nèi)部相對濕度降低作為收縮起點，得到的收縮曲線差異較大。以終凝時間為起點的收縮曲線遠大于以內(nèi)部相對濕度為起點的收縮曲線。為便于研究，有些學(xué)者將試塊成型1 d后作為收縮起點進行測量［15］。

圖2為文獻［1］中的UHPC收縮發(fā)展階段圖，從圖2可以看出，UHPC的收縮呈現(xiàn)早期收縮發(fā)展快、幅度大，后期收縮發(fā)展緩慢、幅度小的特點［1，15］。該收縮曲線的發(fā)展可分為4個階段：第一階段為休眠熱階段，在混凝土拌制過程中會產(chǎn)生大量摩擦，導(dǎo)致混合物溫度高于室溫，當(dāng)混合物溫度下降時，收縮開始發(fā)生；第二階段為休眠中性階段，拌合物溫度降至室溫，此時收縮停止，但尚未發(fā)生水化反應(yīng)；第三階段為加速水化階段，水泥劇烈水化，導(dǎo)致孔隙水分和水化產(chǎn)物被消耗，從而產(chǎn)生自干燥效應(yīng)和負毛細管壓力，使收縮急速增加；第四階段為穩(wěn)定水化階段，收縮速率減緩，在水化產(chǎn)物中開始有鈣礬石生成，鈣礬石的形成構(gòu)建了剛性骨架，使拌合物的抵抗收縮能力提高。

2 影響UHPC收縮的主要因素

2.1 原材料對收縮的影響

2.1.1 水泥和水膠比

水泥和水膠比對自收縮的影響如圖3所示，從圖3中可以看出，自收縮隨水膠比減小而減少。增加膠凝材料中的水泥含量會導(dǎo)致水膠比減小，自由水的含量隨之減少，從而增強自干燥作用。因此，隨著水泥含量的增加，自收縮會增加［9，16，23］。

Peiliang等［24］對5組不同水膠比的自收縮過程進行研究。結(jié)果表明，在齡期60 d時，隨著水膠比的增大，自收縮逐漸減少，其中0.16的水膠比產(chǎn)生的自收縮比0.24的水膠比的自收縮高約25%。Fu等［23］研究了4個水膠比值對干燥收縮的影響，實驗結(jié)果表明，當(dāng)水膠比從0.17增加到0.21時，28 d齡期干燥收縮顯著增加49.66%，當(dāng)水膠比從0.21增加到0.23時，干燥收縮增量明顯減小。水膠比會影響UHPC的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，較低的水膠比可以細化孔隙結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)水膠比大于0.2時，UHPC的密實度會降低，孔隙結(jié)構(gòu)增加，導(dǎo)致其優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)的能力下降［23-24］。

UHPC的水膠比較低，水泥無法完全水化，隨著水膠比的減小，水泥水化程度下降。在水化反應(yīng)進行過程中，水化產(chǎn)物會細化基體內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致自由水與外界傳遞的通道減少，從而降低干燥收縮率。水膠比減小，自由水含量就會減少，在水化反應(yīng)中，自由水消耗會更多，當(dāng)水化產(chǎn)物細化孔隙后，自由水的減少使其填充的孔隙更少，導(dǎo)致毛細孔負壓增加，從而加劇自收縮。盡管隨著水泥含量的增加，干燥收縮率有所下降，但總收縮值仍在增大。

2.1.2 硅灰

硅灰具有較大的比表面積和高度的火山灰活性。硅灰的加入對UHPC的收縮會產(chǎn)生較顯著的影響，導(dǎo)致其收縮程度進一步加劇。在硅灰摻量不斷增加的情況下，UHPC在早期自由收縮階段表現(xiàn)出更高水平的收縮趨勢。

Fu等［23］通過對7種硅灰摻量的UHPC進行干燥收縮研究發(fā)現(xiàn)，硅灰的加入會導(dǎo)致干燥收縮率增加，硅灰的水化反應(yīng)和孔隙細化作用會加劇UHPC的自收縮［23-24］。因為具有較高的火山灰活性，所以硅灰能加速水泥的水化反應(yīng)速率。隨著硅灰摻量的增加，水泥的水化速率進一步加快，導(dǎo)致漿體內(nèi)部水分迅速失去、相對濕度降低，從而加快UHPC的自收縮過程。與此同時，水泥水化反應(yīng)速率提高，水化產(chǎn)物會更快地細化孔隙結(jié)構(gòu)，使自由水更難向外界傳遞，從而降低干燥收縮的程度。硅灰的加入替代了部分水泥，細小的硅灰顆粒填充作用使UHPC基體更加致密，從而降低干燥收縮。

2.1.3 纖維

在UHPC中加入纖維主要是為了提高UHPC的韌性和強度。纖維除了能提高UHPC的韌性和強度，還能有效抑制自收縮。一方面，纖維作為基體的剛性骨架抑制收縮；另一方面，纖維能破壞孔隙結(jié)構(gòu)，釋放孔隙中的水分，減少水分交換，從而降低干燥收縮［8，9，25］。

UHPC使用的纖維以鋼纖維為主，適量摻入鋼纖維能夠大幅提高UHPC的力學(xué)性能、降低收縮，但鋼纖維摻入量過高，減縮能力則會下降，因為鋼纖維摻入過多會影響自身分布，引入更多界面，使減縮效果下降。鋼纖維的直徑、長度和類型對UHPC的性能有不同的影響［26］。鉤狀纖維具有鉤狀結(jié)構(gòu)，使其與基體結(jié)合得更好，因此具有更強的抑制收縮能力，此外混雜纖維比單一直纖維具有更強的減縮效果。相較于纖維的類型，纖維的長度對收縮的影響更顯著，較長的纖維可以占據(jù)較多的基體空間，與基體結(jié)合更緊密，從而進一步提高UHPC的抑制收縮能力。

除鋼纖維外，植物纖維也可以改善UHPC的收縮性能。例如，劍麻纖維具有內(nèi)養(yǎng)護性能，能夠有效改善收縮問題［27］。相關(guān)研究表明聚合物纖維減縮效果不明顯，聚丙烯纖維減縮效果不如鋼纖維和植物纖維［28］。

總之，纖維的加入對提高UHPC的性能具有重要作用，但在纖維的選擇和使用方面，需要根據(jù)具體情況進行綜合考慮，以獲取最佳效果。

2.1.4 礦物摻合料

UHPC的較高膠凝材料用量和低水膠比的特點使水泥不能完全水化，因此研究人員通常會將多余的水泥替換成其他膠凝材料以降低成本［29-30］。UHPC中的礦物摻合料除硅灰外，還有粉煤灰、礦粉和鋼渣粉等［31-32］。礦物摻合料的火山灰效應(yīng)能夠與水泥水化過程產(chǎn)生的Ca（OH）2發(fā)生二次水化反應(yīng)，在等量替代水泥的情況下，能夠降低水泥水化速率，延緩收縮發(fā)生。此外，礦物摻合料的填充效應(yīng)也能在一定程度上抑制收縮，粒徑較小的粉煤灰可以填補UHPC內(nèi)部的細小空隙，提高混凝土的密實度，降低干燥收縮。

Jinming等［32］探討將15%、30%和50%的粉煤灰摻入水泥后對其自收縮性能的影響。結(jié)果表明，隨著粉煤灰摻量的增加，7 d齡期時的自收縮率顯著下降。其中，當(dāng)摻入50%的粉煤灰時，自收縮率約降低70%。隨著水泥被粉煤灰替代的比例增加，水泥水化早期產(chǎn)生的Ca（OH）2不能滿足粉煤灰的二次水化反應(yīng)，UHPC的早期水化反應(yīng)和自收縮率較低［16］，隨著水泥水化的發(fā)展，在后期產(chǎn)生足夠的Ca（OH）2，粉煤灰能夠再次水化并進一步降低收縮。此外，隨著粉煤灰用量增加，水泥用量降低，水泥水化消耗的自由水減少，因此水泥內(nèi)部相對濕度在較長時間內(nèi)保持較高的水平，從而使粉煤灰試樣的自干燥和自收縮現(xiàn)象明顯減少［23］。

礦粉與粉煤灰對收縮的作用相似，但由于礦粉表面粗糙，其吸收水分的能力更強，因此在使用相同的水量時，礦粉的水化程度會降低，從而導(dǎo)致較強的收縮作用［33］。此外，Jinming等［32］的研究表明，在摻入15%的情況下，礦粉比粉煤灰能更有效地降低收縮作用。隨著取代率的增大，所有的礦粉更不容易被消耗，大量未水化的礦粉顆粒充當(dāng)基體中的填料，導(dǎo)致更少的水化產(chǎn)物和更低的收縮。類似于礦粉的作用機理，鋼渣粉也能等量替代水泥，稀釋水泥的分布，降低水化速率，還具有優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)、降低干燥收縮的作用［34］。

因此，在UHPC摻合料的設(shè)計中，需要綜合考慮組分的類型和使用量，以達到最佳的收縮性能。同時，需要注意摻合料的質(zhì)量和活性，確保其最大限度地發(fā)揮作用。

2.1.5 摻合料混合對收縮的協(xié)同影響

UHPC中SCMs（輔助性凝膠材料）的使用量較大，從活性、成本、對水化作用進程的影響來看，單一摻合料存在一定的局限性，因此常常采用多元摻合料協(xié)同作用。UHPC的多元膠凝材料體系通常由硅灰、高爐礦渣粉、粉煤灰微珠、偏高嶺土等高活性摻合料和粉煤灰、鋼渣粉、石灰石粉等低活性和惰性摻合料組成。

為進一步降低收縮效應(yīng)，許多研究也選擇使用其他膠凝材料替代硅灰［35-36］。LI等［37］探討了石灰石粉—硅灰—水泥三元混合摻合料和硅灰—石灰石粉—礦渣—水泥四元摻合料對收縮的影響（如圖4所示）。從圖4來看，在7 d齡期之前，四元體系的收縮增長速率較快。水化早期礦粉主要起稀釋作用，后期才發(fā)揮火山灰活性。石灰石粉和經(jīng)過磨細的礦粉則能夠提供水化產(chǎn)物的成核位點，加快水化反應(yīng)速率，進而加速收縮。此外，惰性填料可填充孔隙，降低干燥收縮。在7 d齡期之后，三元體系的收縮增長速率略快于四元體系。這是因為四元混合料摻入礦渣，額外消耗了更多水分，而三元混合料還能進一步水化，增大自收縮發(fā)展。

Zhan等［30］探討由偏高嶺土、粉煤灰、?；郀t礦渣、玻璃粉和鋼渣粉組成的復(fù)合摻合料對干燥收縮的協(xié)同作用。試驗結(jié)果表明，所有混合摻合料均能降低干燥收縮，但降低幅度不一。鋼渣粉活性比粉煤灰、礦粉低，在UHPC中只能充當(dāng)填料。鋼渣粉和偏高嶺土復(fù)合，偏高嶺土火山灰活性高，在早期水化反應(yīng)程度很高，從而填充孔隙結(jié)構(gòu)，降低干燥收縮并增大自收縮。相比之下，偏高嶺土與粉煤灰復(fù)摻，由于在水化早期粉煤灰的活性相對較弱，所以生成的C-S-H（水化硅酸鈣）較少，能填充的孔隙有限，粉煤灰對UHPC早期干燥收縮的改善作用并不明顯［30，32］。偏高嶺土與礦渣復(fù)合會使減縮效果變差，原因是礦渣具有更大的比表面積且粗糙的表面能夠吸收更多的水分，使毛細孔中的自由水含量減少，從而增大毛細管負壓［32］。此外，鋼渣和偏高嶺土復(fù)合會降低減縮效果；玻璃粉在早期可以降低偏高嶺土的活性，因此早期干縮更大［34，36，38］。

總之，混合摻合料的種類和使用量對UHPC的收縮性能影響顯著。在混合摻合料的選擇上，需要綜合考慮各種摻合料的特性和協(xié)同作用，達到最佳的收縮性能。當(dāng)前，對混合摻合料協(xié)同效應(yīng)的研究尚不夠全面和深入，需要加強研究。

2.2 養(yǎng)護制度對收縮的影響

混凝土養(yǎng)護的主要目的在于通過水泥的完全水化，使混凝土具有較高的強度和耐久性。UHPC在自然條件下水化是一個長期發(fā)展的過程，可達10年以上，同時伴隨收縮應(yīng)變的產(chǎn)生。為獲得更高的早期性能，也為加速UHPC的收縮發(fā)展，避免結(jié)構(gòu)在服役過程產(chǎn)生較大變形導(dǎo)致開裂，UHPC的養(yǎng)護通常采用熱處理方式。熱處理可以提高UHPC的水化程度，使微觀結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高強度、減少收縮裂縫［39-40］。養(yǎng)護只會影響收縮的進程，對收縮總值的影響并不大。

黃政宇等［39］的研究表明，在熱養(yǎng)護條件下，UHPC的收縮發(fā)展呈現(xiàn)出以下規(guī)律：當(dāng)UHPC的溫度升至50 ℃之前，收縮基本沒有發(fā)生；隨著溫度升至70 ℃，UHPC的收縮速率迅速增長，經(jīng)過10 h的熱養(yǎng)護，收縮基本完成。在養(yǎng)護過程中，熱水環(huán)境可以為低水膠比的UHPC提供足夠的水分，并在一定程度上促進水化反應(yīng)的發(fā)生，從而生成更多的水化產(chǎn)物，提高基體的致密性［12，39］。值得注意的是，養(yǎng)護階段由于外界相對濕度較高，UHPC內(nèi)部的自由水不會流失到外部，因此干燥收縮的發(fā)生幾乎可以忽略不計［41-42］。此外，養(yǎng)護結(jié)束后，由于UHPC具有高密實性和水化產(chǎn)物優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)等特點，因此其外部水分的遷移速率較慢，干燥收縮的程度遠小于普通混凝土［43］。

UHPC在應(yīng)用過程中存在顯著的火山灰效應(yīng)。熱養(yǎng)護處理不僅可以促進水泥的水化速率，還能增強SCMs的火山灰效應(yīng)。由火山灰效應(yīng)產(chǎn)生的C-S-H凝膠可以填充UHPC的細小孔隙，從而提高其密實度［44］。然而，熱養(yǎng)護對于早期收縮增長有一定的加速作用，這是因為水化速率的加快使水化產(chǎn)物不斷細化孔隙結(jié)構(gòu)，從而阻礙自由水的傳遞。在UHPC內(nèi)部，毛細孔應(yīng)力急劇增加時，會導(dǎo)致自收縮快速增長，同時干燥收縮隨之降低。

在當(dāng)前的UHPC生產(chǎn)中，通常廣泛采用熱養(yǎng)護制度確保產(chǎn)品性能和品質(zhì)。但是，這種做法增大了施工的能耗。因此，降低UHPC養(yǎng)護階段的能耗成為進一步研究的方向。

3 UHPC減縮措施研究

3.1 調(diào)節(jié)水化反應(yīng)

水化反應(yīng)的化學(xué)收縮是影響自收縮的重要因素之一，因此通過對水化反應(yīng)過程進行研究和調(diào)控，可以有效解決UHPC的收縮問題。在水化反應(yīng)中，水泥和硅灰是主要參與組分，而采用低活性礦物摻合料和惰性填料代替水泥和硅灰的方法已被證實可以有效降低UHPC的收縮量。此外，通過降低混合溫度抑制水化反應(yīng)也是一種可行的方法［33，45］。

Yang等［29］采用石灰石粉（LP）替代水泥，可以顯著抑制混凝土的自收縮，隨著LP摻量的增加，混凝土的自收縮程度逐漸減小。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有兩點：一是更多的LP導(dǎo)致更多的未水化顆粒存在于混凝土中，阻礙了混凝土的自收縮； 二是LP的添加可以提高混凝土的堆積密度，減少用于填充的水分，釋放出更多的自由水，并降低混凝土內(nèi)部相對濕度的下降速率，從而進一步減緩混凝土的自收縮程度［29，37］。

YE［46］的研究發(fā)現(xiàn)，將稻殼灰摻入UHPC中可以有效降低其收縮，當(dāng)摻入20%的稻殼灰時，收縮幾乎可全抑制。稻殼灰不僅可以替代水泥降低部分收縮，其多孔結(jié)構(gòu)還能發(fā)揮內(nèi)養(yǎng)護作用，因此將稻殼灰與混凝土混合使用可以更好地補償收縮。

也有研究表明，使用碎冰代替部分自由水可以降低混凝土的自收縮。例如，Xie等［11］的研究發(fā)現(xiàn)，加入碎冰能夠降低混凝土的自收縮。此外，碎冰的加入可降低UHPC的混合溫度，減緩水化速率。雖然碎冰在早期會使水化程度降低，導(dǎo)致UHPC的強度有下降的可能，但是當(dāng)水化反應(yīng)完全進行后，整體強度并不會下降［11，45］。

3.2 提高內(nèi)部相對濕度

自干燥收縮是導(dǎo)致UHPC收縮的主因，是基體內(nèi)部相對濕度（IRH）降低。解決IRH降低的問題，目前采用的主要方法是內(nèi)養(yǎng)護。飽水輕骨料（LWA）和超吸水性樹脂（SAP）是常用的內(nèi)養(yǎng)護材料，這些材料在水化過程中會釋放水分，并填充毛細孔隙，從而緩解毛細管負壓并降低UHPC的收縮［13，47］。LWA作為摻入的骨料具有較粗的粒徑，對UHPC的強度影響較大；粒徑較細的多孔結(jié)構(gòu)則容易被磨損，導(dǎo)致其吸水能力下降。LWA作為一種粗骨料，少量摻入可以提高UHPC的強度，但減縮效果不太明顯；摻入過多，減縮效果雖然有所提升，但是強度會大幅下降，原因主要是粗骨料的摻入會增加基體與骨料之間的過渡區(qū)域，使孔隙率增加。此外，LWA是一種多孔結(jié)構(gòu)材料，摻入量過大會降低UHPC的強度［48］。

Sung等［41］的研究表明，不同吸水量的SAP對UHPC的收縮有顯著影響。SAP能有效抑制UHPC的收縮行為，尤其當(dāng)SAP含有足量的自由水時，能夠完全抑制UHPC的自干燥現(xiàn)象。然而，SAP吸水過多會增大混凝土的實際水膠比，降低抗壓強度［49］。Kaizhi等［50］的研究發(fā)現(xiàn)，浮石的吸水量和粒徑大小會對UHPC的干燥收縮產(chǎn)生影響。較大粒徑的飽水輕骨料能更好地吸水并表現(xiàn)出更強的減縮能力，但在后期會引起收縮增長的現(xiàn)象［51-52］。

針對這些問題，在選擇內(nèi)養(yǎng)護材料時應(yīng)根據(jù)具體情況控制摻量。同時，應(yīng)注意UHPC的強度和減縮效果之間的平衡，確?；炷恋恼w性能。

3.3 抑制體積變化

剛性骨架結(jié)構(gòu)能有效抵抗UHPC收縮引起的體積變化。纖維和粗骨料都能增強混凝土的剛性骨架結(jié)構(gòu)，能更有效地抑制UHPC的收縮行為。

將適量的鋼纖維摻入UHPC，可以分散毛細管干縮應(yīng)力，有效緩解UHPC的局部應(yīng)力集中，減弱UHPC的收縮行為［25］。同時，鋼纖維能縫合微裂縫，防止UHPC微裂縫的擴展，抑制UHPC的收縮［24］。

Peiliang等［24］通過研究不同骨料粒徑和摻量對UHPC自收縮的影響發(fā)現(xiàn)，粗骨料摻量越多、粒徑越大，抑制UHPC收縮的能力越強。但是，過多的粗骨料摻入會降低UHPC的力學(xué)性能。隨著骨料含量的增加，UHPC的自收縮也會逐漸減小，這是因為骨料在UHPC中起到了基體的作用，骨料含量越多，UHPC結(jié)構(gòu)越牢固，所以能抗拒收縮應(yīng)力的拉伸［53-54］。然而，當(dāng)粗骨料粒徑增大時，骨料與基體之間的界面過渡區(qū)也會增大，其中的孔隙如果過多，無法用水化產(chǎn)物填充，就會導(dǎo)致UHPC的抗壓強度快速降低［53，55］。此外，粒徑較大的粗骨料也會影響纖維的分布并降低抗折強度［55］。

有研究發(fā)現(xiàn)，加入未完全水化的膠凝材料（PHCM）可以抑制UHPC收縮［56］。PHCM摻入后能夠降低UHPC的收縮幅度，但幅度并不顯著。盡管PHCM會加速水化過程并導(dǎo)致自收縮增大，但PHCM能夠更快地生成剛性內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)，使自收縮得到更好的緩解。此外，PHCM本身具有一定的剛性骨架結(jié)構(gòu)，也能抑制UHPC的自收縮［56-57］。

3.4 引入內(nèi)力

減縮劑和膨脹劑是改善UHPC收縮的有效方法［58-59］。其中，減縮劑的主要作用在于包裹自由水表面，阻止其向外界傳遞，降低毛細管負壓，減小自收縮［11］。膨脹劑則通過與水反應(yīng)產(chǎn)生膨脹源，但由于要與水化反應(yīng)競爭自由水，因此難以形成穩(wěn)定的膨脹源［24］；而且，在UHPC中使用膨脹劑會導(dǎo)致膨脹程度難以精確控制，一旦膨脹過大，將會對UHPC的性能產(chǎn)生不利影響，甚至引起破裂和收縮增大。

Liu等［13］的研究發(fā)現(xiàn)，減縮劑可以分別降低44%的干燥收縮和25%的總收縮。Li等［60］的研究探討不同鎂基膨脹劑對自收縮的影響，結(jié)果表明，膨脹劑摻量為6 wt%時，UHPC的綜合性能最佳，早期活性高的RMEA膨脹劑具有更好的減縮性能。早期活性高的膨脹劑能產(chǎn)生更多的膨脹源，在早期階段形成孔隙度較小的相對致密的剛性結(jié)構(gòu)［8，60］。低活性膨脹劑由于自由水含量幾乎被水化反應(yīng)完全消耗，無法滿足后期膨脹性能的激發(fā)。此外，UHPC基體結(jié)構(gòu)致密，也會限制后期膨脹產(chǎn)物的增長［60］。

因此，在UHPC的生產(chǎn)和應(yīng)用中，應(yīng)選擇合適的減縮劑和膨脹劑，達到最佳的性能表現(xiàn)。在使用膨脹劑時，需要注意控制摻量，避免因膨脹過大引起的負面影響。

4 結(jié)論

通過以上對超高性能混凝土收縮性能研究的綜述，可以總結(jié)以下結(jié)論。

（1）UHPC的收縮過程主要包括自收縮和干燥收縮。UHPC自收縮顯著大于普通混凝土，干燥收縮小于普通混凝土，但總收縮大于普通混凝土。UHPC的膠凝材料用量大、水膠比低、內(nèi)部水分不足以支持膠凝材料完全水化從而造成較大的毛細負壓，是其自收縮較大的原因。UHPC內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)致內(nèi)部水分難以向外界遷移，是其干燥收縮較小的原因。

（2）UHPC的收縮發(fā)展可分為4個階段。第一階段，UHPC會產(chǎn)生少量溫度收縮，隨后進入第二階段的潛伏期；第三階段，UHPC的收縮速度急劇增加；第四階段中UHPC的收縮速度逐漸減緩。總體而言，UHPC的收縮過程呈現(xiàn)早期收縮發(fā)展快、幅度大，后期收縮發(fā)展緩慢、幅度小的特點。

（3）不同組分對UHPC收縮的影響存在差異。具體而言，硅灰、高活性礦物摻合料和養(yǎng)護制度與收縮呈正相關(guān)關(guān)系，水泥、水膠比、低活性礦物摻合料和惰性填料與收縮呈負相關(guān)關(guān)系。此外，纖維的摻入能有效降低收縮，但隨著摻量增加減縮效果明顯下降。混合摻合料可以提升UHPC的性能，但由于成分復(fù)雜、各組分相互影響，所以其協(xié)同作用機理仍需要進一步的研究。

（4）通過調(diào)節(jié)水化反應(yīng)、提高內(nèi)部相對濕度、抑制體積變化和引入內(nèi)力等方法，可以有效解決UHPC收縮問題。摻入低活性摻合料和惰性填料能降低水化反應(yīng)并減小收縮，但需要注意合理控制摻入量，避免抗壓強度大幅度降低。內(nèi)養(yǎng)護可在水化時釋放吸附水，緩解自干燥收縮，最佳吸水量范圍還需要進一步研究確定。纖維和粗骨料能增強剛性骨架結(jié)構(gòu)并抑制收縮，但摻入量必須合理，以免對材料性能造成不利影響。減縮劑和膨脹劑可以引入內(nèi)力抵消收縮應(yīng)力，聯(lián)合使用2種添加劑可以彌補單獨使用時的不足。

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