高性能混凝土自收縮

　　上世紀(jì)80年代以來，基于混凝土技術(shù)的進(jìn)步，高強高性能混凝土越來越普通地應(yīng)用于各種類型的建筑結(jié)構(gòu)?；炷敛牧蠌姸鹊奶岣?，可以有效的降低建筑物的自重，尤其適宜高層建筑和大跨度橋梁的建造。相對于普通混凝土，使用高性能混凝土還能夠減少資源的消耗，有利于可持續(xù)發(fā)展。但是，不管是在實際工程應(yīng)用中，還是在試驗室都發(fā)現(xiàn)，高性能混凝土普遍具有發(fā)生早期裂紋的趨勢，混凝土結(jié)構(gòu)裂紋的產(chǎn)生大部分是由于混凝土收縮引起的，結(jié)構(gòu)荷載引起的裂縫很少。

　　1.混凝土收縮種類

　　在實際工程中，人們大都只關(guān)心混凝土最終的收縮，但混凝土的最終收縮實際上卻包括各種原因引起的收縮。對于普通混凝土，干縮是主要的；而對于高性能混凝土，自收縮問題也不容忽視。區(qū)別不同的收縮，有助于采取相應(yīng)的措施減少收縮，以防止或減少混凝土的開裂。通常，混凝土的收縮主要有以下幾種：

　　1.1化學(xué)收縮

　　化學(xué)收縮又稱水化收縮。水泥水化后，固相體積增加，但水泥—水體系的絕對體積則減小。大部分硅酸鹽水泥漿體完全水化后，體積減縮總量為7%～9%。在硬化前，所增加的固相體積填充原來被水所占據(jù)的空間，使水泥石密實，而宏觀體積減縮；在硬化后，則宏觀體積不變而水泥—水體系減縮后形成內(nèi)部空隙。因此，這種化學(xué)減縮在硬化前不影響硬化的混凝土性質(zhì)，硬化后則隨水灰比的不同形成不同孔隙率而影響混凝土的性質(zhì)?；瘜W(xué)收縮與水泥組成有關(guān)。對于硅酸鹽水泥的每種單礦物而言，C₃A水化后的體積減少量可達(dá)23%左右，是化學(xué)收縮最嚴(yán)重的礦物，其次分別是C₄AF、C₃S和C₂S。從水泥品種上來講，選用高C₃A含量的水泥，對化學(xué)收縮是不利的；水泥用量上來講，水泥用量越大，混凝土的化學(xué)收縮和孔隙總量越大。高性能混凝土的水膠比低，水化程度受到制約，故高性能混凝土的化學(xué)收縮量會比普通混凝土小。

　　1.2塑性收縮

　　塑性收縮發(fā)生在硬化前的塑性階段，由它引起的開裂是工程建設(shè)階段最常見的混凝土裂縫，一般發(fā)生在混凝土澆筑后2～10h。塑性階段混凝土由于表面失水而產(chǎn)生的收縮，多見于道路、地坪和樓板等大面積的混凝土工程，并以夏季施工最為普遍。混凝土在新拌狀態(tài)下，拌合物中顆粒間充滿著水，如養(yǎng)護(hù)不足，表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率時，則會造成毛細(xì)管中產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié){體產(chǎn)生塑性收縮。高性能混凝土的水膠比低，自由水分少，礦物摻合料對水有更高的敏感性，表面水分蒸發(fā)快，所以高性能混凝土比普通混凝土更容易產(chǎn)生塑性收縮變形。對于減少塑性收縮的主要措施是合理地加強混凝土的早期養(yǎng)護(hù)。

　　1.3溫度收縮

　　溫度收縮又稱冷縮。溫度收縮主要是混凝土內(nèi)部溫度由于水泥水化而升高，最后又冷卻到環(huán)境溫度時產(chǎn)生的收縮。其大小與混凝土的熱膨脹系數(shù)、混凝土內(nèi)部最高溫度和降溫速率等因素有關(guān)。溫縮多在混凝土澆注后一周內(nèi)的齡期發(fā)生。在絕熱狀態(tài)下，每l00kg水泥水化可使混凝土升溫10℃～12℃。高性能混凝土的溫升一般可達(dá)35℃～40℃，加上初始溫度可使最高溫度達(dá)到70℃～80℃。一般混凝土的熱膨脹系數(shù)為1×10-6/℃，當(dāng)溫度下降20℃～25℃時造成的收縮量為(2～2.5)×10-4。因此，冷縮常引起高性能混凝土開裂。降低溫升、提高混凝土抗拉強度、使用熱膨脹系數(shù)降低的集料等措施有利于減少冷縮和防止開裂。

　　1.4干燥收縮

　　干燥收縮是指混凝土停止養(yǎng)護(hù)后，在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生的不可逆收縮，它不同于干濕交替引起的可逆收縮。影響干燥收縮主要因素有水灰比和混凝土孔隙率。高性能混凝土具有較低的水灰比，且孔隙率低，有良好的孔分布，不存在或有極少量的100nm以上的有害孔，所以它的干縮比普通混凝土小。

　　1.5自收縮

　　除攪拌水以外，如果在混凝土成型后不再提供任何附加水，則即使原來的水分不向環(huán)境散失，混凝土內(nèi)部的水也會因水化的消耗而減少。密封的混凝土內(nèi)部相對濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低，稱為自干燥收縮。對于高性能混凝土，由于它的水膠比很低，早期強度較高地發(fā)展會使自由水消耗較快，以至使孔體系中的相對濕度低于80%。而高性能混凝土結(jié)構(gòu)較密實，外界水很難滲入補充，在這種條件下開始產(chǎn)生自收縮。研究表明，2個月齡期，水膠比為0.4的高性能混凝土自收縮為1×10-4；水膠比為0.3的高性能混凝土的自收縮為2×10-4；水膠比為0.17的高性能混凝土的自收縮為8×10-4。高性能混凝土的總收縮中干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越低，摻合料越細(xì)，自收縮所占比例越大。根據(jù)宮澤伸吾等的試驗結(jié)果，水膠比為0.4時高性能混凝土自收縮占總收縮的40%；水膠比為0.3時自收縮占50%；水膠比為0.17(摻入硅灰10%)時自收縮占100%。高性能混凝土自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，濕度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，若混凝土變形受到約束，則進(jìn)一步產(chǎn)生收縮裂縫。

　　1.6碳化收縮

　　大氣中的C0₂與水泥的水化物發(fā)生的碳化反應(yīng)引起的收縮變形稱為碳化收縮變形。碳化作用在C0₂濃度高、干濕交替作用的環(huán)境中發(fā)展更為顯著。因此，影響碳化收縮的兩個主要因素是：

　　1)混凝土中Ca(OH)₂的數(shù)量。充分降低Ca(OH)₂的數(shù)量，無疑是對碳化收縮起到積極的作用；

　　2)混凝土的密實度。如果混凝土中水膠比低，孔隙率小，且呈均勻小孔徑分布，將有利于減小碳化收縮。

　　由以上分析和闡述可見，與普通混凝土相比，高性能混凝土的化學(xué)收縮和干燥收縮小些，塑性收縮大些，而溫度收縮和自收縮更大些，其中自收縮裂縫是影響高。

　　2.自收縮的機理

　　到目前為止，對于自收縮產(chǎn)生的真正機理學(xué)術(shù)界沒有統(tǒng)一全面的認(rèn)識。然而，較普遍的解釋是自收縮與硬化水泥漿體內(nèi)的孔的相對濕度存在一定的關(guān)系，通常用毛細(xì)管作用力理論解釋自收縮的產(chǎn)生機理。

　　由于水泥水化反應(yīng)，水化生成物的體積小于水與未水化水泥的體積，從而在硬化體中產(chǎn)生空隙。當(dāng)水化初期水泥漿是流態(tài)時，水泥水化程度較低，它不能支撐由化學(xué)收縮產(chǎn)生的漿體內(nèi)部的孔隙，從而表現(xiàn)在外部體積的收縮。由于水泥漿體的結(jié)構(gòu)疏松，水泥粒子周圍充滿了水，外部及周圍的水分容易移動，因而，形成的空隙中充滿了水。隨著水化時間的不斷延長，孔隙中的水不斷消耗，而且結(jié)構(gòu)不斷致密，孔隙水的移動變得困難。當(dāng)外部沒有水分供給時，由于水分不足，孔隙內(nèi)不能充滿水，孔隙內(nèi)的相對濕度也開始下降，從而在硬化體中發(fā)生自生干燥，這樣就在空氣與水之間形成了彎液面。由于毛細(xì)管張力的作用，水泥漿發(fā)生自收縮。

　　毛細(xì)孔負(fù)壓可以從拉普拉斯公式以及開爾文公式中推導(dǎo)出：

　　式中:σ—氣-液界面表面張力；θ—固-液接觸角；Pc—水壓力；Pv—水蒸汽壓力。

　　式中：V—單位物質(zhì)的量的水體積；M—水的分子量；R—理想氣體常數(shù)；T—絕對溫度；h—相對濕度。

　　對毛細(xì)孔半徑大于5nm時，從拉普拉斯公式以及開爾文公式可精確地估計毛細(xì)孔效應(yīng)。這些宏觀定律，對相對濕度大于80%時是有效的。其中，混凝土相對濕度的測定可以根據(jù)美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)，其方法是在混凝土中預(yù)埋一個塑料管，將相對濕度傳感器放置在塑料管中，管口用橡膠圈密封，即可測出混凝土內(nèi)相對濕度。

　　Hua等人使用壓汞儀來測定毛細(xì)孔的張力，但是該方法只能反映相互連通的孔隙體積，而實際上水泥石內(nèi)部的毛細(xì)孔還有大量的間斷孔隙，而且不能測出小于6nm的孔。Hua等人卻將已經(jīng)自干燥的孔隙全部視作相互連通的孔隙，并壓入與其相等量的汞量，所測得的值偏大。Jensen通過測定相對濕度來計算毛細(xì)管張力并使用毛細(xì)管張力理論計算出澆注幾天后的自收縮的變化，結(jié)果與實驗值相一致。

　　不過，對于水泥漿體內(nèi)部的孔尺寸的分布情況，仍然沒有辦法得知。因而，需要有更深入的理論分析與實驗研究來證明自收縮的產(chǎn)生機理。

　　3.自收縮研究現(xiàn)狀

　　3.1自收縮影響因素

　　高性能混凝土的自收縮在總收縮中所占比例較大，而且即使在100%的相對濕度下養(yǎng)護(hù)仍會發(fā)生?；炷磷允湛s的根源是水泥凝結(jié)硬化后的繼續(xù)水化，條件是混凝土內(nèi)部密實而水分遷移困難。因此，凡是加速密實混凝土中水泥水化的因素都能促進(jìn)混凝土的自收縮。對其它收縮起抑制作用的集料和固體顆粒，對混凝土的自收縮也有抑制作用。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報道，高性能混凝土自收縮受到多種因素的影響，如水膠比、水泥類型及水泥細(xì)度、摻合料、養(yǎng)護(hù)方法、養(yǎng)護(hù)溫度、外加劑、骨料以及纖維等。

　　3.1.1水膠比

　　國內(nèi)謝麗等在常溫下分別對水灰比為0.50，0.45，0.40，0.35，0.30的混凝土進(jìn)行自收縮應(yīng)變實驗，發(fā)現(xiàn)自收縮應(yīng)變隨著水灰比的減小而增大，而且早期自收縮應(yīng)變增長率隨著水灰比的較小而增大。水灰比的改變將導(dǎo)致混凝土彈性模量和強度的變化，水灰比越低，彈性模量和強度越高。根據(jù)Aitcin等人的研究表明，水膠比高于0.42時，混凝土自收縮不會高，但是水膠比低于0.42時，自收縮會迅速變化，混凝土的自收縮隨水膠比的降低而增加，且自收縮所占比例越大，早期自收縮的增長率也越大。新加坡的M.H. Zhang和C.T.Tam研究了普通混凝土和摻加硅粉的混凝土的自收縮實驗。所研究的混凝土水灰比為0.26～0.35，硅粉的摻量為水泥重量的0%～10%。實驗結(jié)果顯示，自收縮是隨著水灰比的降低而增加，隨著硅粉的摻量增加而增加。

　　綜上所述，水膠比不同使混凝土有不同的密實度，影響混凝土內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)。水膠比越小，混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔越小，所占比例也越高，因此產(chǎn)生的毛細(xì)孔作用力越大，故自收縮越大。同時，低水膠使混凝土內(nèi)部更加密實，影響內(nèi)部水分的遷移，進(jìn)一步加重自收縮值。有研究表明，當(dāng)水膠比達(dá)到0.17時，砂漿1d的自收縮達(dá)到2500×10-615d就達(dá)到4000×106，而且繼續(xù)發(fā)展。

　　因此，對于高性能混凝土水膠比越低，耐久性越好的習(xí)慣思維應(yīng)該有些改變。水膠比應(yīng)該控制在一個適中的范圍，保證高性能混凝土有足夠的強度以及合理的空隙結(jié)構(gòu)，而不應(yīng)該片面追求盡量高的強度與盡量小的毛細(xì)孔半徑尺寸。

　　3.1.2水泥品種及細(xì)度

　　水泥繼續(xù)水化是自收縮的根本原因。凡是水化速率快的水泥，自收縮都會較大，如早強水泥、鋁酸鹽水泥等。硅酸鹽水泥的礦物組成中，水化速率快的C3A和C4AF對自收縮的影響最大。所以，使用低熱水泥或中熱水泥制備的混凝土的自收縮比普通硅酸鹽水泥混凝土低得多。

　　研究表明水泥細(xì)度越細(xì)，早期自收縮就越大.水泥細(xì)度為557m²/kg或更高時，水泥第1d的自收縮達(dá)到1000-1200×10-6。對于礦渣水泥，礦渣細(xì)度高于400m²/kg時，隨著礦渣摻量的增加到70%時，自收縮增加；而當(dāng)?shù)V渣細(xì)度為300m²/kg時，自收縮并沒有增加。所以，為了減少自收縮值，水泥的細(xì)度不能太高。

　　3.1.3礦物摻合料

　　礦物摻合料對自收縮的影響主要與該摻合料在水泥中的反應(yīng)性有關(guān)，細(xì)度、活性、結(jié)構(gòu)形態(tài)等都因影響其反應(yīng)性而影響混凝土的自收縮。因此，不同的摻合料有不同的表現(xiàn)。

　　摻加粉煤灰會減小混凝土的自收縮。粉煤灰雖然是活性材料，但是在水泥漿體中的水化非常緩慢，因此在相同的水膠比條件下，用粉煤灰代替部分水泥，相當(dāng)于增大了有效水灰比，從而粉煤灰可以有效降低混凝土內(nèi)部的早期自收縮。后期粉煤灰的繼續(xù)水化使水泥內(nèi)部自干燥程度提高，但由于此時混凝土已具有較高的彈性模量和很低的徐變系數(shù)，因此其后期自收縮同早期相比小得多。粉煤灰的這種作用相當(dāng)于“能量滯后釋放效應(yīng)”。根據(jù)吳學(xué)禮等人的研究:粉煤灰混凝土的自收縮值與時間的關(guān)系，大致呈對數(shù)函數(shù)曲線。隨水膠比降低，亦即強度提高，混凝土自收縮值增大。在水膠比為0.32～0.40區(qū)間內(nèi)呈線性關(guān)系。同水膠比條件下，摻加粉煤灰能有效降低混凝土的自收縮，摻量越高，降幅越大；早期(3d)降幅高于后期(90d)。

　　磨細(xì)礦渣對混凝土自收縮的影響與其細(xì)度有關(guān)，通常使用與水泥細(xì)度相當(dāng)?shù)哪ゼ?xì)礦渣時，混凝土自收縮可隨礦渣摻量的增加而稍有減少。細(xì)度小于400m²/kg時，對減小混凝土自收縮有利，隨礦渣摻量的增大，自收縮減小。但當(dāng)細(xì)度大于400m²/kg時，礦渣活性明顯提高，引起自收縮增大，混凝土自收縮隨其摻量的增大而增大。張樹青等人的研究也表明了，與普通礦粉(422m²/kg)相比，同條件下的超細(xì)礦粉(730m²/kg)混凝土早期(3d)自收縮顯著增加，對早期抗裂性不利。但是，礦渣水泥對自收縮的影響有不同的試驗結(jié)果:田澤榮一認(rèn)為，礦渣水泥配制的水泥漿(水膠比0.3)，其早期自收縮很小，但是后期增加很快；我國的關(guān)英俊則認(rèn)為，用礦渣500號水泥配制的混凝土不僅不產(chǎn)生自收縮，反而會產(chǎn)生體積膨脹現(xiàn)象。

　　硅灰由于其超細(xì)的顆粒和很高的活性，可使混凝土的自收縮增加，水膠比很低時更加明顯。有研究表明，水泥凈漿的自收縮在硅粉摻量為0～20%范圍內(nèi)，隨硅粉摻量的增加而增大。水膠比為0.23的水泥凈漿在硅粉摻量為10%時，28d的自收縮值約為空白凈漿的3倍。由于硅灰的表面積又很大，會導(dǎo)致硅灰與攪拌水很快的結(jié)合。加速了水泥石中的孔隙空間的缺水與內(nèi)部相對濕度的降低，從而增大了自收縮。

　　3.1.4養(yǎng)護(hù)溫度的影響

　　由于環(huán)境溫度對水泥水化的影響，不同溫度下的高強、高性能混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展各異，與之密切相關(guān)的自收縮特性也不同。

　　O.M.Jensen等認(rèn)為提高養(yǎng)護(hù)溫度可明顯加速混凝土早期的自收縮變形，但是，高溫條件下混凝土的最終自收縮值并不比具有相同水灰比的混凝土在20℃時的自收縮值大。0.Bernard and E. Bruhwile等對分離混凝土溫度變形和自收縮變形的研究中發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度變化從13℃～20℃，與溫度變化從13℃～35℃相比較，在24h收縮應(yīng)變變化比為10:25，而在48h收縮應(yīng)變變化為15:30，可以發(fā)現(xiàn)比例減少，從而可以得出高溫對自收縮應(yīng)變早期的影響顯著。荷蘭的Pietro Lura等研究了全約束狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)溫度和水泥型號對早期混凝土自收縮變形和自收縮應(yīng)力的影響；研究期間表明更高的溫度并不會導(dǎo)致更大的變形，但是導(dǎo)致更快的應(yīng)變發(fā)展和應(yīng)力發(fā)展。

　　3.1.5集料

　　集料因其彈性模量大于水泥漿體的彈性模量，故在混凝土中起限制變形的作用。集料用量的增加對混凝土自收縮的控制作用隨齡期的發(fā)展而顯著，而且與集料品種有關(guān)。不同品種粗集料對收縮抵抗性從大到小排序為：石灰石大于安山巖大于砂巖。使用石灰石為粗集料的混凝土與使用砂巖的混凝土相比，收縮率可以降低20%～30%。

　　3.1.6外部約束的影響

　　M.Sule等的自收縮應(yīng)力的研究表明在相同的鋼筋配筋率下不同鋼筋配置得到相同的應(yīng)力發(fā)展規(guī)律。實驗水灰比為0.3，養(yǎng)護(hù)溫度為恒溫20℃，在早期，1.34%配筋率的構(gòu)件應(yīng)變變化比3.27%的構(gòu)件應(yīng)變變化大，在24～72h之間很難區(qū)分兩者的大小，鋼筋配筋率對約束收縮影響較小。

　　3.1.7其他因素

　　養(yǎng)護(hù)溫度和濕度、外加劑、試件尺寸等因素都影響混凝土和砂漿的自收縮。配合比相同時，密封養(yǎng)護(hù)的比暴露的自收縮小，水養(yǎng)護(hù)的比密封養(yǎng)護(hù)的自收縮小。摻入超塑化劑后，不同品種超塑化劑的效果稍有差別，但都可使混凝土自收縮減小，并隨摻量的增加而減小。摻入收縮抑制劑可有效地減小混凝土自收縮；摻入膨脹劑時，可由于早期的膨脹而補償自收縮，比摻入收縮抑制劑時自收縮更小，但膨脹結(jié)束后自收縮的速率和空白養(yǎng)護(hù)的一致。

　　3.2.自收縮的試驗評價方法

　　3.2.1自收縮測量應(yīng)注意的問題

　　高性能混凝土的自收縮測定不僅需要精確的量測方法，而目需要從初凝即開始測定，另外還需要保證被測試體系(試件)與外界無水分交換，因此給測試工作帶來了很大的難度。目前，對于高性能混凝土自收縮的測量，世界各國都無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可依，不同學(xué)者根據(jù)實際條件采用不同的方法。所選取的基準(zhǔn)或是從初凝(或終凝)時開始測量，或是從成型1d齡期時開始測量，通常國內(nèi)絕大多數(shù)研究者都是從混凝土成型后1d時開始測量。而高性能混凝土大部分的自收縮發(fā)生在早期，這時混凝上抗裂性差，往往會因早期自收縮大而產(chǎn)生微裂紋。因此，對高性能混凝土早期自收縮的測量可能比隨后測到的收縮更為重要。主要采用試驗方法有:a.千分表法:兩端預(yù)埋測頭測量等；b.傳感器法:LVDT傳感器、電容式傳感器、非接觸感應(yīng)式位移傳感器、線振儀、埋入式應(yīng)變計等；c.光學(xué)測量法:激光測量儀、光學(xué)顯微測量儀；d.體積法:測量體積變化。這些測量方法各有各的特點和適用條件，但通常情況下千分表法與傳感器法采用得較多。這是由于千分表法測量自收縮具有操作簡單、投資少；而傳感器法測量精度高，人為誤差小，通常能連續(xù)自動記錄。

　　同時應(yīng)注意混凝土的自收縮在體積變化中并不是單獨出現(xiàn)，因此在測量過程中排除其他引素對自收縮測量的干擾對提高測量的佳確性尤為重要。為此應(yīng)注意以下幾點：

　　(1)混凝土自收縮是在恒溫和絕濕條件下測定的，測量時要確保恒定室溫，且成型試模應(yīng)采用密閉式。測量早期自收縮時試模均不能拆除，以避免拆模對早期混凝土的損傷，由此還必?fù)艨紤]成型后試件的密閉性及試模對混凝土表面產(chǎn)生的約束力。聚四氟乙烯材料在固體材料中具有最小的摩擦系數(shù)，可用作試模的內(nèi)襯板，用柔性的聚氯乙烯塑料薄膜做成最里面的一層密封，又可以降低混凝土對襯板的吸附，從而有效降低試模對早期混凝土的約束力。

　　(2)必須消除溫度變形引起的干擾。這種因溫度升降而引起的脹縮取決于溫度變化量和混凝土的線膨脹系數(shù)，所以測試自收縮的同時，需同步測定混凝土試件在相同條件下內(nèi)部的溫度變化。要注意的是，在水泥水化加速期(即混凝土處于溫升階段)會引起體積膨脹，可以補償一部分自收縮。

　　(3)泌水對早期自收縮測試的影響。對于一些高性能混凝土而言，摻入超塑化劑獲得良好工作性能的同時可能也帶來了泌水的趨勢，這對早期自收縮的測定帶來影響。但有關(guān)泌水對自收縮的影響有待進(jìn)一步研究。

　　高性能混凝土自收縮的測量方法現(xiàn)在基本上沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法，很多研究者都是基于以上試驗應(yīng)注意的事項以及試驗基本原理而展開。參考國內(nèi)外文獻(xiàn)，對于混凝土自收縮的測量方法大體分為兩種：一種是測量試件的體積變化率，另一種就是測量試件的長度變化率。

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　　3.2.2長度變化率測試法

　　現(xiàn)在較為普遍的自收縮測定方法的在一個密閉的空間內(nèi)測量混凝土的長度變化率。其基本原理則是參考日本的《自收縮研究委員會報告書》中有關(guān)測量混凝土自收縮的規(guī)范。

　　在日本規(guī)范中，其測量長度變化的是千分表。然后國內(nèi)外學(xué)者在其基礎(chǔ)上運用了新的科技成果，采用諸如埋入式電阻應(yīng)變計、電位器式傳感器LVDT、電感式傳感器、電容式傳感器、電渦流式位移傳感器、激光位移傳感器等。并同時運用轉(zhuǎn)換器等元件，將這些長度變化信號連接計算機，讓其自動處理數(shù)據(jù)，使測量的精度大幅提高。雖然裝置的科技元素得到提高，但是對于自收縮的測試原理沒有發(fā)生改變。

　　3.2.3體積變化率測試法

　　對于體積變化率測試法，通常是將水泥漿體注入到一個有韌性的容器中，并將其浸入到水中，通過測試沉浸試件重量的變化來計算出試件體積的變化率。例如，Morin等人就用該方法測試混凝土自收縮，即將新拌混凝土澆注到一個細(xì)長的乳膠容器中，并在一個有刻度的吊鉤下懸掛著，浸漬于20℃的水浴中。其中，乳膠膜的韌性能允許其能夠隨著水泥漿體積的變化而變化。然后，每一分鐘測一次重量，再通過重量的變化計算出體積的變化。該方法的優(yōu)點就是澆注后可以立即開始測試。但是，該方法也有其缺點，即由于水泥漿體表面泌水或混入空氣的原因，使水泥漿與乳膠容器之間的接觸不穩(wěn)定。同時，在其水化過程中，水將被吸進(jìn)水泥漿體中，這會產(chǎn)生化學(xué)收縮并且內(nèi)部體積的減少將被錯誤地看成是外部體積的減少，且化學(xué)收縮比自收縮大。因此，所測出的數(shù)據(jù)偏大。

　　目前，也有研究人員使用排液法直接讀出水泥漿體的體積變化數(shù)值。如國內(nèi)的鮑光玉等人提出了密封試樣細(xì)管排液的體積變形測定方法。該方法可實時準(zhǔn)確地測出水泥石及混凝土的變形，其基本原理是：置于裝水容器中的密封試樣，其體積的變化將導(dǎo)致引出細(xì)管液面的高度發(fā)生變化，因此由液面高度變化而計算得到的液體體積變化即為試樣的體積變化值。細(xì)管直徑越小，試樣體積越大，所測得精度就越高。但水泥石泌水對該試驗影響顯著。并且，在密封試樣中測定水泥基膠凝材料的早期體積變形時，被重新吸進(jìn)水泥石的泌水阻礙了早期的自收縮。當(dāng)泌水被消耗完畢后，自收縮將大量發(fā)生。對于水灰比0.30的水泥石，在24 h時，漿體的泌水已被完全吸收，之前觀測的收縮數(shù)據(jù)以化學(xué)收縮為主；24 h后，水泥不斷水化，消耗著毛細(xì)孔中的水，而水泥石內(nèi)部毛細(xì)孔中的水得不到補充，此時的體積變形數(shù)據(jù)以自收縮為主。所以，該方法仍然測不出水泥石1d之內(nèi)的自收縮值。

　　3.2.4其他方法

　　為了綜合體積變化率法和長度變化率法的優(yōu)點，Jensen和Hansen建議用一種褶皺的模具。在凝結(jié)之前，該模具事實上將體積變形轉(zhuǎn)變成了線性變形，同時，也可以在硬化之前開始測量試件的線性長度。其原因是半徑方向上的剛度比長度方向上的大。而且，該測試方法也避免了試件的脫模，能夠保證試件的密封性良好。國內(nèi)管娟也在其研究中采用了類似的方法進(jìn)行混凝土自收縮的測量，只是在其基礎(chǔ)上稍加做了改進(jìn)。

　　此外，有研究人員使用了雙模具測試試件的自收縮，即參考日本的《自收縮研究委員會報告書》中有關(guān)測量混凝土自收縮裝置。將厚度為1mm的特富隆塑料板材，壓制成標(biāo)準(zhǔn)的收縮試模形狀，成型時預(yù)先放置在試模內(nèi)部，澆筑成型完畢放置于恒溫室內(nèi)，待初凝后拆模，由于采用了特富隆襯板而有效避免了拆模對早期仍然脆弱的混凝土試件的損傷，而且特富隆襯板對成型的混凝土試件的約束可以忽略，所以該方法也可以從初凝開始測試。

　　綜上所述，對于高性能混凝土的自收縮測試方法有待于進(jìn)一步改進(jìn)，以便減少一些外來因素的干擾。

　　4.自收縮改善措施

　　4.1自養(yǎng)護(hù)法抑制高性能混凝土自收縮

　　自養(yǎng)護(hù)指混凝土硬化過程，構(gòu)成混凝土的某組分將其內(nèi)部“儲存”的水分供給未水化水泥顆粒或活性礦物摻和料，使混凝土繼續(xù)水化硬化的作用。理論上輕質(zhì)多孔集料和多孔活性摻合料具有自養(yǎng)護(hù)作用。

　　日前常用的多孔陶粒等輕質(zhì)材料浸水飽和后作為骨料摻入到混凝土中，在不影響混凝土拌和物的流動性的基礎(chǔ)上，將其內(nèi)部粗大孔隙(與水泥石內(nèi)部孔隙相比)中的的水分供給水泥石體系，一方面促進(jìn)膠凝材料的進(jìn)一步水化，另一方面可減少因水化引起的內(nèi)部濕度的降低作用。對于混凝土強度要求較高的高性能混凝土，浸水多孔骨料與普通砂石骨料按一定的比例摻入，在保證強度的條件下，抑制體系的部分自收縮。

　　沸石粉等多孔活性摻合料內(nèi)部含有大量的微孔，在有水的條件下可吸附大量的水分。因此浸水飽和的沸石粉作為摻和料摻入到高性能混凝土內(nèi)，通過沸石粉自身的活性參加水化反應(yīng)，將其內(nèi)部的水分釋放出沸石粉的高活性一般不降低混凝土的強度。

　　4.2摻入粉煤灰

　　混凝土的自收縮大小主要取決于水泥石內(nèi)部自干燥程度，水泥石的彈性模量及徐變系數(shù)?；炷恋脑缙?初凝至1d)彈性模量低、徐變系數(shù)大，因此自干燥速度是決定早期自收縮的主要因素。粉煤灰雖然是活性混合材料，但是在水泥漿體系中的水化非常緩慢。因此在相同的水膠比條件下，用粉煤灰替代部分水泥，相當(dāng)于增大早期有效水灰比。因此粉煤灰可降低混凝土內(nèi)部的早期自干燥速度，顯著降低早期自收縮。

　　安明喆研究表明，水膠比為0.29、膠凝材料用量為550kg/ m³、粉煤灰摻量分別為0%,10% ,20%、30%的高性能混凝土，28d的自收縮分別為273 x10-6、220x10-6、163x10-6、151x10-6，可見自收縮隨粉煤灰摻量的增加而降低。試驗發(fā)現(xiàn)粉煤灰對早期自收縮的降低作用更為明顯，1d的自收縮分別為211x10-6、140x10-6、71x10-6、44x10-6。

　　惠榮炎等進(jìn)行的摻粉煤灰水工混凝土的自身收縮測定結(jié)果也表明，自身收縮隨粉煤灰摻量的增加而降低。

　　李家和等研究了硅灰、磨細(xì)礦渣、磨細(xì)粉煤灰三種摻合料對高性能混凝土自收縮的影響，研究結(jié)果表明：硅灰和磨細(xì)礦渣粉增大了高性能混凝土3d前的自收縮值，而磨細(xì)粉煤灰降低了高性能混凝土3d前的自收縮值。

　　4.3摻入合理外加劑

　　有機收縮低減劑原用來降低混凝土的十燥收縮。其作用機理是通過降低混凝土內(nèi)部水表面張力的方法減小干燥收縮。從理論上完全可以用它來減小混凝土

　　的自收縮。常見的有機收縮低減劑有丁醇、聚乙二醇、聚醚、低級乙醇環(huán)氧化物的衍生物等。安明喆在文章中指出：環(huán)氧化物系列收縮低減劑可以有效地抑制水泥凈漿的自收縮，而且自收縮的減少率與表面張力的減少率大致相同。

　　膨脹劑與水分反應(yīng)過程體系的宏觀體積發(fā)生膨脹。利用這種膨脹作用可補償混凝土體系產(chǎn)生的部分自收縮。膨脹劑按膨脹源可分為鈣磯石類和石灰系列膨脹劑等。這兩種膨脹劑在水泥漿體系中反應(yīng)速度較快，早期具有較好的補償收縮作用，但是后期膨脹劑的膨脹作用并不明顯，而目早期其水化膨脹過程消耗大量的水分，因此后期仍產(chǎn)生自收縮。

　　4.4骨料或纖維對自收縮的抑制作用

　　高性能混凝土中引起自收縮的組分是水泥石，因此混凝土中存在的骨料，約束水泥石的變形，降低體系的自收縮，其作用機理和干燥收縮相同。一方面骨料的摻入相對來說降低了水泥漿用量，另一方面自收縮引起的骨料彈性變形反過來抑制水泥漿的自收縮，因此混凝土的自收縮小于同尺寸水泥漿的自收縮。由此可知骨料的體積含量與彈性模量對自收縮的影響很大。一般情況下高性能混凝土的自收縮均隨骨料體積含量的增加而減小，并且同配比的混凝土其自收縮隨骨料彈性模量的增加而減少。由此可見，高性能混凝土滿足高工作性與高耐久性的條件下，盡量降低膠凝材料用量，增加骨料的摻量，在有條件的情況下選用彈性模量相對較大的骨料，可以減少混凝土的自收縮。

　　纖維對高性能混凝土自收縮的抑制作用也類似骨料，通過對水泥石自干燥變形的約束作用減少自收縮?？紤]到高性能混凝土的自收縮早期(初凝至1d)很大，而此時水泥石尚無很高的彈性模量，因此采用低彈性模量的聚合物纖維也可以有效抑制早期自收縮。高彈性模量的鋼纖維或碳纖維不僅可以有效抑制早期自收縮，還有利于克服后期體系的自收縮。已有研究表明高彈性模量纖維可以抑制高性能混凝土的自收縮。有關(guān)纖維抑制自收縮方面的工作尚需要進(jìn)一步深入進(jìn)行。

　　4.5加強早期養(yǎng)護(hù)

　　實際施工過程早期養(yǎng)護(hù)對高性能混凝土自收縮的影響很大。初凝后立即養(yǎng)護(hù)可有效地抑制高性能混凝土的早期自收縮。劉春利[31]等人在文章中指出用鋼模板、木模板、塑料模板等進(jìn)行施工時，與模板相接觸的混凝上面，拆模前無法供水養(yǎng)護(hù)，而恰恰此時產(chǎn)生很大的自收縮。因此澆注高性能混凝上時建議采用可帶模供水養(yǎng)護(hù)的內(nèi)襯憎水塑料絨鋼模板或透水模板。它們的共同特點是模板內(nèi)襯的多孔材料可吸收大量的水分，同時具有憎水性而極易釋放出水分，供給混凝上養(yǎng)護(hù)。因此混凝上初凝后向內(nèi)襯的多孔材料供應(yīng)水分，達(dá)到養(yǎng)護(hù)模板內(nèi)混凝上的目的。

　　4.6其他減少自收縮的注意措施

　　(1)在材料細(xì)度相近的情況下，在同樣齡期時，活性較高的材料引起的自縮較大。就不同品種的水泥而言，鋁酸鹽水泥和早強水泥的活性較普通硅酸鹽水泥人，其自縮值也較大；中熱、低熱水泥的活性較普通硅酸鹽水泥小，其自縮值也較小。同時盡量避免使用高細(xì)度的水泥。

　　(2)就使用的礦物摻合料而言，硅灰和偏高嶺土均屬于特細(xì)材料，其中硅灰更細(xì)一些，硅灰的自縮值應(yīng)更大一些。偏高嶺土中含有大量鋁的氧化物，其活性遠(yuǎn)高于硅灰。因此，在10%偏高嶺土取代量的情況下，普通硅酸鹽水泥的水化和偏高嶺土的火山灰反應(yīng)能達(dá)到匹配，達(dá)到最大自縮值；而摻加硅灰時的自縮值則隨其摻量的增加而增大。因此硅灰摻量不要太大，使用偏高嶺土做礦物摻合料時，避免使用10%的取代量。同時有研究表明礦渣的摻入也會增大自收縮量，因此應(yīng)采取合適的摻量。

　?。?）在條件許可的情況下，適當(dāng)加大骨料的含量以及水膠比。

　　5.存在的問題

　　1.目前對于混凝土的自收縮還處于對自收縮的測定和試驗結(jié)果的粗略分析上，尚沒有深入的理論研究。

　　2.對于混凝土自收縮的測量各國均沒有標(biāo)準(zhǔn)，只是依照測量混凝土收縮的相關(guān)原理而設(shè)計相關(guān)的試驗裝置進(jìn)行測量。對自收縮試件標(biāo)準(zhǔn)尺寸，特別針對混凝土、砂漿、水泥凈漿試件都沒有統(tǒng)一的尺寸，使得各研究者的試驗結(jié)果對比性差。因此，需進(jìn)一步加強高性能混凝土早期自收縮的研究，建議制定專門測量早期自收縮的試驗規(guī)范。

　　3.混凝土自收縮測量方法不夠精確。國內(nèi)外混凝土自收縮的測定方法五花八門，各有利弊，但是其共同特點是保證體系與外界無水分交換。日本自收縮研究委員會提出了用千分表測定方法。森本等還嘗試了用埋入式應(yīng)變計測定自收縮的方法。在眾多的測定方法中，日本自收縮研究委員會提出的自收縮測定方法，可以精確地測出早期(1d前)的自收縮，但是1d后由于密封材料鋁薄膜的約束作用，自收縮測定結(jié)果偏小。研究新的試驗方法測定最大的自收縮值是十分必要的。測試方法不僅要保證試件在恒溫絕濕的條件下，避免塑性收縮、化學(xué)收縮與干縮對其值的影響，同時要保證試件的收縮不因外部因素而限制。

　　4.高性能混凝土自收縮力學(xué)模型與預(yù)測模型尚不完善。需通過理論分析明確高性能混凝土自收縮的機理，從水泥石的組成、微觀結(jié)構(gòu)、濕度環(huán)境及力學(xué)性能等特點出發(fā)，建立高性能混凝土自收縮力學(xué)模型與預(yù)測模型:從而了解不同影響因素對自收縮的影響程度。

　　5.高性能混凝土自收縮應(yīng)力對混凝土結(jié)構(gòu)的影響，以及對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的影響幾乎空白。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土，中國鐵道出版社，1999.9.

　　[2]Hua C Y,  Acker P，Ehracher A. Analyses and models of the autogenous hrinkage of harding cement paste[J]. Cement and Concrete Research, 1995, 25:1457-1468.

　　[3]Ahmed Loukili, Abdelhafid Khelidj, Pierre Richard. Hydration inetics, change of elative humidity and autogenous shrinkage of ultra-high-strength concrete[J].Cement and Concrete Research, 1999, 29: 577-584.

　　[4]安明品，朱金銼，譚維祖.高性能混凝土的自收縮問題[J].建筑材料學(xué)報，2001，(6):159-165.

　　[5]謝麗，吳勝興，水灰比對混凝土早期收縮影響的研究[J].第23卷第1期，2007(1):55-57.

　　[6]Zhang M.H. and Tam C.T.，Effect of water-to-cementitious materials ratio and silica fume on the autogenous shrinkage of concrete [J]. Cement and Concrete Research 2003 (33):1687-1694.

　　[7]揚長輝，王海陽，王沖，等.混凝土的自身變形及其測定方法評述〔J7.混凝土與水泥制品，2004(1):11-14.

　　[8] Ei-ichi Tazawa, Miyazawa. Influence of cement and admixture on autogenous shrinkage of cement paste[J]. Cement and Concrete Research, 1995, 25: 281-287.

　　[9] K. Kohno, T. Okamoto, Y Isikawa, T. Sibata, H. Mori. Effects of artificial light      weight aggregate on autogenous shrinkage of concrete[J]. Cement and Concrete      Research, 1999, 29: 611一614.

　　[10]李獻(xiàn)，馮永民，史書山.商品混凝土產(chǎn)生裂縫原因及防治措施[J].混凝土，2003 (12): 63-64.

　　[11]海勇，宣懷平，王重建.大摻量粉煤灰高性能混凝土的試驗研究[J].粉煤灰，1998 (3):19-24.

　　[12]鄒建喜，李顯金，遲培云.粉煤灰混凝土的變形性能研究[J].混凝土，2003( 6 ) :38-41.

　　[13]吳學(xué)禮，張樹青，楊全兵.粉煤灰混凝土的自收縮性能[[J].粉煤灰科學(xué)研究，2003, (6): 3-5.

　　[14]張樹青，楊全兵.礦粉混凝土的自收縮[[J].低溫建筑技術(shù)，2004, (3): 1-3.

　　[15]李家和，歐進(jìn)萍，孫文博.摻合料對高性能混凝土早期自收縮的影響[J].2005(5): 9-11.

　　[16]蔣家奮.淺析混凝土的自收縮[J] .混凝土與水泥制品，2001, (6): 6-7.

　　[17]楊全兵.高性能混凝土的自收縮機理研究[J].硅酸鹽學(xué)報，2000, (12 ) : 72-75.

　　[18]Jensen 0. M., Hansen P. F.. Influence of Temperature on atuogenous Deformation and Relative Humidity Change in Hardening cement paste[J].Cement and Concrete Research.1999,29: 567-575.

　　[19]Pietro Lura, Klaas van Breugel and Ippei Maruyama} Effect of curing temperature and type of cement on early-age shrinkage of high-performance concrete [J].Cement and Concrete Research 31 (2001) 1867-1872.

　　[20]王東華.混凝土的收縮、開裂與對策[J].山西建筑，2002 28 (2 ): 97-98.

　　[21]徐錚澄.商品混凝土裂縫的原因與防治[J].混凝土，2002 (5 ): 63-68.

　　[22]Sule M. and Van Breugel K.The effect of reinforcement on early-age cracking due to autogenous shrinkage and thermal effects (J]. Cement&Concrete Composites 2004 (26):581-587.

　　[23]王雪芳，鄭建嵐.礦物摻合料對高性能混凝土自收縮影響及計算模型研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2010，31（2）：94-98.

　　[24] V Morin, F. Colen-Tenoudji, A.Feylessoufi，P.Richard. Evolution of the capillary      network in a reactive powder concrete during hydration process[J]. Cement and Concrete Research, 2002, 32: 1907-1914.

　　[25]鮑光玉，胡曉波，王志，張競男.水泥石體積變形試驗研究[J].建筑材料學(xué)報，2004, (3): 109-112.

　　[26]田倩，劉加平，繆昌文，孫偉.高精度混凝土變形自動化測試系統(tǒng)的實現(xiàn)[J] .江蘇建筑，2002, (3): 42-44

　　[27] 安明喆，覃維祖，朱金銓.高性能混凝上自收縮的試驗研究[J].山東建材學(xué)院學(xué)報，1998, 12（SI） : 24～ 29.

　　[28] 惠榮炎，黃國興，易冰若.安康混凝上依時性變形的試驗研究.見:中國水電科學(xué)研究院，編水利水電科學(xué)研究論文 集.北京:國水電科學(xué)研究院，1985.第12集(結(jié)構(gòu)、材 料).

　　[29]李家和，歐進(jìn)萍，孫文博.摻合料對高性能混凝土早期自收縮的影響.混凝土，2002，(5).

　　[30]安明喆，朱金銓，覃維祖.高性能混凝土自收縮的抑制措施[J].混凝土，2001，（5）:37-41.

　　[31]劉春利，喬文中，劉鐵奇.早期養(yǎng)護(hù)對高性能混凝土自收縮的抑制作用[J].黑龍江水利科技.2002，（3）：123.