重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要混凝土塑性收缩开裂在早期裂缝中相当突出，其存在不仅影响混凝土工程外观质量，促使干燥收缩裂缝或其它形式裂缝的形成和发展，而且还将为侵蚀性介质向混凝土基体渗透、迁移提供通道，影响混凝土工程的安全和耐久性轻骨料混凝土质轻、高强，在大跨度结构工程中使用，能够有效降低结构本身的载荷，经济、技术效益显著因此，加强对轻嚣料混凝±塑性收缩和耐久性研究对促进轻骨料混凝土发展和指导工程实践具有重要的理论和现实意义本文较为系统地研究了用高强页岩陶粒所配制混凝土的塑性收缩裂缝特性以及瞬时压载荷作用后，轻骨料混凝土耐久性的变化规律结果表明：①水泥用量一定时，在试验有效水灰比O ^ 3 5 ～o ．5 0 范围内，混凝土水分蒸发量随水灰比的增大而增大有效水灰比较小时，轻骨料混凝士裂缝面积较大，并在有效水灰比为O ．4 0 时达到最大；而水灰比较高时，混凝土开裂程度较小，甚至不开裂②在一定范围内，新拌轻骨料混凝土的开裂程度随砂率的增大而增大，当砂率超过某- - 1 1 ☆i 界值后，裂缝随砂率的增大而减小，这一最大裂缝所对应的砂率变化范围在3 5 ～4 0 ％之间③轻骨料吸水率随其粒径的增大而增大，用较大粒径轻骨料制混凝土水分蒸发速率较大，但拌合物塑性收缩裂缝较小；同时，浸水处理轻骨料所配制的混凝土塑性收缩较小。
④矿渣和粉煤灰对轻骨料混凝土塑性收缩裂缝的影响与其掺量有关，存在一临界掺量，其值为2 0 ～3 0 ％，在此掺量以下，掺矿渣或粉煤灰轻骨料混凝土裂缝面积增大，超过临界掺量后，裂缝面积减小⑤由于轻骨料的吸水特性以及“微泵”效应，骨料与基体之间的界面区域优越而使得轻骨料混凝土具有优良的耐久性，且强度等级较高的轻骨料混凝土，耐久性较强⑥瞬时载荷使轻骨料混凝土耐久性降低，降低幅度与瞬时载荷水平有关瞬时载荷，强度( 标养2 8 d 强度) 介于4 0 ～6 0 ％时，混凝土抗碳化、冻融以及硫酸钠和硫酸腐蚀能力( 耐久系数) 降低 0 ．4 0 时，裂缝面积随水灰比的增大而显著减小；在w ／c = 0 ．4 0 时，裂缝面积达到最大重庆大学硕士学位论文3 轻骨料混凝土塑性收缩特性水灰比较低时，粒子之间的距离相对较小，塑性收缩仅能产生相对较小的体积收缩，同时在低水灰比情况下，未水化的水泥颗粒较多按照中心质假说【8 l ，未水化的水泥颗粒在粒子闻距较小时会产生有利的中心质效应，有利的中心质效应减少了界面过渡层的薄弱环节，这是抵抗塑性收缩有利的两个方面T o t a I C r a c k A r e a ，皿。
图3 ．3 水灰比对塑性收缩裂缝的影响F i g ．3 ．3E f f e c to f w ／cO l lp l a s t i cs h r i n k a g ec r a c k i n g但水灰比较低，粒子间距较小，根据公式1 ．2 或l - 3 ，毛细管压力相当的大，同时由于水分的蒸发，混凝土中的水分减少，水泥的水化程度降低，相对于毛细压力发展速度，混凝土强度增长特别是抗拉强度增长缓慢，不足以抵抗毛细压力的破坏作用在这种不利和有利因素的综合制约下，毛细压力破坏作用上升为主要作用，因而使其产生较大的塑性收缩，故收缩裂缝面积较大随着水灰比的增大，混凝土体系中可用于蒸发的自由水增多，蒸发速率加快，但此时混凝土的整体性和粘聚性降低，在这种情况下，裂缝面积还将有所增大在水灰比达到较高时，裂缝面积减小，其可能的原因是可用于蒸发的自由水增多，而毛细管压力发展缓慢，待毛细压力发展到破坏压力时，混凝土己具备一定的强度足以与之相抗衡因而裂缝面积较小，甚至出现不开裂的情形在混凝土配合比以及试验环境相当的条件下，普通混凝土的裂缝趋势与轻骨料混凝土不同，从图3 ．3 中的c 和N 系列可以看出在研究的水灰比范围内，普通混凝土的塑性收缩裂缝面积随水灰比的增大而增大。
根据公式1 ．4 和1 ．5 ，在相同配合比以及相当的试验环境条件下，轻骨料混凝土的收缩值应大于普通混凝土的收缩应变，但试验结果为普通混凝土的塑性收缩裂缝面积均大于同配合比的轻骨料混凝土，其可能的原因为，在普通混凝土中，由于水泥石和骨料两相的弹性模量相差较大，因而在两相的界面处容易出现应力集中现象；而在轻骨料混凝土中，水泥石与骨料两相的弹性模量相当，因而在此两相的界面处不易出现应力集中的现象；其次，从骨料和水泥石的界面区域来考虑【3 ”4 ⋯，轻骨料表面存在孔隙，提高了骨料和基体的粘结强度，对裂缝的发展有抑制作用；另一方面，人造骨料一般属于烧结粘土质材料，经过高温煅烧，表面具有一定的活性，特别是粉煤灰陶粒，能与水泥石中的氢氧化钙发生化学反应，使粘结强度更高，因而轻骨料和水泥石的粘结力要比碎石和水泥石的粘结力强：此外，由于轻骨料的吸水性，孔隙中储存有水，从而使应变减小因此，在某种程度上，裂缝相对于普通混凝土而言要少些1 9珊瑚枷拗瑚啪啪霓重庆大学硕士学位论文3 轻骨料混凝土塑性收缩特性3 ．2 砂率对轻骨料混凝土塑性收缩的影响3 ．2 ．1 混凝土配合比及拌合物性能为了研究砂率对轻骨料混凝土塑性收缩的影响，分别检测了水泥和骨料用量一定时，轻骨料混凝土拌合物的基本性能和塑性收缩最大裂缝宽度。
配合比和拌合物性能见表3 1 3 表3 ．3 配合比及试验测试结果( 砂率的影响)T a b l e3 ．3M i 】【p r o p o r t i o n sa n dm e a s u r e dr e s u l t s ( e f f e c to f s a n dp e r c e n t a g e )3 ．2 ．2 试验结果与讨论按表3 ．3 配制的混凝土，其平均蒸发速率( 5 小时平均蒸发速率，以下均同)以及塑性收缩裂缝面积测试结果见图3 ．4 和3 ．5 从图3 ．4 和图3 ．5 可以看出，随着砂率的增大，拌合物水分蒸发速率逐渐降低，裂缝面积逐渐增大，但当砂率增大到一定水平( 临界砂率) 后，裂缝面积又随砂率的增大而减小所不同的是最大裂缝面积所对应的临界砂率前两者s 1 和s 2 相近，约为4 0 ％；而s 3 为3 5 ％左右在水泥浆和骨料用量一定的情况下，砂率较小，粗骨料含量较大时，粗骨料表面积较大，而此时由于砂浆较少，不能保证粗骨料之间有足够的砂浆层，削弱了砂浆对粗骨料的润滑作用，使粗骨料之间的磨阻力增加，降低混凝土拌合物的流动性但根据中心质假说，较多粗骨料所产生的较多且作用较强的中心质效应圈范围内，其破坏作用由于较大中心质的有利效应而得到抑制，在宏观上表现为塑性收缩裂缝面积相对较小；其次，轻骨料用量较大时，骨料吸收水较多，从而重庆大学硕士学位论文3 轻骨料混凝土塑性收缩特性图3 ．4 砂率对蒸发速率的影响F i g ．3 ．4E f f e c to f s a n dp e r c e n t a g eo n图3 ．5 砂率对塑性收缩裂缝的影响F i g ．3 ．5E f f e c to f s a n dp e r c e n t a g eo i le v a p o r a t i v er a t ep l a s t i cs h f i n k a g ec r a c k i n g使骨科放水“微泵”效应[ 4 1 ～4 3 】显著，减小混凝土应变和裂缝面积。
随着砂率的增大，粗骨料用量减少，粗骨料的抑制作用减弱，表现为塑性收缩裂缝面积进一步增大但当砂率增大到一定值( 临界砂率) 后，粗骨料表面积减小，砂率较大时，混凝土良好的粘聚性和保水性使得水泥砂浆与粗骨料之间的薄弱环节相对减少，在这种情况下，形成的塑性收缩裂缝面积也可能较少水分蒸发速率随砂率的增大而降低，并在砂率较小时，蒸发速率较大其可能的解释是：砂率较小时，骨料的总表面积较小，骨料表面吸附水较少，可蒸发水量相对较多；其次，由于砂浆不足以密实混凝土，使得混凝土泌水通道舒畅，水分蒸发速率较快其次，轻骨料混凝土配制时，附加水是以轻骨料1 小时吸水率计算的，因而实际水灰比大于有效水灰比较多的粗骨料使得附加水较多，可蒸发水量增大，因而蒸发速率较大砂率增大，骨料比表面积增大，骨料表面吸附水增大，可蒸发自由水减少，同时混凝土良好的粘聚性和保水性都使得蒸发速率逐渐降低3 ．3 砂的细度模数对轻骨料混凝土塑性收缩的影响3 ．3 ．1 混凝土配合比及拌合物性能砂作为骨料的组成部分，其颗粒的大小影响水泥的用量，采用较粗的砂可以减少水泥的用量，但在相同条件下，降低了混凝土的和易性和流动性为了研究砂的粗细，即细度模数对轻骨料混凝土塑性收缩的影响，分别检测了水泥和骨料用量一定，而砂的细度模数不同时轻骨料混凝土拌合物的基本性能和塑性收缩最大裂缝宽度。
配合比和拌合物性能如表3 ．4 3 ．3 ．2 试验结果与讨论按表3 ．4 配制的混凝土，其平均水分蒸发速率以及裂缝测试结果分别见图3 ．6和图3 ．7 2 1重庆大学硕士学位论文3 轻骨料混凝土塑性收缩特性表3 ．4 配合比及试验测试结果( 砂的细度模数的影响)T a b l e —3 —．4M i xp r o p o r t i o n sa n dm e a s u r e dr e s u l t s ( e f f e c to f m o d u l u so f s a n d )图3 ．6 砂的细度模数对蒸发速率的影响F i g 3 ．6 E f f e c t o f m o d u l u so fs a n d o ne v a o o r a t i v er a t eT o t a l C r a c k A r e a ，皿一4 0 03 5 03 0 02 5 02 0 01 j O1 0 05 D图3 ．7 砂的细度模数对塑性收缩裂缝的影响F i g 7E f f e c to f m o d u l u so f s a n do np l a s t i cs h r i n k a g ec r a c k i n g图3 ．6 为砂的细度模数对蒸发速率的关系曲线，砂的细度模数减小，混凝土的水分蒸发速率降低，而拌合物裂缝面积随增大，见图3 ．7 。
当砂的细度模数减小到一定水平后，拌合物裂缝面积的变化趋势却有所差异D 组拌合物在裂缝面积达到最大值后，随砂的细度模数的减小而减小；E 组拌合物裂缝面积虽继续增大，但比较平缓，但不如G 组显著在水泥浆量一定的情况下，砂的细度模数较小，骨料总表面积较大，其表面吸附水较多，蒸发可用水量较少，使得蒸发速率降低，裂缝面积增大但当砂的细度模数减小到一定水平后，蒸发可用水量继续减小，而收缩裂缝面积却出现平缓增大，甚至回落的现象这也许与粗骨料的“微泵”效应有关在轻骨料混凝土拌和以及浇筑的过程中，表面有着无数微细开敞性孔隙的骨料颗粒从水泥浆和砂浆中吸水，使得骨料周围区域的局部水灰比降低，提高了水泥石的密实度和早期强度，尤其是砂浆与骨料颗粒接触部位的界面强度此后，重庆大学硕士学位论文3 轻骨料混凝土塑性收缩特性随着混凝土的硬化，混凝土水分逐渐蒸发，原先已吸收一定水分的轻骨料在毛细压力作用下，会驱除孔隙中积有的部分水分微泵”作用有益于新浇筑轻混凝土的养护，使混凝土向外的水分蒸发速度加快，从而改善混凝土抗干燥的能力，有利于减小早期的收缩变形用特细砂配制的混凝土，混凝土的密实度提高，泌水到达混凝士表面的难度系数增大，这在一定程度上将有助于塑性收缩开裂。
但由于骨料的“微泵”作用混凝土内部自身潮湿养护比较充分，提高了混凝土的早期强度，特别是抗拉强度，再加上骨料和砂浆的“铆固”作用，可以减小早期的塑性收缩在上述有利和不利因素的综合作用下，混凝土的塑性收缩裂缝面积有望出现D 和E 的情形3 ．4 骨料级配对轻骨料混凝土塑陛收缩的影响3 ．4 ．1 混凝土配合比及拌合物性能在混凝土的内部，骨料对水泥石的收缩起约束作用，混凝土的收缩对净水泥浆收缩的比不仅取决于混凝土的骨料含量，同时骨料粒径的大小也影响混凝。