内部固化的高性能混凝土与浸泡过的细轻集料的自收缩开裂的预防

1、.内部固化的高性能混凝土与浸泡过的细轻集料的自收缩开裂的预防丹尼尔库森，特德霍赫芬加拿大国家研究委员会、加拿大安大略省渥太华0R6 K1A2007年9月19日接受收到;二八年二月八日摘要内部固化的有效性(IC),以减少自收缩开裂在高性能混凝土(HPC)被采用了不同层次的内部固化在四双棱镜高性能混凝土试件的大型自由和限制下测试同时收缩。还提供内部固化pre-soaked轻骨料(LWA罚款)作为一个部分替代常规的沙子。结果发现,用的178公斤/立方米的饱和LWA在高性能混凝土,为27公斤/立方米的水,消除了IC的拉应力约束自收缩由于没有妥协的早期强度和弹性模量对高性能混凝土。结果表明:混凝土开裂的

2、风险可能是保守的估计的程度的自由收缩应变峰值应变以后发生膨胀并可能进一步发展在非常早的时代。自体扩张过程中得到的第一天,得到较高水平的内部固化,能够显著地降低混凝土裂缝的风险结构,到两者的弹性与蠕变株发展处于压缩,使最初抗拉强度进一步增加拉应力开始之前启动之后。关键词:固化(A);高性能混凝土(E);收缩徐变(C)(C);力学性能(C1 简介混凝土结构的适当的治疗是很重要的,以确保他们能达到预期的性能和耐久性的要求。在传统施工,这是达到通过外部固化,应用混合后,放置和整理1。内部固化(IC)是一种非常有前途的技术,它能提供额外的水分在混凝土为一个更有效的水泥水化,降低了自干燥2。内部固化意味着

3、引入一种固化剂混凝土,将提供额外的水分。目前,主要有两个方法可用于内部的固化混凝土。第一种方法利用饱和多孔很轻集料LWA)3为了供给一个内部的来源水,可以取代水所消耗的化学物质在水泥水化收缩。这些内在的固化水从自然吸引了水泥水化过程中相对毛孔粗大的轻骨料进小毛孔混凝土结构的适当养护重要的是要确保，他们能达到的预期性能和耐久性的要求。在传统的施工，这是通过外部固化，应用混合后，放置和整理1应用。 内部固化（IC）是一个非常有前途的技术，可以提供一个更有效的具体补充水分 水泥水化和减少自我干燥2。内部 固化意味着引入固化剂 具体将提供这额的水分。目前，主要有两种方法可供内部固化混凝土。第一种方法使

4、用饱和多孔轻质 聚合（LWA）3为了提供一个内部来源水，可替代化学所消耗的水 在水泥水化收缩。此内部固化水水泥水化过程中自然得出从相对毛孔粗大成较小的轻集料孔隙 水泥粘贴。第二种方法是使用超吸水聚合物（SAP）的4，这些粒子能够吸收一个非常大的水量混凝土搅拌过程中，形成大型夹杂含有游离水，从而防止自我干燥在水泥水化。为获得最佳性能，内部固化剂应具有高吸水能力 高水解吸率。内部固化的数量需要更换水混合食用水化学收缩可以很容易地估计，在其他地方所建议的5,6。内部固化的详细信息，可发现在新先进设备，在上混凝土内部固化的最新报告RILEM训练班- 196 2。自从1950年来、内部固化已经无心轻质混

5、凝土结构应用于之前它潜在的减少自干燥在高性能混凝土(HPC)结构在1990年被后来认定7。轻量级主要是用来减少骨料混凝土的重量结构，然而,这些聚集物结构通常是饱和在混凝土在使用前确保足够的和易性,因为它被认可的多孔蕴能吸收某些干的新拌混凝土的混水8。这些具体的结构发现从他们能达到长期耐久性在观测到的性能9日、10日。最近,轻质骨料已成功应用于大型建设项目为目的的内部的固化密度正常的混凝土结构。例如,在2005年1月, 在哈金斯,德克萨斯州大约190000立方米的内部制造的混凝土是用于一个项目，它可能是世界上最大利用项目与内部固化LWA11。世纪观测报道强度试验表明,5月1日抗弯强度达到90%至

6、100%所需的28天抗弯，提出了一种由于水化改进的抗弯强度的理论。他们还发现净化空气抗压强度的气瓶类似的干燥净化气瓶，暗示混凝土是较不敏感内部净化外部固化实践或不利的环境条件。特别是在低混凝土、常规外部固化渗透率则不是有效的防止自干燥的中心厚混凝土的元素。使用内部固化,然而,却不推荐实践治疗,取代它保持混凝土表面的固化时不断滋润由于塑料或干燥收缩在多风的天气炎热、干燥防止过程表面开裂。本文介绍了大型的实验结果 棱柱内部固化试样标本测试高性能计算同时进行自由与约束自收缩。本研究的目的是确定所需的水平需要消除内部固化的自收缩高性能混凝土，并表明了风险开裂约束条件下可以在混凝土结构有效地减少。2 实

7、验步骤2.1 材料混凝土配合设计实验四个具体评价,包括一个参考混凝土混合物(Mix-0)没有内部固化、和三个类似的混凝土混合物的不同层次。表1混凝土混合配方和性能表2骨料性能内部固化，即混L时，混合- M和混合- H与低，预浸泡LWA，分别为中，高含量见表1。这是通过更换部分正常密度砂预浸泡过的轻集料沙。在这项研究中，每个有450 kg/m3的混凝土配合比的美国ASTM1型水泥，总水胶比为0.34，与一水泥沙粗骨料按质量比1:2:2。该的优良性能和粗骨料中提供表2。扩大后用砂页岩轻集料内部固化了920 kg/m3的和干容重水分含量15的干材料的质量。这LWA砂略低于正常密度沙粗，由硅石，石英，

8、并在事实上改善粒度分布在混凝土配合比的总量。所示表1，粒料在这些未使用量混合显着影响混凝土的体积质量，平均为2410 kg/m3。 重要的是要观察到水的总金额（混水和IC水）是保持不变的这些具体混合物，在恒定的总水胶比为0.34导致所有混合。设定具体的混合水的基础上立即可用，有效水胶比为从控制混凝土的配合比为0.34- h混凝土0.28（见表1）。我们必须保持恒定的总量目标在具体的水混合是双重的：（i）为防止与更多的水和在混凝土轻质材料可能的强度和刚度下降，以及（ii）使测试更内部固化严重，据自收缩而言，由于低水胶的干燥比混凝土更严重。积体电路所需的水量达到最大的水化具体是从计算估计基础化学收

9、缩和水化程度最高理论上在普通水泥粘贴实现的，如下其中（瓦特/ C）的IC是内部固化水的质量比为 水泥，和W / C是水的质量比混合水泥。使用 有效瓦特/ C在表1所示，理论数量 内部固化所需的水，以确保最大水泥 水化估计为：对于混合- 0 0.061;为混合- L的0.058; 0.054为混米;和0.050的混合- H标准。由于不同层次内部固化的预期在这项研究中，低于所需 集成电路提供了水量在Mix - 0，混合L和混 米混合设计对于列于表1，集成电路水的百分比实际上在理论上提供所需的是0用于混合- 0（对照组），34混合74 - M的和120用于混合- H标准。每两个大型混凝土配合比设计、

10、标本和额外的小型混凝土试件制备了的同一批号与密封在塑料床单,以防止外界干燥,因为本研究的焦点是在自收缩预防。2.2 测试步骤一个完整的测试系统和分析方法进行以前开发的约束收缩和学习大尺寸高性能混凝土试件拉伸蠕变12。这种做法，从现有的方法改良13,14，提出了新的功能，包括：（i）在大尺寸的标本，让使用对混凝土的力学行为的研究作出大粗骨料和钢筋;及（ii）能对试样施加的限制部分（或全部）学位通过嵌入式钢筋，这是代表野战条件。一个用局部优势度克制是约束收缩可进行测试没有那些经历过早开裂混凝土试件大收缩变形在我们的例子（对照标本）。图1给出了用于测试主要设置自由和棱镜混凝土收缩的抑制大型标本200

11、××1000(200毫米)。为每个约束标本、轴向应变进行了测量与电工应变规(SG)为中心在四10-mm加固条嵌入混凝土。测试servo-hydraulic仪器包括一个封闭回路系统rebar-mounted控制致动器使用应变规的反馈信号。原力,用一个负载细胞都标本准备同没有加固。自由收缩使用放置在测量LVDTs两端的标本。两个相对湿度(RH)传感器被分在了无拘无束的标本的程度,评估由于内部干燥对自干燥、热电偶(TC)分布在混凝土,如图1所示。详细技术资料测试框架、试验程序是12另行规定。额外进行一测试,同时进行小的混凝土试件用同一批次的混凝土,包括的决心,在75×热

12、膨胀系数75×295 mm棱镜、以及抗压强度,分裂的抗拉强度和抗压弹性模量在100×200毫米的圆柱体。温度进行了监测每一种类型的样本,成熟度(年龄在25°C相当于)为每个样本大小的计算为了使用一致的套结果在计算。成熟意味着计算方式如下15:其中T是继混凝土初凝时间;鄂A / R是激活的具体能源因素（其中一个值4000 K的实验测定16），T为平均 混凝土温度随时间的功能;和Tref是基准混凝土温度（25作为此处）。3 结果及分析3.1 对混凝土内部固化的影响温度和相对湿度在自由和约束收缩实验，混凝土试件进行了测试在实际温度制度，如图2所示。由水泥产生的热量如图1

13、图1实验装置的测试限制和自由的大型混凝土构件的收缩图2温度和相对湿度测量混凝土奔放标本混凝土水化的平均温度达到41°C至45°C在12至18小时，冷却期后，他们的平均混凝土温度拉近21°C和24°C间的值附近的年龄2天，之后保持不变（配套各自）环境温度。可以看出，当预浸泡过的LWA砂用于内部固化，高峰温度高，几度出现了几个小时早在没有LWA（控制混凝土密封固化只），这可能是由于内部使用和养护较低的有效水灰比图2还介绍了这些测量相对湿度混凝土试件（每曲线是从两个不同的平均传感器）。对于控制标本（密封固化只），相对湿度最初由100下降至94和后2天至92经过

14、7天。然而，当内部固化低水平使用（混合- L的标本），具体的相对湿度约为2，比在任何特定时间控制试样低。随着在数量进一步增加，粒料用于内部固化（从混合- L的混合- H）的，相对湿度保持在相对较高混凝土，为98后2天，7天后96RH环境下，这是远远超出了相对湿度值测量控制在这些时候标本。图3概念表征水泥浆体孔隙系统在不同固化条件图3（来自17修改）给出了一个概念示意图在水泥浆体孔隙系统在各种不同的固化条件。它可以用来解释相对减少湿度测量在Mix- L的混凝土（没有足够的内部固化）相比，混合- 0混凝土（密封固化只）。在内部固化不足的情况下，可能会有所改善水化从密封固化（有一些在孔径的减少），然

15、而，所有的毛孔轻质骨粒料和水泥浆体中的一些毛孔可能是空的内部固化后少量消耗的水是由水泥水化反应，从而导致在系统中略低相对湿度。在图三，个案足够的内部固化可能代表混合- H的混凝土，所有在水泥浆体孔隙中充满了水，而在LWA毛孔都是空的芯片后，迁移到水水泥粘贴3.2 内部固化自由收缩变形的影响图4给出了总应变测量中的奔放7天混凝土试件。这种测量方法包括免费自收缩和热菌（干燥收缩禁止的）。请注意，在本文中，负应变值代表一收缩（收缩）和积极的应变值代表扩展。它可以很容易地看出，除了预浸泡LWA允许内部固化早期扩张时代发生，这是由于自体膨胀和热扩建高峰，观察8至12岁小时。该扩张程度随预浸泡过的数量LW

16、A用在混凝土配合比。混合- H是唯一一项具体的生产后的第一天，直到总应变正面的价值观在7天的测试结束。热应变计算出的平均混凝土在每一个具体的样本为一个函数的温度测量时间（图2）和热膨胀系数（CTE）确定小（75× 75× 295毫米）的具体棱镜。该设备和测试使用的程序是CTE的描述文献18，在那里被发现：（i）由热膨胀系数增大8×10-6/ ° C低设定值后不久，最高11 ×10-6/ ° C值后10天，及（ii）在内部使用固化不影响混凝土的早期时代的热膨胀系数比以密封固化混凝土。对实验结果的校准18，下面的热膨胀经验模型图4总应变测

17、量在自由的混凝土试样图5自由的自收缩应变测量混凝土试件因此，确定了在目前所使用的混凝土研究：其中Xc是具体的热膨胀系数随时间t的函数确定设置后（天）。这种收缩应变因此决定减去总应变计算的热应变测量了奔放标本，并在图 5介绍对于每个具体的标本。可以看出，大部分自体变形发生在24至48小时，只后有限的变化。这一观察强调一重要的要求为防止自体收缩在混凝土结构：收缩预防措施必须不久后生效之前设置的具体意义在具体发展的拉应力，在冷却期。对于每一个具体的样本，一个自体净临界应变值收缩率计算，约36岁，其中H，在每一种情况下，相对应的时间与最高净收缩应变拉伸强度比。这些关键网收缩株介于-25×只为

18、混合- H的10-6混凝土一-250×10-6更大的混合- 0具体价值。应该指出的是，混合- L的混凝土，仅有6LWA砂（相对于沙总质量），经历了20比对照低收缩混凝土（从-250×10-6到-200×10-6）。图6施加的约束条件上约束混凝土试件3.3 内部固化的影响限制收缩应力根据初步收缩应力计算的测试指出开裂的风险也很高,如果Mix-0混凝土标本全约束下进行试验(即零位移)。为此,决定测试了制约下部分标本约束0.9(即仅允许10%的总收缩带地方),因此稍微降低拉应力发展限制标本。图6给出了程度的制约应用于每个约束混凝土试样在5月1日时期的测试,它被定义为:其

19、中totR为总应变混凝土允许在受限制标本（在预设的克制程度而定）;和totF是总应变在自由同伴测标对于混合- 0，混合L和混合- M的样品，目标价值 0.9难以维持在第一天的测试，在 届时，扩展或收缩混凝土试件非常 迅速。对混凝土在很小的年龄放宽阻止高 任何破裂的标本。对于混合- H的试样， 适用于暂时的克制程度略高于1.0 在头3天（即加载系统实际上是 对试样拉），但是，这没有造成问题因为混有非常小的h混凝土自收缩松弛变形，高导致相对较低 发展中的拉应力混凝土图7展示了拉应力随着时间的推移发展 每个约束混凝土试件。可以看出，混M和混合- H的第一个经验丰富的克制扩张标本 在压缩过程中产生的应

20、力的第一天，其次 由拉应力的标本中，由于发展受限制收缩。很显然，在混合内部固化高平标本导致较小的拉应力比其他具体的标本，即使混合- H的标本进行了测试根据略高的克制程度（见图。6）。这应该强调指出的拉伸应力产生的最Mix - H的混凝土试件，其实不是因为克制自收缩，但受限制热收缩图7在约束混凝土应力混凝土试件检测在冷却期。如图所示5, 净自收缩的临界应变是比较小的混合- H的试样相比，其热收缩应变， 这可能从图 4被评定3.4 内部固化的影响风险的混凝土开裂传统的混凝土开始收缩附近的起始时间设置，从时间收缩应该测量实验因为在实际混凝土结构，拉伸应力会开始发展，大约在那时，如果运动受到约束。在这

21、种情况下，收缩应变都将是对负有责任拉伸应力的发展，取决于粘弹性性能的混凝土。在结构上作出的混凝土在早期的年龄可能会遇到肿胀，并不是所有的压力将如果产生的拉应力运动受到抑制，如一些它最初会产生压应力（如前 如图所示7）。在这种特定情况下，当测试免费混凝土试件的收缩，以评估潜在的风险混凝土结构开裂，大可低估如果发生收缩变形程度来评估该风险决定从设定时间。为了说明这一点，图8提出了发展 总应变（即热+自收缩株）测量 在自由混合- H的混凝土试件（从图4）和相应的具体的发展在同伴应激下测量标本 （从图7）。这显然表明，虽然量测总应变始终是积极的（绝对扩展），在混凝土试件拉伸应力达到一值2兆帕只有2天。

22、这是由于这一事实，即受益扩张时发生的弹性模量为 相对较小，蠕变的影响比较大的很早的年龄，造成了低峰压应力（-1兆帕），再利用热收缩与限制弹性和减少蠕变模量增加导致在拉应力的发展。理想情况下，收缩变形时需要考虑的程度评估在混凝土结构开裂风险应该额后的应变发展中国家在其中的时间压缩讲翻回拉应力（即在= 0）。对于图8的数据，一个理想的-125 ×净收缩变形 10-6（min-= 0）将获得3天。图8总应变以及由此产生的压力在Mix - H的混凝土试件图9抗拉强度与弹性模量的测量了不同混凝土混合剂这是比50 × 10-6的绝对值在3天更有意义然而，当测试下一个无压力的条件下收缩=

23、 0）不可用。在这种情况下，它建议依靠自由收缩变形程度（或净收缩变形）后扩张高峰（即在发生max），这将导致保守的评估混凝土结构中的风险开裂。净收缩应变计算如下其中sh（t）是一个功能收缩应变测量在最初的凝结时间;expmax是应变值的峰值自体扩展，如果有的话（exp最大值= 0，如果没有扩展）。从图8，净收缩应变临界值会被-160 × 10-6（即min-max）在3天，这实际上是应变程度的收缩拉伸有助于增加应力混凝土试件的约束。这项建议净收缩的定义有双重好处被保守的自主选择时间为零收缩测试19。无论是零时间定义为时间铸造后'，'时间后，设置'（首选）或&#

24、39;后高峰时间的扩张，净收缩临界或终极价值 根据应变式（5）将永远保持不变混凝土裂缝的风险也取决于抗拉强度与弹性模量的开发(如下图9)。拉伸强度曲线通过线性回归分析,确定了拉伸桥头的分裂图10总计，蠕变和约束混合- 0混凝土获得弹性应变标本图11总计、蠕变和应变的弹性约束Mix-L获得混凝土标本测试结果在第1、2、4、7和28天100×200毫米混土缸(测试)。这个曲线进行了拉伸弹性模量的测定线性回归的模量所获得的值在不同的时期。这些价值观从应力-应变数据,首次确定期间所得快速部分卸载/刷新周期进行了大量的大尺度在混凝土试件的抑制收缩试验(垂直的线在图7)。如图的曲线9没有迹象表明

25、,提供的内部固化的妥协要么抗拉强度的发展或弹性模量直到一周。3.5内部固化对蠕变应变的弹性的影响。大约10%-13%蠕变和应变的弹性以及总应变和应变能力,计算每四人混凝土试件的约束收缩下进行试验。应变分析是基于应变的相容性。etotetT =eeletT t ecretT t eshetT t ethetT其中tot是总应变允许的约束混凝土，作为时间t的函数测量标本;el为弹性应变除以测量混凝土应力（图7）相应的拉伸弹性模量（图9）发展在受限制的样本;cr是蠕变应变混凝土;和sh+th是收缩和热应变测量在一起（图4）在混凝土试件（与小的修正以帐户为内部约束 由钢筋混凝土约束提供的标本12）最后

26、，应变能力提出了在图。10-13 除以计算混凝土抗拉强度（图9）相应的拉伸弹性模量（图9）图12总计、蠕变和应变的弹性约束Mix-M获得混凝土标本。图13总计、蠕变和应变的弹性约束Mix-M获得混凝土标本在图10没有内部控制与混凝土试件固化，可以看出，弹性应变已经非常接近应变能力在1.5天龄。很显然，在满克制（金= 1.0），这个标本就已经破解，这会过早地结束了测试。类似的行为和结论也适用于混合图- L的混凝土试件11，那里的弹性应变几乎达到拉伸应变能力在1.5天为一个年龄限制近0.9度。论另一方面，随着国内混合固化- M和更高水平混合- H的混凝土试件表现相当不错（图12和13），与弹性应变

27、总是比低 应变能力在任何特定时间。请注意，大部分的弹性应变发展，是由于在热收缩冷却期。对于这两个与约束混凝土试件在第一天（前冷却）的扩展，弹性应变去压范围，允许进入的应变能力进一步发展的时候到了弹性应变逆转拉伸范围，这实际上减少了开裂的风险蠕变应变不同，具体取决于受限制的范围扩大发生在混凝土样品在早期的年龄。随着数量的增加预浸泡LWA用于标本，较大的蠕变应变由于在压缩开发更重要的克制扩张。在冷却期间和之后，增量拉伸蠕变由于抑制收缩开发 造成了对压缩蠕变应变减少拉伸范围。不管具体的混合测试，很明显从这些发展过程中的蠕变曲线十分迅速 第一天，发展速度逐渐下降后，如一般预期负载下普通混凝土。4 内部

28、固化的有效性4.1 收缩还原效果图14演示了用于LWA成效在减少内部固化的混凝土自收缩在这项研究中混合测试。它表明，在净自收缩应变值（图5）减少大约比例向内部固化的数量水提供了LWA混凝土。这条曲线表明的最佳（瓦特/ c）为这些具体的IC混合会0.067，以减少到零净收缩临界值应变。这个最佳比例，然而，对于具体有效混凝土混合物和LWA（15的水吸收）本使用研究中，并没有对外部帐户和干燥收缩热效应，可能对自收缩的叠加实际混凝土结构。它可能不会被推荐超过这一点，除非进行进一步的测试限制，因为有些可能出现的不利影响，如可能的力量和自体刚度减少和过度膨胀。详细信息的好处和可能产生的不利影响内部固化中可

29、以找到2。4.2 有效性的强度和刚度增强对设计工程师和承包商高度关注，是将混凝土结构是否达到规定压服务强度和耐久性要求。据清楚地显示在此文件和文献2的内部固化可以消除拉应力，由于自体净收缩。然而，它也已观察到在某些情况下20的混凝土制成饱和LWA可能略有龄较低的优势，由于增加水夹带孔隙度。测试结果提出在表3,却显示内部固化可以大大减少足够自体收缩,而不影响混凝土的强度和刚度在7天内测量100×200毫米混凝土缸。正如前面解释的早些时候,做到这一点通过减少金额混水在混凝土的增加的数额相等用途内部固化,因而减少了有效的混合水比率。在这种情况下强度和弹性模量没有减少。超塑化剂用量增加,因此是在这种情况下,推荐达到适当的工作性。其他的研究21、22,然而已经表明,压应力足够强度,可改善内部固化没有降低有效水灰比对。它可以观察到在表3的价值观的压应力弹性模量的确定略有不同在7天（图9）约束收缩实验图14净收缩应变作为关键功能的集