超強混凝土化學收縮影響因素分析

李佳加 武建好

【摘要】超強混凝土是一種高性能、高強度的混凝土，是目前混凝土結構施工中常用一種混凝土材料。一直以來，混凝土收縮一直是混凝土結構裂縫與破壞問題產生的主要原因，要保證混凝土結構穩定，防止收縮裂縫問題出現，應先了解混凝土收縮的影響因素。因此，本文以超強混凝土化學收縮為研究對象，對超強混凝土化學收縮的機理及其危害性進行了分析，然后著重探討了相關的影響因素，為控制超強混凝土化學收縮裂縫問題提供有力的參考借鑒。

【關鍵詞】混凝土；化學收縮；影響因素；水膠比；水分

在混凝土結構施工中，裂縫問題是一個常見的質量病害，一直困擾著施工單位。目前，超強混凝土以自身優越的使用性能在混凝土結構施工中得到了廣泛應用，但是收縮裂縫問題一直存在，特別是化學收縮所占份額高于一般強度的混凝土，如何控制超強混凝土化學收縮已經成為行內的研究熱點。超強混凝土收縮有化學收縮、干縮、溫度收縮、碳化收縮及塑性收縮等，每一種收縮的影響因素都有所差異，要想有效控制收縮裂縫問題，必須加強對收縮影響因素的分析。

一、超強混凝土化學收縮的機理及危害性

（一）機理

在混凝土行業內，一般把C60以下強度等級的混凝土稱為一般混凝土，把C60及其以上強度等級的混凝土成為高強混凝土，把C100及以上強度等級的混凝土成為超高強混凝土。超高強混凝土是一種高性能材質的混凝土，它的可泵性、耐久性及相關的工作性能都十分優越。但是，混凝土強度越高，脆性越大，會引發裂縫問題，甚至國外發生過超強度混凝土結構爆破事件。所以，在使用超高強混凝土材料時要注重對化學收縮影響的因素，才能做好相關防治工作。

超強度混凝土的化學收縮，是指在混凝土內水泥水化過程中，水化產物的絕對體積比水化前水泥與水的絕對體積之和要小，進而造成水化前和水化后的混凝土體積產生差異，這就是化學收縮的過程。在水泥水化過程中，由于內部的水分不能及時的蒸發，造成水化后的混凝土密度有所變化，進而引起混凝土體積減少而出現裂縫問題。

（二）危害性

一旦超高強度混凝土結構出現收縮裂縫問題，輕則降低結構表面的美觀度，重則影響結構穩定性，甚至發生坍塌、爆破等嚴重事故。若結構穩定性受到影響，不僅影響混凝土工程的使用壽命，更會埋下嚴重的安全隱患，后果是極其嚴重的。為此，以加強收縮裂縫防治，保證混凝土工程的使用壽命。

二、超強混凝土化學收縮的影響因素分析

超高強混凝土由水泥、砂、石原材料、粉煤灰、減水劑、礦渣、硅粉、礦粉、膠凝材料等組成，在配制過程中，對礦物的組成及配量、水灰比、水泥細度等都有嚴格要求，稍有差錯，都可能影響最終形成的超高強混凝土性能?；炷潦墙ㄔO領域的一種基礎原料，近年來，隨著混凝土工程數量的逐漸增加，超高強混凝土的應用日益廣泛，但其化學收縮問題一直沒有得到很好的控制。根據相關研究證明，超高強混凝土的干縮與一般混凝土差不多，可化學收縮要高于一般混凝土。為有效控制超高強混凝土的化學收縮問題，不少專家學者進行了相關研究，應基于這些研究成果及日常工作實踐，對影響超高強混凝土化學收縮的有感要素進行了分析。

從超高強混凝土化學收縮的機理可以看出，化學收縮主要是水泥水化過程中出現的，而整個水化過程中的影響因素是較多的，如水泥、摻合料、水膠比、溫度等，這些因素對化學收縮有著重要因素。為了更為清楚的了解這些因素對超高強混凝土化學收縮的影響，下面采用ASTM C1608實驗方法進行了系統研究。

第一，水泥。水泥是超高強混凝土的主要成分，加之，化學收縮是在水泥水化過程中產生的，水泥的品種、用量、細度等超高強混凝土的化學收縮勢必有著重要影響。水泥水化過程是很復雜的，很難用簡單的化學方式表示出來，一些專家學者通過構建水泥水化動力模型，發現水泥的礦物組成、細度等對化學收縮有著重要影響。超高強混凝土中的水泥熟料有G3S、C2S、C3A、C4AF等，在水泥水化過程中，這些成分的收縮值如圖1所示。從圖中可以看出，在水泥水化過程中，各礦物成分都有不同程度的收縮，足見它們是超高強混凝土化學收縮的重要影響因素。眾所周知，不同的水泥品種有著不同的礦物組成，在配制超高強混凝土時要嚴格水泥品種選擇，必要時可以各品種水泥的水化現象進行實驗，根據實驗結果選擇最適合的水泥品種。此外，水泥的細度對化學收縮也有一定影響。一般情況下，水泥活性越高，細度越大，而超高強混凝土的水泥活性較大，水泥細度勢必很高，加劇了化學收縮強度。為此，選擇水泥品種時不能忽略這一問題。

第二，水膠比。膠凝材料是超高強混凝土的主要成分之一，其與水在混凝土中所占的比例直接影響著混凝土的強度，對化學收縮有著重要影響。不同的水膠比，混凝土的水化反應程度也會不同。根據實驗結果，當水膠比較小時，水化以后的結合水量比較小，主要在于較少的水膠比降低了水化程度，使化學收縮反應減少。所以，水膠比的大小對超高強混凝土的化學收縮有一定程度的影響。另外，水灰比越大，水化反應越強烈，化學收縮也越強烈。在配置超高強混凝土時一定要經科學的實驗得到合理的水灰比和水膠比，有助于對化學收縮裂縫的控制。

第三，摻合料。超強度混凝土中的摻合料主要有粉煤灰、硅粉、礦渣等，這些成分對化學收縮也有影響。在粉煤灰以替代部分水泥摻和到混凝土中時，使水泥用量有所減少，便于降低水化程度。而且，在水化過程中，其與水泥發生水化反應，產生凝膠體，能一定程度上彌補收縮，減緩水化速度，有助于控制化學收縮，增加超高強混凝土結構使用壽命。所以，粉煤灰的摻和對超高強混凝土化學收縮的影響是積極的，有助于減緩化學收縮速度。但是，摻和的硅粉對化學收縮的影響是消極的。從實驗結果看，水化反應中硅粉與水泥水化產物產生二次水化反應，增加了水泥水化度，一定程度上使化學收縮增加。

三、結束語

綜上所述，超高強混凝土作為21世紀以來廣泛應用的一種高性能混凝土，其配置的各種理論還需要進一步完善，收縮裂縫問題也有待進一步的清楚解釋。但是無論相關理論是否完善，解釋是否清楚，為推廣超高強混凝土的應用，必須加強對其化學收縮影響因素的研究分析，唯有這樣才能為化學收縮裂縫問題控制提供有價值的依據，優化超高強混凝土配置與生產工藝，提高其使用的各項性能。

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