浅谈水分对封闭\非封闭养护环境下混凝土脱空的影响

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【摘要】本文针对钢管混凝土脱空问题，从材料选择、养护环境与使用环境（主要为温度变化）等方面着手展开系统研究，为解决实际工程所面临这一难题进行了探讨。

首先考察了水分对膨胀混凝土变形性能的影响，不同养护环境混凝土线膨胀试验结果表明，非封闭养护环境下膨胀混凝土膨胀大；封闭养护环境下膨胀混凝土膨胀小。

【关键词】混凝土；水分；封闭；非封闭；收缩

1 混凝土收缩机理

硬化混凝土的变形可以分为三类；一是由于水泥的水化反应而产生的变形；二是在外力作用下的变形；三是由于环境条件而导致的变形。众所周知，水泥在水化过程中，由无水的熟料矿物转变为水化物，相当数量的水进入固相，成为固相的一部分，这一过程中混凝土可以是收缩，也可以是膨胀。在有足够水分供给的时，连续的水化会导致混凝土膨胀，但若没有足够水分的迁移或是补充，则产生收缩。

混凝土收缩的机理虽然已经研究多年，且影响因素过多，至今尚未统一。关于混凝土收缩的机理，较多文献都只是讨论干燥收缩的机理，在收缩徐变中把混凝土的收缩归结为：自发收缩、干燥收缩和碳化收缩。实际上，从混凝土收缩的机理可以知道收缩中的大部分是由于干燥收缩引起的，这一点已经得到了普遍认可。混凝土的收缩大致可分为以下几种原因：自收缩，塑性收缩，干燥收缩，碳化收缩。

2 封闭与非封闭环境对混凝土收缩、膨胀的影响

2.1 试验材料

2.1.1 硫铝酸盐水泥定义分类

硫铝酸盐水泥是在20世纪70年代，由中国建筑材料科学研究院研制成功的一种新型特种水泥，它是由适当成分的生料，经煅烧得无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料加入适量石膏，或另外加入一定的石灰磨细而得的水泥。

2.1.2 硫铝酸盐水泥矿物组成

硫铝酸盐水泥中的普通硫铝酸盐水泥的熟料主要矿物是3CaO•3Al2O3•CaSO4和2CaO•SiO2，在低碱型硫铝酸盐水泥中还包含20％～50％的CaCO3。形成这些矿物的氧化物来源于工业原料：石灰石、矾土和石膏。

2.2 试验方案

2.2.1 试验因素

基于以上分析，考察硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥外加膨胀剂两种膨胀混凝土在封闭、非封闭养生环境下线膨胀值的变化规律。

2.2.2 混凝土配合比

设计如下3组试验，配合比见表3.1。

其中1组混凝土试件采用普通硅酸盐水泥PO42.5R，混凝土试件脱模后即用蜡封闭处理，模拟钢管混凝土封闭养护环境；2、3组混凝土试件采用硫铝酸盐水泥RSAC42.5，养护条件分别为封闭和非封闭。

2.2.3 评价方法

试验方法：试验参照JTG E30----2005成型混凝土试件。为测试封闭条件下膨胀剂的膨胀率（均为自由膨胀率），在混凝土装入试模后即用塑料薄膜将试件封住以防水分散失，试件成型一天后脱模，记录初长后对试件表面进 行蜡封并用塑料薄膜作封闭处理。测试龄期为1天，7天，14天，21天，28天，60天，90天，120天。

2.3 试验结果

由图1.2可以明显看出，封闭环境下，虽然掺加了膨胀剂组分，普通硅酸盐水泥混凝土试件仍表现出收缩趋势，收缩速率随龄期增加逐渐减小，28天收缩为400×10-6左右，120天收缩达到450×10-6左右；封闭养护环境下，硫铝酸盐水泥混凝土试件收缩小，3天有一定膨胀（50×10-6左右），随后混凝土收缩，28天收缩略小于初值，120天收缩在初值左右变化不大；非封闭环境下，混凝土试件表现为膨胀，28天膨胀250×10-6左右，之后趋于稳定。可见，湿度对混凝土膨胀行为有很大影响。

2.4 分析与讨论

根据水化硅酸钙胶体结构模型有三种主要理论用于解释混凝土行为，分别为Powers理论模型、Feldman理论模型和Munich理论模型。

Feldman模型由不规则排列的、层状弯曲片组成，结构单元约有2～4个水分子厚度。结构中除毛细孔水外，在凝胶中还含有层间水和水化结合水，水化结合水又可分为化学结构水和物理吸附水。可以通过扫描吸附等温线来确定不同的结合水形式。

依据Feldman模型，收缩和膨胀归因于层间水的运动。在相对湿度为100％～35％范围内进行干燥时，表面能量及其毛细孔张力的变化能导致收缩。但由于层间水的失去，大部分收缩会发生在相对湿度35％以下。在湿润条件下，水又会重新进入颗粒结构层间，并产生膨胀。

Munich理论模型是一种将水化硅酸钙凝胶描述为由无定形胶体颗粒形成的三维网络物理模型。水被认为是强烈地吸附在固体的表面上，并且水的存在对水泥浆体的基本性能有重要影响。收缩和膨胀被认为是水与固体间三种不同机理的相互作用。[1]

本文更倾向于吸水肿胀理论来解释，这种假说认为：AFt可以以胶体或者晶体形式存在。由于周围环境的作用，AFt表面带负电，这将产生静电引力作用，导致AFt吸附水分子而形成混凝土膨胀。在一定温度下，AFt较强的吸水性进一步为上述假说提供了证据。当湿度小于90％时，AFt吸水很少；当湿度为90％时，AFt吸水1.4％；当湿度为95％时，AFt吸水7.6％。

同时也发现了两个问题：①封闭养护环境下膨胀混凝土未产生预期的膨胀效果。经过以上分析得出，混凝土未产生预期膨胀效果的原因可能是膨胀剂没有完全水化，由于核心混凝土处于封闭养生环境，导致外界不能连续的补充水泥、膨胀剂水化所需的水分。②采用快硬硫铝酸盐水泥所配制的混凝土坍损值较大（90min坍损值大于5cm），即不能满足泵送要求。

参考文献

[1]汪澜.水泥混凝土组成性能应用.北京：中国建材工业出版社，2005

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