高性能水泥干縮的測(cè)試方法及機(jī)理研究.pdf

1、目前，全社會(huì)對(duì)水泥混凝土工程質(zhì)量要求不斷提高，對(duì)其生產(chǎn)的高消耗（能源和自然資源）、高環(huán)境負(fù)荷問(wèn)題十分關(guān)注。為使水泥混凝土材料走可持續(xù)發(fā)展之路，國(guó)家將“高性能水泥制備和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究”列入973重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃的研究項(xiàng)目。 水泥混凝土處于低濕的環(huán)境下因失水而導(dǎo)致體積收縮稱(chēng)為干縮。干縮是引起水泥混凝土開(kāi)裂的最主要原因之一，干縮裂縫導(dǎo)致水泥混凝土耐久性下降，有時(shí)甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞?；炷恋母煽s主要是由水泥漿體引起的。因此，研究水泥的

2、干縮特征及機(jī)理，建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，對(duì)于指導(dǎo)高性能水泥的制備與生產(chǎn)具有十分重要的意義。 論文以砂漿為研究對(duì)象，首先從幾個(gè)方面以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JC/T法作對(duì)比研究并確定了合理的、方便的水泥砂漿干縮改進(jìn)試驗(yàn)方法（以下均稱(chēng)為改進(jìn)法）。以改進(jìn)法測(cè)定干縮，同時(shí)結(jié)合TG-DSC、化學(xué)結(jié)合水測(cè)定、孔結(jié)構(gòu)測(cè)定、NMR、IR等現(xiàn)代化測(cè)試方法，研究了影響水泥干縮的各種主要因素及原因，研究了高C3S水泥系統(tǒng)的強(qiáng)度、干燥收縮動(dòng)力學(xué)及干燥收縮過(guò)程，研究了水泥石的

3、結(jié)構(gòu)、組成與干縮性能的關(guān)系（干燥收縮機(jī)理），提出了降低水泥基材料干縮開(kāi)裂的措施。主要結(jié)論如下： JC/T法與改進(jìn)法兩種方法測(cè)得的水泥砂漿干縮率是線性相關(guān)的；改進(jìn)法測(cè)得的水泥砂漿28 d干縮率與水泥3 d強(qiáng)度之間相關(guān)性更明顯；改進(jìn)法測(cè)得的水泥砂漿干縮與以同種水泥配制的混凝土干縮之間成二次多項(xiàng)式相關(guān)，可根據(jù)其與混凝土干縮之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)混凝土的干縮。改進(jìn)法不僅可以節(jié)省時(shí)間和節(jié)約原料，還可以減少系統(tǒng)誤差和人為誤差。 水泥石基體

4、參數(shù)對(duì)水泥砂漿的干縮影響很大。砂漿的干縮隨水灰比增大而增大，這種影響在水灰比小于0.5時(shí)明顯，而水灰比大于0.5時(shí)不明顯。砂漿的干縮隨膠砂比增大明顯增大。砂漿的干縮隨水泥細(xì)度（比表面積）提高而增大。粉煤灰替代水泥后可明顯減少水泥砂漿的在各齡期的干縮，且水泥砂漿的干縮率隨粉煤灰替代量增加線性減少；高摻量粉煤灰水泥的干縮在早期（21 d）就達(dá)到穩(wěn)定值。礦渣微粉替代水泥后對(duì)水泥的干縮的影響與粉煤灰類(lèi)似，但無(wú)粉煤灰明顯。硅灰部分替代水泥后增大水

5、泥的干縮，且隨其替代量增加，水泥的干縮增大。在同一水泥系統(tǒng)內(nèi)（熟料礦物確定），高標(biāo)號(hào)水泥的干縮高于低標(biāo)號(hào)水泥的干縮；而當(dāng)水泥標(biāo)號(hào)相同時(shí)，不同品種的硅酸鹽水泥砂漿的干縮大小順序?yàn)镻. II>P. F >P. S。在不同的水泥系統(tǒng)內(nèi)（熟料礦物組成不同），在強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)，高C3S系統(tǒng)的水泥的干縮明顯小于普通C3S系統(tǒng)的；在比表面積相當(dāng)時(shí)，高C3S系統(tǒng)的水泥的早期強(qiáng)度高于普通C3S的強(qiáng)度時(shí)，高C3S系統(tǒng)的水泥的干縮仍小于普通C3S系統(tǒng)的水泥的干縮

6、。減縮劑顯著減少水泥的干縮。所用的各種功能的減水劑中多數(shù)都或多或少地增加水泥砂漿的干縮。本實(shí)驗(yàn)條件下膨脹劑沒(méi)能很好地抑制水泥砂漿的干縮。 環(huán)境條件對(duì)水泥的干縮有重要的影響。硅酸鹽水泥砂漿的干縮隨干燥前養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，但這種影響在養(yǎng)護(hù)時(shí)間大于3 d后不明顯。當(dāng)粉煤灰或礦渣微粉替代量較低時(shí)（0～20％），干燥前經(jīng)60 ℃水養(yǎng)護(hù)的水泥砂漿的干縮率在各齡期均小于經(jīng)20 ℃水養(yǎng)護(hù)的水泥砂漿的干縮率（替代量為0的硅酸鹽水泥的十分明顯）

7、；當(dāng)其替代量較高時(shí)，經(jīng)60 ℃養(yǎng)護(hù)的水泥砂漿的干縮率大于經(jīng)20 ℃養(yǎng)護(hù)的水泥砂漿的干縮率。硅酸鹽水泥的干縮隨環(huán)境濕度升高而減小。環(huán)境風(fēng)速增大，水泥的早期干縮增大。 高C3S水泥具有較高的強(qiáng)度和較小的干縮，可大量利用粉煤灰（摻量可達(dá)40％）。普通C3S水泥只有在很高的比表面積時(shí)，3 d和28 d強(qiáng)度才和高C3S水泥相當(dāng)，但其干縮比高C3S水泥大得多。從節(jié)約能源、利用資源和提高水泥基材料耐久性出發(fā)，應(yīng)發(fā)展高C3S水泥系統(tǒng)。

8、高C3S水泥系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)條件下（20 ℃，50％ RH和20 ℃，40％ RH），在3-60 d齡期內(nèi)處于明顯的收縮階段，其收縮速率不同，可分為三個(gè)階段：收縮速率較快的收縮減速階段 ，收縮速率較慢的收縮減速階段 和收縮速率幾乎不變的穩(wěn)態(tài)收縮階段 。提出了高C3S水泥系統(tǒng)的干燥收縮過(guò)程假設(shè)：開(kāi)始時(shí)（3-14 d）主要是相對(duì)蒸汽壓較高的孔徑較大的孔失水導(dǎo)致收縮，接著（14-28 d）主要是相對(duì)蒸汽壓較小的孔徑較小的孔失水導(dǎo)致收縮，接著（28-

9、60 d）則主要是水泥石失去吸附結(jié)合水導(dǎo)致收縮。 干縮的大小與干燥前水泥石的孔結(jié)構(gòu)、水化速度（已水化的膠凝材料的量、水化產(chǎn)物的數(shù)量）、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與表面性能有關(guān)。所有影響干縮的因素，都可歸結(jié)為對(duì)水泥石的結(jié)構(gòu)、組成的影響?？赡娓煽s取決于水化產(chǎn)物的數(shù)量與C-S-H凝膠的表面性能與化學(xué)結(jié)構(gòu)，隨孔徑≤30 nm的孔體積增加線性增加。不可逆干縮主要與C-S-H凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)與表面性能有關(guān)，其硅酸鹽聚合度越高，表面積越小，不可逆干縮越小。