补偿收缩混凝土的力学性能研究综述

(重庆交通大学材料科学与工程学院 重庆 400041)

一、引言

补偿收缩混凝土是一种微膨胀混凝土，加入膨胀剂之后，水化产物为具有一定体积膨胀性质的钙矾(C3A·3CaSO4·32H2O)，即膨胀源[1]。

膨胀剂的掺加往往对补偿收缩混凝土工作性有不利影响，掺量越大，越不利[1]。掺量过大之后则会破坏混凝土的微观结构，导致混凝土的一些性能大幅下降[2]。现已有很多解决混凝土开裂的方法，其中有关一般混凝土，主要是通过外部湿养护的方法来减小混凝土的收缩。但对高强高性能混凝土，内部已经处于一个绝湿的环境，通过像对普通混凝土那样的方法减小这类混凝土的自收缩就没那么有效。轻骨料的使用必然会带来混凝土强度的降低，且成本较高，因此降低混凝土的干燥收缩普遍采用的方法是加入减缩剂和膨胀剂。本论文基于前人的研究之上，就膨胀剂、水胶比和矿物掺和料三个因素对补偿收缩混凝土力学性能的影响做了一个综述。

二、影响补偿收缩混凝土力学性能的因素

(一)膨胀剂。目前膨胀剂种类主要是有氧化钙型、硫铝酸钙类和氧化镁类，不同膨胀剂对补偿收缩混凝土的力学性能的作用是不一样的，由于钙矾石和氢氧化钙分别呈现针状或柱状和板状，这种形状显然增大混凝土拌合物的粘度和屈服剪切应力，进而降低了新拌混凝土流动性。膨胀剂会加速胶凝材料的水化，导致晶体析出迅速，缩短了新拌混凝土中结构网络框架形成时间，故导致混凝土初凝时间较短[2]。

向混凝土中掺加适量膨胀剂时，混凝土由于外界限制条件约束，会产生膨胀应力，这种应力能削减混凝土所受部分拉力，进而提高混凝土强度[3]。但是掺量过大时，产生过大的膨胀应力，进而破坏水泥石薄弱区并产生裂缝；这两种矛盾决定了膨胀剂存在最佳掺量。

图1没有添加膨胀剂的混凝土a和添加膨胀剂混凝土b水化两天之后的电镜扫描图[3]

强度不同混凝土抗压强度与CSA掺量关系也存在与上述类似结论[5]。

杨易灵[5]经过研究发现：随CSA掺量增多，抗折强度出现先增大后减少的趋势，即当CSA从0%增至6%时，混凝土抗折强度逐渐增大；CSA从6%增至10%时，混凝土抗折强度逐渐减小。

掺入膨胀剂之后，混凝土的强度都有所降低，其原因是膨胀剂在水化时消耗大量水分，制约了水泥水化进展，因此对混凝土早期强度产生了不利影响[6]。

李承木[7]针对用MgO作为膨胀剂得到的混凝土力学性能进行分析，发现MgO在一定掺量范围内，混凝土所有力学性能随MgO掺量增加而增长。但刘加平[8]发现：相比于不掺膨胀剂的基准混凝土，掺MgO类膨胀剂的补偿收缩混凝土抗压强度有一定降低。

(二)水胶比。冯竟竟[9]发现水胶比比膨胀剂对混凝土强度影响更大，和所有混凝土一样，补偿收缩混凝土抗压强度随水胶比增大而降低。冯竟竞在研究不同水胶比水泥胶砂试件各龄期强度时发现：对强度影响最大的是水胶比，水胶比越大，强度越低。混凝土的前七天强度发展迅速，最后增长缓慢，膨胀剂对强度的影响远不及水胶比影响大，可以忽略不计。

但是混凝土中掺加一定的纤维之后会对膨胀收缩混凝土的强度有一定的提升，可以减弱膨胀剂对混凝土强度的不利影响。膨胀剂对混凝土力学性能的影响不仅与自身掺量有关还和混凝土外部约束有关。当外部约束为零时，一定掺量范围内，膨胀剂对混凝土强度没有明显影响，但超过一定掺量后，由于膨胀量过大而破坏了混凝土的内部结构，因此混凝土强度降低；当存在外部约束时，一定掺量范围内，对膨胀变形约束使得膨胀对结构收缩有改善作用，因此增大混凝土强度[1]。齐志强[6]研究了粉煤灰对补偿收缩纤维混凝土抗压强度的影响。发现粉煤灰替代了部分水泥，所以会降低混凝土的早期强度，但是后期水化较快，强度增长较大。

王栋民等[4]通过向补偿收缩混凝土中添加磨细矿渣来研究其抗压强度的变化以及对其收缩性能的影响。相比于40%，矿渣的掺量为20%的时对补偿收缩混凝土的抗压强度的增强作用效果更好，原因是适量的矿渣可以填充水泥石孔隙，增强其密实度，进而增强其强度，而过多的矿渣则会取代了水泥。

三、总结

不同的膨胀剂其膨胀原理不同，所以根据使用环境和实际工程选用不同类型的膨胀剂和最佳掺和量；矿物掺和料的加入既节约成本又可以在一定程度上增加补偿收缩混凝土的强度，但是其最佳掺量应以混凝土强度和其耐久性来确定。