高性能混凝土Highperformanceconcrete——HPC工程案例全長32.5公里的東海大橋是我國第一次在海上建造的特大橋梁，采用C50高性能混凝土來抵抗海水的侵蝕，要想抵御海水中的氯離子對混凝土的侵蝕，就得提高混凝土的密實性，杜絕和減少混凝土產(chǎn)生裂縫。試從提高高性能混凝土密實性及體積穩(wěn)定性方面分析，在原材料的選擇方面要做哪些要求。高性能混凝土的體積穩(wěn)定性一、概述

低水膠比與礦物外加劑的大量摻入使高性能混凝土的硬化結(jié)構(gòu)與普通混凝土相比有著很大的差異，結(jié)構(gòu)的差異帶來高性能混凝土諸多性能上的突破的同時，隨之帶來了它的一些本質(zhì)上的缺點，如收縮，特別是自收縮大。混凝土產(chǎn)生收縮的主要原因：混凝土中所含水分的變化；化學(xué)反應(yīng)；溫度變化等因素引起的體積縮小。

（一）混凝土的收縮的種類：

化學(xué)收縮自收縮溫度收縮（冷縮）塑性收縮干燥收縮碳化收縮收縮類型產(chǎn)生原因發(fā)生齡期影響因素預(yù)防措施塑性收縮沉降收縮干燥收縮化學(xué)收縮自收縮溫度收縮碳化收縮收縮類別的認知收縮試驗TestMethodforShrinkageofConcrete接觸法ContractMethod非接觸法Non-contractmethod混凝土在早齡期尚無足夠強度，宜采用非接觸方法測試其自初凝開始的收縮變形。

1.化學(xué)收縮（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。所有的膠凝材料水化以后都有這種減縮作用。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)部孔隙。

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向孔隙率而影響混凝土的性質(zhì)。影響化學(xué)收縮的因素：（1）化學(xué)收縮與水泥的組成有關(guān)

C3A的收縮最大，約為C3S和C2S收縮的3倍，約為C4AF的4.5倍。C3A的含量越大，水泥的收縮越大。

（2）化學(xué)收縮與水泥中的石膏含量有關(guān)即SO3含量也影響水泥的體積變化，SO3含量需要根據(jù)水泥中C3A和含堿量(R2O)進行調(diào)節(jié)。（3）化學(xué)收縮與礦物外加劑有關(guān)

摻用礦物細摻料時，水泥的化學(xué)減縮和細摻料的活性有關(guān)。例如，磨細礦渣越細，活性越高，化學(xué)收縮越大。因此磨細礦渣不宜過細，以避免增加混凝土的總收縮量。

2.自收縮

自干燥：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展而降低，稱為自干燥。

自干燥是體系在恒溫恒重下產(chǎn)生的。在水灰比較高的普通混凝土中，這部分收縮較小，包括在總的收縮之內(nèi)。

低水灰比的高強混凝土和高性能混凝土自收縮比普通混凝土的自收縮大得多。

原因：高性能混凝土的水灰比很低，能提供水泥水化的自由水分少，早期強度較高的發(fā)展率會使自由水消耗較快。在外界水分供應(yīng)不足的情況下，水泥水化不斷消耗水分而自干燥產(chǎn)生原始裂縫，影響混凝土的強度和耐久性?；炷磷愿稍锏拇笮∨c水灰比、礦物外加劑的活性、水泥細度等因素有關(guān)。自收縮主要發(fā)生在早期。

3.溫度收縮（冷縮）

是由于溫度變化引起的收縮變形。溫度收縮主要是混凝土內(nèi)部溫度由于水泥水化放熱導(dǎo)致混凝土溫度升高，水化基本完成后混凝土逐步降低到環(huán)境溫度，伴隨溫度降低會產(chǎn)生收縮。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)。在高性能混凝土中溫度收縮較大，溫度收縮出現(xiàn)的時間提前。高性能混凝土的早期收縮大會導(dǎo)致高性能混凝土(特別是高強混凝土)的早期抗裂性差。

4.塑性收縮混凝土在新拌狀態(tài)下，拌和物中顆粒間充滿著水，如養(yǎng)護不足，表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率時，則會造成毛細管中產(chǎn)生負壓，局部產(chǎn)生應(yīng)力，使?jié){體產(chǎn)生塑性收縮。

塑性收縮發(fā)生在硬化前的塑性階段，在塑性階段混凝土由于表面失水而產(chǎn)生的收縮，由它引起的開裂是工程建設(shè)階段最常見混凝土裂紋，一般發(fā)生在混凝土澆注后2-10小時。

高性能混凝土的水灰比很低，自由水分少，礦物外加劑對水有更高的敏感性，在工程中容易發(fā)生塑性收縮而引起表面開裂。影響因素：外部因素：風速、環(huán)境溫度和相對濕度等；內(nèi)部因素：水灰比、礦物外加劑、漿集比、混凝土的溫度和凝結(jié)時間等。預(yù)防：降低混凝土表面的失水速率。采取防風、降低混凝土的溫度、延緩混凝土凝結(jié)速率等措施都能控制塑性收縮。最有效的方法是終凝(開始常規(guī)養(yǎng)護)前保持混凝土表面的濕潤，如在表面覆蓋塑料薄膜、噴灑養(yǎng)護劑等。

5.干燥收縮：干燥收縮是指混凝土停止養(yǎng)護后，在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細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。隨著相對濕度的降低，水泥漿體的干縮增大。影響混凝土干燥收縮的因素：混凝土的水灰比和水化程度水泥的組成和水泥用量礦物外加劑和化學(xué)外加劑集料的品種和用量等。

6.

碳化收縮：

大氣中的CO2與水泥的水化物發(fā)生碳化反應(yīng)而引起的收縮變形。碳化反應(yīng)首先發(fā)生于Ca(OH)2，反應(yīng)生成CaCO3，體積收縮。由于水泥中的其他水化物必須在一定濃度的Ca(OH)2溶液中才能穩(wěn)定存在。Ca(OH)2碳化的結(jié)果是水泥漿體中的堿度下降，繼而其他水化物也可發(fā)生碳化反應(yīng)，并伴有水分的損失，也引起體積收縮。

如果混凝土有足夠的密實度，碳化就只限于表面層，很難向內(nèi)部進行。而在表面層，干燥速率也是最大的。干縮和碳化收縮的疊加受到內(nèi)部混凝土的約束，可能會引起嚴重的開裂。

（二）高性能混凝土的收縮碳化收縮：高性能混凝土結(jié)構(gòu)致密，碳化收縮值很小，可在干縮測量時一并考慮；塑性收縮：可采用早期保溫和調(diào)整配合比等方法加以控制；干燥收縮：高性能混凝土水灰比小，水分含量少，干燥收縮遠比普通混凝土??；因此，自收縮就成為影響高性能混凝土產(chǎn)生裂縫的最主要因素：早期產(chǎn)生較大的自收縮，彈性模量增長迅速，受約束的高性能混凝土構(gòu)件容易產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

二、高性能混凝土的自收縮自收縮是混凝土漿體內(nèi)部孔隙的干燥過程導(dǎo)致孔隙體積收縮引起的收縮。它從混凝土初凝后就開始產(chǎn)生。

自收縮與水化收縮有關(guān)，又不同于水化收縮。混凝土初凝后的水化收縮，使混凝土內(nèi)部無水的孔隙增加，在無外界供應(yīng)水的條件下，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生自干燥現(xiàn)象，引起收縮。

（一）高性能混凝土自收縮的特點普通混凝土水灰比大，自收縮率只有50×10-6～l00×10-6，與其干燥收縮相比幾乎小一個數(shù)量級，再加上實測的干燥收縮中已包括了混凝土的自收縮，因此普通混凝土的自收縮問題一直沒有得到重視。高性能混凝土水灰比小，自收縮不容忽視。

水灰比0.40.30.17自收縮占總收縮的比例（％）40501001.自收縮與水灰比的關(guān)系根據(jù)宮澤伸君等的實驗結(jié)果：因此，在高強高性能混凝土中，自收縮比在普通混凝土中大得多，特別是早期自收縮占到很高的比例。

2.礦物外加劑對高性能混凝土自收縮影響

礦物外加劑的礦物組成、活性和細度與混凝土自收縮大小有密切關(guān)系。不同礦物外加劑對自收縮的影響不同。

（1）高性能混凝土自收縮與硅灰的關(guān)系硅灰由于其超細顆粒和很高的活性，摻用硅灰會引起混凝土的較大自收縮，在低水灰比的高性能混凝土中，硅灰引起的自收縮較為顯著。

粉煤灰摻量（％）0102030ld的自收縮值211×10-6140×10-671×10-644×10-628d的自收縮值273×10-6220×10-6163×10-6l51×10-6ld的自收縮值占到28d自收縮的比例（%）77644429（2）高性能混凝土自收縮與粉煤灰摻量的關(guān)系(水膠比為0.29，膠凝材料用量為550kg／m3)：混凝土的自收縮隨粉煤灰摻量的增大而減小。

（3）高性能混凝土自收縮與磨細礦渣的關(guān)系磨細礦渣對混凝土自收縮的影響與其細度有關(guān)：礦渣細度小于400m2／kg時，混凝土自收縮可隨礦渣摻量的增加而稍有減?。划敿毝却笥?00m2／kg時，礦渣活性明顯提高，引起自收縮增大，這時，混凝土自收縮隨其摻量的增大而增大；但當摻量大于75％時，因為膠凝材料活性減低過多而使得混凝土自收縮減小。

3.高性能混凝土自收縮與水泥品種的關(guān)系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。硅酸鹽水泥的礦物組成中，水化速率快的C3A和C4AF影響最大。4.高性能混凝土自收縮與集料的關(guān)系集料的彈性模量＞水泥漿體的彈性模量，故在混凝土中起限制變形的作用。集料對混凝土自收縮的控制作用與集料用量、集料品種有關(guān)。

5.影響高性能混凝土自收縮的其他因素水泥細度：水泥越細，混凝土自收縮越大；養(yǎng)護溫度和濕度：養(yǎng)護溫度高，早期自收縮值大，但長齡期時，40℃養(yǎng)護的混凝土比20℃養(yǎng)護的自收縮??；配合比相同時，密封養(yǎng)護的比暴露的自收縮?。凰B(yǎng)護的比密封養(yǎng)護的自收縮小。外加劑：摻入超塑化劑，自收縮減小，且隨摻量的增加而減?。粨饺肱蛎泟r，可由早期膨脹而補償自收縮；試件尺寸：試件尺寸越大，自收縮越大。

（二）高性能混凝土的自收縮測定方法目前，自收縮的測量各國尚無統(tǒng)一標準，只是研究者根據(jù)不同的研究內(nèi)容進行選擇。常用的測定方法有以下幾種：

1．埋入應(yīng)變計法可獲得較高的精度；無法準確測定早期自收縮：該方法不適用于高性能混凝土。2．千分表法千分表是測量小變形最常用的設(shè)備，價格低，使用方便，在收縮和膨脹測量中廣為使用。這種裝置不能實現(xiàn)自動控制和自動數(shù)據(jù)采集處理。

3．電容式測微儀法這是一種非接觸式的位移測量裝置。特點：工作時無磨損，免維修；穩(wěn)定性和精度高，測量精度可以達到10-6；傳感器對試件沒有作用力，與被測體導(dǎo)電性能無關(guān)；能夠測到早期混凝土的變形；但該方法需配以相應(yīng)的計算機軟件(設(shè)備制造商提供)對測量結(jié)果進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。

4．新型非接觸感應(yīng)式混凝土早期自收縮測量法是一種新型非接觸感應(yīng)式混凝土早期自收縮測量方法。其特點是可以實現(xiàn)使用一對傳感器對多個試件的進行測量。

試驗過程及數(shù)據(jù)分析

（三）高性能混凝土自收縮的抑制措施產(chǎn)生自收縮的必要條件是內(nèi)部存在未水化的膠凝材料，充分條件是混凝土中外界水無法滿足內(nèi)部水化需要，充分認識混凝土自收縮產(chǎn)生的條件是避免自收縮危害的有效手段。只要選用合適的原材料與采用水養(yǎng)護等方法，高性能混凝土自收縮產(chǎn)生的開裂等危害是可以避免和控制的。通?？梢圆扇〉囊种聘咝阅芑炷磷允湛s的措施主要有以下幾個方面：

1．選擇礦物外加劑文獻和實踐都表明，摻粉煤灰可以降低高性能混凝土的自收縮。

2．使用減縮劑減縮劑通常為表面活性劑，可降低水表面張力及凹液面的接觸角，因而降低因自干燥產(chǎn)生的應(yīng)力，減縮劑同樣可以降低混凝土因干燥產(chǎn)生的自收縮。

3．充分水養(yǎng)護水養(yǎng)護不僅影響混凝土的自收縮，同樣影響混凝土的力學(xué)性能與耐久性。充分的水養(yǎng)護對保證水分滲透是有益的。

4．選擇適宜的水泥品種從材料角度出發(fā)，選用低C3A和C4AF、高C2S的水泥可以降低自收縮。5．使用輕集料摻入浸水的輕集料，通過輕集料內(nèi)部水分向水泥石體系的供應(yīng)，可以有效降低高性能混凝土的自收縮，而不降低強度等其他性能。

三、高強高性能混凝土的塑性收縮

（一）混凝土的塑性收縮及塑性收縮開裂

在高溫或風速較大的季節(jié)，大面積暴露的新鮮混凝土表面，在混凝土終凝之前容易產(chǎn)生收縮裂縫。由于這種裂縫是由混凝土塑性收縮引起的，所以稱之為塑性收縮裂縫。當新鮮混凝土表面水的蒸發(fā)速度大于混凝土的泌水速度時，水的蒸發(fā)面由表面深入到新鮮混凝土漿體表面以內(nèi)，使蒸發(fā)面形成凹液面，凹液面產(chǎn)生的毛細管壓力使固體顆粒之間產(chǎn)生引力。

這種顆粒之間的毛細管壓力引起拉應(yīng)力而使混凝土表面收縮，當混凝土處于塑性狀態(tài)時，混凝土表面抗拉強度很低，在P值大于混凝土表面的抗拉強度時，則產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

2.塑性收縮裂縫形式

塑性收縮裂縫和干縮裂縫不同。干縮裂縫：主要是由于混凝土終凝后內(nèi)部水泥石的孔隙(氣孔、毛細孔、凝膠孔)水蒸發(fā)而產(chǎn)生，干縮量隨齡期逐漸增長，形成的干縮裂縫一般垂直于長度方向或在邊角呈45°；塑性收縮裂縫：是由于混凝土終凝以前表面失水引起毛細管壓力而產(chǎn)生的表面收縮，裂縫在混凝土終凝之前形成，一般分布不規(guī)則，易出現(xiàn)龜裂狀。

塑性收縮裂縫常出現(xiàn)于混凝土板、路面、粱等大面積暴露的結(jié)構(gòu)表面，多呈直線形，長度可達l～2m，深度可能局限于混凝土表面較淺區(qū)域，也可能貫穿整個結(jié)構(gòu)。

塑性收縮而產(chǎn)生的表面不規(guī)則網(wǎng)

3.塑性收縮裂縫的危害性影響混凝土外觀質(zhì)量當裂縫產(chǎn)生在配筋附近時，還會加快鋼筋銹蝕，影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

（二）影響高強高性能混凝土塑性收縮開裂的因素1．外加劑對混凝土塑性收縮的影響不同種類外加劑對塑性收縮裂縫的影響各不相同。高效減水劑：高效減水劑大幅度增加混凝土終凝之前表面的毛細管壓力和收縮應(yīng)力。緩凝劑：混凝土中添加的緩凝劑在延緩水泥水化的同時，也降低了終凝前混凝土表面的抗拉強度，延長了表面失水的時間，增加了出現(xiàn)塑性收縮裂縫的可能性。所以在夏季或大風季節(jié)使用緩凝型高效減水劑應(yīng)注意防止出現(xiàn)塑性收縮裂縫。我國現(xiàn)階段大量使用的泵送劑基本上都有減水和緩凝功能，因此在高溫或大風季節(jié)應(yīng)注意采取措施，防止在暴露面積比較大的泵送混凝土表面出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

2．養(yǎng)護方法對混凝土塑性收縮的影響正確的混凝土養(yǎng)護是防止混凝土上表面出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵。在表面積比較大的混凝土工程施工時，可以采用塑料布封閉養(yǎng)護的方法。根據(jù)環(huán)境溫度還要適當?shù)恼{(diào)整養(yǎng)護方法，高溫季節(jié)要澆水養(yǎng)護，低溫季節(jié)要通過熱工計算，增加保溫材料的覆蓋厚度。

3．水膠比對混凝土塑性收縮的影響Powers公式和實驗都表明：降低水膠比，增加了塑性收縮開裂的可能性。較低的水灰比下，混凝土中最初出現(xiàn)裂縫的時間也稍微提前，裂縫最大寬度增加，長度5cm以上的裂縫變多，總數(shù)量較多。

4．水泥用量和膠凝材料總量對混凝土塑性收縮的影響

實驗表明：增加膠凝材料用量，塑性裂縫的總數(shù)量增加，長度5cm以上的裂縫數(shù)量也有所增加。5．礦物外加劑品種對高性能混凝土塑性收縮的影響粉煤灰、磨細礦渣以及硅灰的使用使混凝土漿體內(nèi)部固體顆粒堆聚更加密實，表面部分細小顆粒的存在使毛細管壓力增大，顆粒之間的引力也隨之增大，增加了出現(xiàn)塑性收縮裂縫的可能性。

6．溫度和濕度對混凝土塑性收縮的影響環(huán)境因素對混凝土表面水的蒸發(fā)起著關(guān)鍵性的作用。溫度提高、相對濕度降低后，混凝土的塑性收縮開裂情況明顯加重，初裂時間提前、裂縫的寬度加大、裂紋長度增加、裂縫總量增加。因此，工程中如果混凝土澆筑后處在高溫、低濕度的環(huán)境中應(yīng)該注意預(yù)防塑性收縮開裂。

（三）工程中預(yù)防塑性收縮的措施由于塑性收縮應(yīng)力是由混凝土表面的毛細管壓力引起，所以減少和預(yù)防塑性收縮裂縫應(yīng)該從減少混凝土的早期毛細管壓力和增加混凝土表面的抗拉強度著手。預(yù)防措施：

采用優(yōu)質(zhì)原材料；優(yōu)化配合比；加強養(yǎng)護；加入短纖維增強阻裂；采用減縮防裂劑。

在實際工程中還可以采取的有效措施有以下幾方面：

①減少混凝土表面水的蒸發(fā)速度。尤其在高溫、多風天氣中，注意減少或避免混凝土表面的陽光直射，降低混凝土表面的風速。②縮短凝結(jié)時間?；炷聊Y(jié)時間越長，則暴露在空氣中非養(yǎng)護的時間延長，相應(yīng)混凝土表面總的失水量也越大，出現(xiàn)塑性收縮裂縫的可能性也增大。③在混凝土配合比設(shè)計中，盡量避免或減少用硅灰和高細度的礦渣等礦物外加劑。

④養(yǎng)護前注意及時進行表面收光。應(yīng)該及時進行混凝土表面收光，在初凝至終凝這段時間內(nèi)留意觀察表面狀況，并根據(jù)需要（如環(huán)境、經(jīng)濟等因素的限制，無法避免混凝土表面的陽光直射，降低風速以及減少配合比中粉煤灰用量，或者由于技術(shù)上的要求需要使用緩凝型外加劑并摻加粉煤灰以延長混凝土的凝結(jié)時間等情況），需要進行多次收光。⑤及時養(yǎng)護。在初凝以后，如果在混凝土表面灑水而水泥漿不流失，則可盡早灑水養(yǎng)護，有條件的情況下可覆蓋土工布、草簾等進行保濕養(yǎng)護。工程案例全長32.5公里的東海大橋是我國第一次在海上建造的特大橋梁，采用C50高性能混凝土來抵抗海水的侵蝕，要想抵御海水中的氯離子對混凝土的侵蝕，就得提高混凝土的密實性，杜絕和減少混凝土產(chǎn)生裂縫。試從提高高性能混凝土密實性及體積穩(wěn)定性方面分析，在原材料的選擇方面要做哪些要求。

2.高強混凝土早期收縮開裂的測試方法

（1）混凝土限制收縮開裂試驗方法

圓環(huán)法可直接評價高強混凝土的收縮開裂性能。

（2）混凝土自由收縮試驗方法

混凝土的自由收縮試驗方法有兩種：①標準干燥收縮方法；②圓環(huán)同步測長法

（3）早期徐變在一般試驗室條件下，研究混凝土抗裂性能時可通過研究混凝土在壓應(yīng)力下的徐變性能，來間接得到混凝土對應(yīng)力的松弛能力。

（二）高強混凝土與普通混凝土收縮性能的對比

1．圓環(huán)法試驗

從圓環(huán)試驗結(jié)果可以看出：高強混凝土的收縮開裂趨勢明顯大于普通混凝土；各種礦物外加劑對收縮開裂趨勢的影響各不相同：

●硅灰明顯增大高強混凝土的收縮開裂趨勢；●比表面積800m2／kg的磨細礦渣高強混凝土的收縮開裂趨勢比基準高強混凝土的收縮開裂趨勢大；●粉煤灰高強混凝土的收縮開裂趨勢比基準高強混凝土的收縮開裂趨勢小。

2．混凝土自由收縮采用標準方法測試混凝土自由收縮，結(jié)果表明：高強混凝土與普通混凝土的早期收縮性能無明顯的差別。采用圓環(huán)同步方法測試混凝土自由收縮，結(jié)果表明：在90d齡期內(nèi)，高強混凝土的早期總收縮明顯大于普通混凝土。

3．高強混凝土早期彈性模量由于混凝土抗拉彈性模量與抗壓彈性模量隨齡期發(fā)展規(guī)律具有一致性，所以通過研究混凝土早期受壓彈性模量，可分析出混凝土早期抗拉彈性模量的相對大小。有研究表明：高強混凝土與普通混凝土相比，早期的抗壓強度高、發(fā)展快，因此高強混凝土早期彈性模量高、增長快。

4．混凝土劈裂抗拉強度混凝土抗拉強度一般可以采用劈裂抗拉試驗間接研究混凝土的抗拉強度。

劈裂抗拉試驗結(jié)果表明：劈裂抗拉強度隨齡期的增長而增長，但增長緩慢；高強混凝土的劈裂抗拉強度明顯大于普通混凝土；無論是高強混凝土還是普通混凝土，抗拉強度都很低，而且抗壓強度的增長幅度遠大于抗拉強度增長的幅度。所以，單純依靠提高抗壓強度來提高混凝土的抗拉強度，效果有限。

綜合對比高強混凝土與普通混凝土的早期力學(xué)性能，可以看出：高強混凝土的早期抗壓強度高、增長快，高強混凝土早期彈性模量明顯高于普通混凝土；雖然高強混凝土的劈裂抗拉強度大于普通混凝土，但由于混凝土的抗拉強度增長幅度遠小于抗壓強度的增長，所以它的增加對混凝土抗裂能力的貢獻并不明顯。

5．高強混凝土早期的徐變性能

研究結(jié)果表明：礦物外加劑能明顯降低混凝土的徐變性能；高強混凝土在早齡期有較小的徐變能力，這使它在早期收縮受約束時的應(yīng)力松弛能力較普通混凝土的小，從而增大了高強混凝土的收縮開裂趨勢。

6．高強混凝土和普通混凝土微觀結(jié)構(gòu)分析微觀結(jié)構(gòu)的觀察表明：微觀形貌

●對于高強混凝土，界面區(qū)Ca(OH)2晶體結(jié)晶較小，內(nèi)部微結(jié)構(gòu)中孔洞小、孔隙少，基本看不到長大的鈣礬石針狀晶體，大部分空間已被水化產(chǎn)物填充，這說明高強混凝土的微結(jié)構(gòu)比較致密；●對于普通混凝土，界面區(qū)存在六方板狀Ca(OH)2晶體，晶體的尺寸較大，微觀結(jié)構(gòu)的空隙中，可觀察到針狀的鈣礬石晶體呈簇生長，這說明普通混凝土的微結(jié)構(gòu)比較疏松。

孔徑結(jié)構(gòu)

●高強混凝土的孔隙率明顯小于普通混凝土；

●對于孔徑在1100～70nm之間的孔含量，高強混凝土明顯小于普通混凝土；對于70～3.2nm之間的孔含量，高強混凝土明顯大于普通混凝土。高強混凝土的孔徑曲線明顯向小孔方向偏移。這也是高強混凝土自收縮大的原因之一。綜上可見，微觀結(jié)構(gòu)致密、粗孔少、細孔多、孔隙率小是高強混凝土微觀結(jié)構(gòu)的主要特征。

7.小結(jié)通過對比高強混凝土與普通混凝土收縮開裂趨勢，可以發(fā)現(xiàn)高強混凝土與普通混凝土收縮性能差別很大：①高強混凝土早期總收縮明最增大；②高強混凝土彈性模量明顯升高；③高強混凝土徐變變形能力明顯減小，應(yīng)力松弛能力降低；④高強混凝土抗拉強度略有增加，但增加的幅度遠小于抗壓強度的增長。

高強混凝土早期較大的收縮性能與影響混凝土收縮開裂的其他因素之間有著內(nèi)在的關(guān)系，高強混凝土的較大收縮開裂趨勢是上述各種性能綜合作用的結(jié)果；具有不同水化特性的礦物外加劑使以上關(guān)系更加復(fù)雜。

(三)高強混凝土收縮開裂的因素

高強混凝土通過降低水膠比、摻加礦物外加劑來提高混凝土中水泥石的密實度，改善混凝土界面薄弱區(qū)，從而達到高強的目的。

因此，低水膠比和摻加礦物外加劑是高強混凝土的重要特征。

水膠比以及磨細礦渣、粉煤灰、硅灰等礦物外加劑對高強混凝土收縮開裂有著不同的影響規(guī)律。

1．水膠比對高強混凝土收縮開裂的影響

砂漿的收縮試驗表明：當水膠比在0.30～0.40之間變化時，水膠比越大，砂漿的收縮率越小，即增大水膠比對降低砂漿的收縮有利。

自由收縮試驗結(jié)果表明：水膠比大的高強混凝土的收縮略偏小，這種差別在7d齡期前表現(xiàn)得較為明顯。

圓環(huán)試驗結(jié)果表明：

●水膠比低的混凝土初裂時間早；

●水膠比低的混凝土各齡期最大裂紋寬度大。

●水膠比在0.30～0.40之間時，水膠比越低，混凝土的開裂趨勢越大。

●當混凝土的其他條件相同時，降低高強混凝土的水膠比能明顯增加高強混凝土的早期白收縮及總收縮。

●降低高強混凝土的水膠比能使混凝土的彈性模量增大，應(yīng)力松弛能力降低，即降低高強混凝土的水膠比使混凝土的收縮開裂增大。

2．磨細礦渣對高強混凝土收縮開裂的影響砂漿的收縮試驗結(jié)果表明：當摻量為30％時，各種細度的礦渣都能明顯降低砂漿的收縮率，其中摻加比表面積800m2／kg磨細礦渣的砂漿效果最明顯。圓環(huán)試驗結(jié)果表明：摻入過細礦渣不僅提前了混凝土的初裂時間，而且增加了高強混凝土各齡期的最大裂紋寬度。

綜合上述試驗結(jié)果，當?shù)V渣摻量為30％時，磨細礦渣增加了高強混凝土的收縮開裂趨勢，其中礦渣細度越大，表現(xiàn)越明顯。礦渣的加入使混凝土早期彈性模量偏高，徐變能力明顯降低。幾種因素的綜合作用，使摻加磨細礦渣的高強混凝土的收縮開裂趨勢略高于基準混凝土，其中細度較大的磨細礦渣(比表面積800m2／kg)表現(xiàn)明顯。因此，在工程中選擇礦渣時，必須注意礦渣摻量和細度對收縮性能的影響，在滿足強度和工作性的前提下，盡量降低礦渣的摻量和所用礦渣的細度。

3．粉煤灰對高強混凝土收縮開裂的影響圓環(huán)試驗并同步進行自由收縮試驗結(jié)果表明：粉煤灰對高強混凝土的收縮都有明顯的降低作用。粉煤灰高強混凝土引發(fā)初裂紋的時間比基準高強混凝土晚很多，各齡期的最大裂紋寬度也明顯小于基準高強混凝土。

因此，粉煤灰能明顯降低高強混凝土的收縮開裂趨勢。

原因：水化反應(yīng)：粉煤灰早期較少參與水化反應(yīng)，混凝土中摻加大量的粉煤灰相當于在早期用水量不變的情況下，降低水泥用量，從而使早期單位體積混凝土中水化產(chǎn)物量少，水泥石硬化體結(jié)構(gòu)相對疏松。粉煤灰高強混凝土早期的微結(jié)構(gòu)特點：特別是3.2～l00nm孔徑范圍的孔含量的降低，使粉煤灰混凝土早期的自收縮明顯降低，同時由于粉煤灰高強混凝土總體上的致密性，使混凝土早期的干燥收縮較小，從而使粉煤灰高強混凝土的早期總收縮明顯低于基準混凝土。

粉煤灰加入混凝土中使早期彈性模量略低，從而在收縮受約束時引發(fā)的彈性拉應(yīng)力較低。粉煤灰使混凝土早期的徐變能力降低，但這種混凝土的收縮發(fā)展慢，混凝土環(huán)部彈性拉應(yīng)力發(fā)展慢，從而使混凝土有足夠的時間發(fā)揮徐變性能，松弛彈性應(yīng)力。因此，幾種因素的綜合作用使粉煤灰高強混凝土的收縮開裂趨勢明顯低于基準混凝土。4．硅灰對高強混凝土收縮開裂的影響硅灰加入混凝土中后，混凝土的早期收縮明顯增加，后期收縮有降低的趨勢；摻加硅灰的混凝土的開裂時間比基準高強混凝土早，各齡期的最大裂紋寬度也明顯大于基準高強混凝土。

因此，硅灰使高強混凝土的收縮開裂趨勢明顯增加。

原因：填充能力：硅灰顆粒比水泥小很多，因此，硅灰對水泥顆粒之間及水泥顆粒與集料之間空隙的填充能力特別強。這樣，硅灰加入混凝土拌和物中后不僅能提高混凝土拌和物的黏聚性，降低泌水量，而且使混凝土的微結(jié)構(gòu)得到充分的密實。

微觀形貌：高強混凝土中加入硅灰后，無論是在水泥石內(nèi)部還是混凝土的界面區(qū)，3d齡期時都存在大量的C-S-H凝膠，而沒有粗大的Ca(OH)2或鈣礬石晶體出現(xiàn)?？讖浇Y(jié)構(gòu)：硅灰在混凝土中的較大水化活性及硅灰高強混凝土早期致密的微結(jié)構(gòu)使混凝土早期的粗毛細孔含量少，細毛細孔含量多，從而使混凝土內(nèi)部早期的自干燥作用明顯。

加硅灰混凝土內(nèi)部孔體系的臨界半徑迅速降低，引發(fā)較大的自收縮，而對混凝土早期的干燥收縮有降低作用，但在早期由于自收縮占主導(dǎo)地位，因此硅灰的加入使混凝土的早期總收縮增大。后期(7d齡期后)由于自收縮發(fā)展緩慢，干燥收縮占主導(dǎo)地位，硅灰高強混凝土致密的微結(jié)構(gòu)使總收縮降低。

5.小結(jié)通過上述對高強混凝土收縮開裂趨勢影響的系統(tǒng)研究，可以得到如下結(jié)論。①當水膠比在0

.30～0.40之間時，低水膠比的高強混凝土收縮率略大于高水膠比的高強混凝土的收縮率，而且混凝土的開裂時間早，各齡期最大裂紋寬度大，即降低水膠比增大了高強混凝土的收縮開裂趨勢。

②當磨細礦渣以30％的摻量取代水泥時，高強混凝土的早期總收縮沒有明顯增大，但混凝土3d齡期的強度迅速升高，彈性模量增大，應(yīng)力松弛能力降低。幾種因素的綜合作用使摻加磨細礦渣的高強混凝土開裂時間提前，各齡期最大裂紋寬度大，即磨細礦渣增大了高強混凝土的收縮開裂趨勢，其中細度較大的磨細礦渣(比表面積800m2／kg)表現(xiàn)更加明顯。

③粉煤灰對高強混凝土的早期總收縮有明顯的降低作用，并使早期彈性模量略低，應(yīng)力松弛能力降低。幾種因素的綜合作用使粉煤灰高強混凝土的開裂時間明顯延遲，各齡期的最大裂紋寬度明顯小于基準高強混凝土，即粉煤灰能明顯降低高強混凝土的收縮開裂趨勢。

④硅灰使高強混凝土的早期收縮大，彈性模量高，混凝土的收縮受約束時在混凝土內(nèi)部引發(fā)較大的彈性拉應(yīng)力，而硅灰高強混凝土的徐變低，應(yīng)力松弛能力小。幾種因素的綜合作用使硅灰高強混凝土的開裂時間比基準混凝土早，最大裂紋寬度也明顯大于基準混凝土，即硅灰使高強混凝土的收縮開裂趨勢明顯增加。

五、改善高強混凝土收縮性能的措施針對高強混凝土收縮引起的開裂問題，可以從纖維增強、膨脹劑補償收縮及減縮劑減小收縮等幾個方面著手，探索提高高強混凝土抗收縮開裂能力的措施。

1．鋼纖維對高強混凝土收縮開裂的影響鋼纖維對高強混凝土的阻裂效果明顯，能顯著降低高強混凝土的收縮開裂。

圖7-35鋼纖維對高強混凝土收縮性能的影響圖7-36鋼纖維對高強混凝土收縮開裂的影響

2．膨脹劑對高強