绿色高耐久性混凝土的早期塑性收缩与开裂性能研究

摘要

进入21世纪，水泥混凝土依然是土木工程建设中最主要的结构材料，其耐久性是国际国内工程界关注的重大科技问题。早期塑性收缩是高性能混凝土出现塑性裂缝的主要原因，也是高性能混凝土普遍存在的问题，混凝土早期裂缝加速了混凝土劣化的进程，对后期裂缝的形成及发展也有着极为重要的影响，严重影响了混凝土的耐久性。 为此，各国学者对影响混凝土开裂的早期力学性能、水化规律以及环境因素等做了广泛而深入的试验研究。然而大多数试验都集中于对混凝土某种特性的研究，不同研究者采用的试验方法又各不相同，致使研究结论很难比较，且对早期混凝土迅速而复杂的塑性收缩规律缺乏有效的试验手段和系统分析，因此，这些研究对混凝土早期塑性收缩与开裂的认识并不深入。专门针对复合掺加活性掺合料、高效引气剂、膨胀剂和混杂纤维等材料制备的高耐久性混凝土材料早期塑性收缩和开裂性能的研究还很少。 本文在分析高性能混凝土(High performance concrete，HPC)塑性收缩与开裂之间的关系和形成机理的基础上，采用平板约束试验，研究了采用高效减水剂、膨胀剂和混杂纤维等材料及其不同组合制备的系列混凝土的早期塑性收缩和开裂性能，优化出绿色高耐久性混凝土(Green high durable concrete，GHDC)的制备技术。研究过程中，对混凝土的早期塑性收缩裂缝作出分形评价，进一步探讨了膨胀剂的补偿收缩机理、纤维的阻裂机理以及二者多元复合的综合抑制机理。本文取得的主要结论如下： (1) 研制出早期塑性收缩小的GHDC材料制备技术，通过综合运用膨胀剂补偿收缩技术和纤维限缩阻裂技术，是获得低收缩、高抗裂混凝土材料的重要技术手段。 (2) 膨胀剂对聚丙烯(polypropylene，PP)纤维增强高性能混凝土的早期塑抗裂性的影响与减水剂种类相关，聚羧酸高效减水剂与铝酸盐混凝土膨胀剂(Aluminate expansion agent，AEA)的复合效应优于萘系减水剂与AEA膨胀剂的复合效果。 (3) AEA膨胀剂与哑铃型钢纤维的二元复合技术是增强GHDC早期抗裂能力的有效措施。 (4) 单根裂缝的长度、宽度以及其面积与相应裂缝的分形维数值曲线变化大致吻合，单根裂缝的分形维数值越高，对应裂缝的长度、裂缝最大宽度及开裂面积越大。 (5) 混凝土表面总开裂面积与相应分形维数值曲线变化大致吻合，且与全场裂缝分布的分形维数值成正比，分形维数值越高对应混凝土表面的总开裂面积越大。 (6) 通过GHDC的SEM 图可以看出，膨胀剂的补偿收缩复合钢纤维阻裂的综合作用大大抑制了混凝土塑性裂缝的产生，达到了抗裂的目的，从而大幅度提高混凝土的耐久性。