广义的补偿收缩混凝土及补偿效率.pdf
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1、2 0 1 0 年 第 6期 (总 第 2 4 8 期) Nu mb e r 6 i n 2 O1 0( To t a 1 No 2 48) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HE0RETI CAL RESE ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 6 0 1 5 广义的补偿收缩混凝土及补偿效率 李 乃珍 。谢敬坦 ( 石家庄市太行特种水 泥与防水_ r 程研究所 ,河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ) 摘要 : 根据补偿收缩混凝土 的发展 现状 , 提出 了广义 的补偿 收缩混凝 土及
2、补偿 效率概念 , 将补偿能力与贮存实 现量 化 , 利用补偿 效率 形 成一种实用性较强的裂缝控制方法。 关键词 : 补偿收缩 ;补偿效率 ;混凝 土 ;膨 胀剂 中图分类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0) 0 6 0 0 4 9 0 4 Ge ner al i z ed s hr i nk ag e- co m p en sa t i ng c onc r e t e a nd c ompen s a t i on e ffi c i e nc y LI Na i - z h e n, XI E J i
3、n g - t a n ( S h ij i a z h u a n gT a i h a n g S p e c i a l C e me n t a n dwa t e r p mo f i n gE n g i n e e ri n gI n s t i t u t e , S h ij i a z h u a n g0 5 0 0 3 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Ac c o r d i n g t O t h e c u r r e n t d e v e l o p m e n t s i t u a t i o n o f s h rin k
4、 a g e c omp e n s a t i n g c o n c r e t e , t h i s p a p e r p u t s f o r wa r d t h e c o n c e p t o f t h e g e n e r a l i z e d s h r i n k a g e c o mpe n s a t i n g c o n c r e t e a n d t h e c o mp e n s a t i o n e ffi c i e n c y t O q ua n t i z e t h e c a p a c i t y o f c o mp e
5、 ns a t i o n a n d s t o r a g e a n d us e s t he c o m p e n s a t i o n e ffi c i e n c y t O f o r m a p r a c t i c a l c r a c k c o n t r o l me t h o d Ke y wor ds : c o mpe n s a t i o n s h rin k a g e; c o mp e n s a t i o n e ffi c i e n c y; c o nc r e t e; e x p a n s i v e a g e n t
6、s f ) 引言 3 0年后 , 重读吴中伟院士 的著作 补偿 收缩混凝土 , 愈见 其远 见卓识 , 愈感需要全面 、 深人地领会他的学说 , 特 别是 冷缩 与干缩的联合补偿模式以及形成的裂缝控制体系。 3 O多年的工 程实践 , 无 论在材料 发展还是 在应 用技术 方面 , 都进一 步丰富 了这一学说 的内容 。吴先生 曾经 提出补偿 收缩 要有意识地 、 予 先“ 贮存补偿能力” 的观点。引入广义的补偿收缩混凝土及补偿 效率 的概念 , 探讨这 一观点并进 而实现量 化 , 以期对 裂缝 控制 研究及予防开裂起 到积极 的作用 。 1 裂缝成 因及判 断开裂的袁 述 裂缝控制研究是近
7、些年来混凝土工程界 的热 门课题 , 许 多 专著和文章都分析了裂缝的状态及成因, 已产生裂缝的统计表 明, 8 0 以上属非荷载 裂缝 , 大部 分 由变形引起 , 变形 的表 现形 式是限制收缩 。 混凝土产生的收缩大小估量 , 根据多种文献提供的数据, 自生 收缩约 0 4 x 1 0 ; 干缩 2 x 1 0 8 x 1 0 , 在 1 4 d内约完成 1 4 3 0 ; 每降低 1 0收缩 当量值 l x l 0 。 混凝土干缩受约束产生拉应力, 冷缩受约束在低温部位产生 ( 多为混凝土表层 ) 拉应力。人们常用如下 3种方式表述变形一 拉 应力与开裂的关 系 : ( 1 ) 当拉应
8、 力 压应 力 , 或 者说拉应 力 抗 拉强度时 产生 开裂 ; ( 2 ) 对大体积混凝土, la 7 e 产生开裂。 l a i q g p ( 1 ) 式 中: 混凝土线膨胀系数 , 0 1 0 0 内为 l x l 0 ; 收稿 日期 :2 0 1 0 0 3 0 5 卜总温差, T = T 。+ r, 2 + , 。 是水化热温差 , 是中心温 度与环境温度 的温差 , T 3 = , ) O r ; s 极限拉伸 , 取 1 5 x 1 0 。 ( 3 ) 最终收缩变形大于 时 , 产生开裂 , 吴先生给 出了式( 2 ) : f 2 一 S 2 一 S T + ( 2 ) 式中
9、 : s 厂一 混凝 土的限制膨胀率 ; S _ 一 限制收缩值 ; 一 最大冷缩值; C 广徐变 。 第 一种表述以变形引起的力学特征为基准 , 第二种表述以 大体积混凝土温差变形为基准 ; 第三种表述以混凝土干缩 、 冷缩 的本质性形变大小为基准 。毫无疑义 , 这三种表述在理论上都 是正确的 , 都建立在混凝 土收缩变形是 导致 开裂的原发性原因 的认识之上 。但利用这三种表述实现裂缝控制的技术路线 出发 点及 相关措施则会存在异同之处 。 2 影 向 收缩 变形的主要 因素 将混凝土的收缩变形限制到最低程度, 削弱或切断导致产 生内应力的诱 因 , 是根本性 的防裂办法 。混凝土 收缩
10、 变形是在 种种不同的限制条件下发生的, 因为事实上不存在没有限制的 构件, 建立在这基础之上的补偿收缩混凝土学说 , 吴先生给 出的确切定义是用限制膨胀补偿限制收缩。这有几层含义 , 如 混凝土的原收缩值为 0 , 则不会开裂, 无需补偿; 如收缩值较大、 通过补偿使其降低至 0 , 也不会开裂。 需要中肯的分析影响收缩 变形 的主要因素 , 以采取针对性措施 。已经发表 的研 究结果表 明 , 影响收缩 的因素遍布 与贯穿在从设计 、 原材料 、 施 工到运行 的全部过程, 而且, 不同的构件收缩行为存在差别, 要想予先全 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o
11、 m 面封杀这些因素几乎是不可能的。从宏观上讲, 以确定的结构 设计条件为对象, 可将其大致分解为两个方面: ( 1 ) 影响干缩的因素 水泥 、 外加剂 、 骨料的品种与性能 、 水养程度 、 混凝土的 W C、 砂率及灰集比、 环境湿度等。 ( 2 ) 影响冷缩的因素 构件的截面尺寸与体积, 水泥品种及热学性能, 骨料尺寸 及热学性能, 化学外加剂( 如防冻剂、 早强剂) , 混凝土 w C、 灰 集比与凝结时间。 可以看出除环境温度、 湿度由天而定外 , 其他因素都可以 进行人工整合与控制。实施补偿收缩混凝土, 对于减小原有因 素对收缩的影响程度朝有利方向转化 , 体现是 : ( 1 )
12、 膨胀剂与水泥一起进行水化反应, 利于消除自生收缩、 减小干缩 ; ( 2 ) 目前的多数工程属中等限制程度, 配筋率 为O 5 0 2 , 和小限制程度 0 5 ) 相比, 膨胀受到的制约加大, 但增加了 膨胀导人的压应力增益 ; ( 3 ) 在保持膨胀状态期间, 值逐渐增大, 冷缩得到了补偿 和缓解 ; ( 4 ) 产生略高于普通混凝土的拉应力徐变 c T , 增强拉伸变 形能力。 3 裂缝控制的技 术路线 王铁梦提出的抗放兼施 、 抗放结合的裂缝控制技术路线, 已成为混凝土业界的共识。对 于抗 、 放的含义 , 通常的理解是 : 抗一 增大抗拉强度能力, 如加筋与合理配筋; 放一 增大变
13、形余地 如设后浇缝、 滑动层。前者针对变形引起的后果, 后者针对变形 的行为过程, 前者属主动性, 后者属被动性。 采用补偿收缩混凝土时, 化学膨胀张拉钢筋, 形成压应力 , 增大抗拉强度, 加强了“ 抗” 的作用 , 这是较为普遍的传统认识; 同时, 由于限制膨胀的产生, 减小了限制收缩的幅度, 形变小 了, 也就放大了允许变形的空问。在小限制条件下作用偏重于 放, 大限制条件下作用偏重于抗。重视抗的作用, 也不忽视放的 意义。比较正确全面的认识是 , 补偿收缩混凝土是一种 自身就 能同时体现抗 、 放的混凝土。因此, 利用补偿收缩技术进行裂缝 控制的技术路线, 具有 自然合理性, 当然,
14、并不排斥传统的抗 、 放措施, 如适当设置伸缩缝 、 合理配筋等, 多学科的结合, 必然 会促进裂缝控制理论的进步与提高实效。 4 广义的补偿收缩混凝土概 念 吴先生指出, 在大体积混凝土和大截面混凝土构件中, 散热 降温引起的冷缩比干缩更易引起开裂, 冷缩与干缩总是同时进 行的, 冷缩与干缩的联合补偿, 应采用“ 补偿作用” 较大的小限 制条件。为了防止表层开裂, 对于气温周期性变化大的构筑物可 有意识地贮存一定的“ 补偿能力” ; 对大坝混凝土工程, “ 予先贮 存足够的补偿能力和适当延长湿养时间更有必要” 。这段文字的 关键词是有意识、 预先、 贮存、 足够。在以往的补偿收缩混凝土 实践
15、中, 感性认识上比较侧重于补偿能力, 理性的“ 贮存” 的概 念则比较模糊。因此, 应对“ 贮存” 进行界定, 探讨贮存程度及贮 存方法。 补偿能力是一个单向的绝对性概念, 将其转化为便于比较 的相对性概念, 则可以实现补偿能力及其贮存的量化。普通混 5 0 凝土经补偿以后, 最终收缩水平有了提高, 提高的幅度与原收 缩水平相比, 可以得到提高的百分率, 将其称为理论补偿效率。 混凝土的最终限制收缩率用 rD 表示, s 3 表示除干缩与冷 缩以外的其他收缩总和。得到式 ( 3 ) : 6 , 0 =- S + S T + S 3 ( 3 ) 假设补偿前 OO r O =- 一 4 x 1 0
16、 一 , 补偿后收缩减小至一 2 0 x l 0 , 理论 补偿效率则为 5 0 ; 减小至 0 , 理论补偿效率即达 1 0 0 , 认为 收缩已经得到完全补偿; 8 O , 认为已经贮存了补偿能力。 由此引伸得到广义的补偿收缩混凝土概念 , 这是补偿收缩 混凝土发展中必然产生的新认识。它有如下几层含意: ( 1 ) 凡具有补偿能力、 产生补偿效率的混凝土, 均可视为补 偿收缩混凝土, 目前, 主体是膨胀性混凝土; ( 2 ) 凡能够降低混凝土收缩的材料, 包括减缩剂、 相变材料 及掺合料 , 均可视为补偿材料, 目前其主体是混凝土膨胀剂; ( 3 ) 补偿效率以最终收缩水平为计算依据, 评
17、价混凝土或 补偿材料的补偿能力时, 并不看重膨胀率的高低或膨胀落差的 大小 。 目前看来, 补偿收缩混凝土或膨胀剂主要是采取提高膨胀 率的手段, 以降低干缩、 提高补偿效率。新近修订的G B 2 3 4 3 9 2 0 0 9 混凝土膨胀剂标准体现了这一趋势, 如增列了I I 型产品, 要 求水中 7 d限制膨胀率指标5 x 1 0 。 , 比老标准提高了 1 0 0 ; 干 空 2 1 d干缩率指标为1 1 0 , 比老标准提高 1 0 0 。 5实用补偿 效率 混凝土的收缩完成期很长, 难以得到也实无必要求取最终 限制收缩值。为 了赋予补偿效率实际应用的意义, 按 G B 5 0 1 1
18、9 混凝土外加剂应用技术规范的规定, 确定使用混凝土水中 1 4 d 、 移至干空 2 8 d ( 即干空中 1 4 d ) 的限制干缩率为基础条件。 补偿效率通过试验求取, 按 G B 2 3 4 3 9 - - - 2 0 0 9附录 B 。 掺膨胀 剂的混凝土限制膨胀和收缩试验方法执行, 试件尺寸 1 0 0 ml l 1 0 0 m mx 3 0 0 1 1 1 1 1 1 ; 纵向限制钢筋 为 O 7 9 , 使用工程确定的 原材料( 含外加剂 、 掺和剂 ) ; 同时进行掺膨胀剂( 或其他补偿材 料) 与不掺膨胀剂同养护条件、 平行对比试验, 结果按式( 4 ) i - 1 - :
19、 I。 十一 。I C s = I l x l 0 0 ( 4 ) I 占 I 式中: 一补偿效率, ; s 补偿收缩混凝土干空2 8 d的剩余限制膨胀率, ; s 一未掺膨胀剂混凝土干空2 8 d的剩余限制膨胀率, 。 用该种方法测定 、 包括了除冷缩之外所有的收缩变形; 可以认为掺与不掺膨胀剂的混凝土冷缩值相当, 由于对比混凝 土的 W C及材料同种 、 同量, 也就自然消除了材料变化对两种 混凝土收缩影响的差别( 未计人膨胀剂降低水化热的效果) , 试 验条件与工况较为接近, 也就使其具有了较高的应用价值。 当使用温控材料进行补偿时, 以晶表示材料的温度补偿当量, 按式( 5 ) 计算补
20、偿效率: l罩 、 o l C I f 1 0 0 ( 5 ) l m l 温控材料的开发时见报导, 但尚未进入使用阶段, 因此, 式( 4 ) 是 目前 的实用计算式 。 6 补偿效率裂缝控制法 利用补偿效率可以形成一种裂缝控制方法, 确定两种基限 值, 一是补偿后允许产生无害裂缝的干空 2 8 d 最低剩余限制膨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 胀率即最大限制收缩率, 该值取 GB 5 0 1 1 9规定的一 3 x l O ; 二是 连无害裂缝也不会产生的最低剩余限制膨胀率, 该值与 同值、 反向 , 取一 1 5 x l O 。由此 , 得 到以下开裂判
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