超强混凝土化学收缩影响因素分析

李佳加 武建好

【摘要】超强混凝土是一种高性能、高强度的混凝土，是目前混凝土结构施工中常用一种混凝土材料。一直以来，混凝土收缩一直是混凝土结构裂缝与破坏问题产生的主要原因，要保证混凝土结构稳定，防止收缩裂缝问题出现，应先了解混凝土收缩的影响因素。因此，本文以超强混凝土化学收缩为研究对象，对超强混凝土化学收缩的机理及其危害性进行了分析，然后着重探讨了相关的影响因素，为控制超强混凝土化学收缩裂缝问题提供有力的参考借鉴。

【关键词】混凝土；化学收缩；影响因素；水胶比；水分

在混凝土结构施工中，裂缝问题是一个常见的质量病害，一直困扰着施工单位。目前，超强混凝土以自身优越的使用性能在混凝土结构施工中得到了广泛应用，但是收缩裂缝问题一直存在，特别是化学收缩所占份额高于一般强度的混凝土，如何控制超强混凝土化学收缩已经成为行内的研究热点。超强混凝土收缩有化学收缩、干缩、温度收缩、碳化收缩及塑性收缩等，每一种收缩的影响因素都有所差异，要想有效控制收缩裂缝问题，必须加强对收缩影响因素的分析。

一、超强混凝土化学收缩的机理及危害性

（一）机理

在混凝土行业内，一般把C60以下强度等级的混凝土称为一般混凝土，把C60及其以上强度等级的混凝土成为高强混凝土，把C100及以上强度等级的混凝土成为超高强混凝土。超高强混凝土是一种高性能材质的混凝土，它的可泵性、耐久性及相关的工作性能都十分优越。但是，混凝土强度越高，脆性越大，会引发裂缝问题，甚至国外发生过超强度混凝土结构爆破事件。所以，在使用超高强混凝土材料时要注重对化学收缩影响的因素，才能做好相关防治工作。

超强度混凝土的化学收缩，是指在混凝土内水泥水化过程中，水化产物的绝对体积比水化前水泥与水的绝对体积之和要小，进而造成水化前和水化后的混凝土体积产生差异，这就是化学收缩的过程。在水泥水化过程中，由于内部的水分不能及时的蒸发，造成水化后的混凝土密度有所变化，进而引起混凝土体积减少而出现裂缝问题。

（二）危害性

一旦超高强度混凝土结构出现收缩裂缝问题，轻则降低结构表面的美观度，重则影响结构稳定性，甚至发生坍塌、爆破等严重事故。若结构稳定性受到影响，不仅影响混凝土工程的使用寿命，更会埋下严重的安全隐患，后果是极其严重的。为此，以加强收缩裂缝防治，保证混凝土工程的使用寿命。

二、超强混凝土化学收缩的影响因素分析

超高强混凝土由水泥、砂、石原材料、粉煤灰、减水剂、矿渣、硅粉、矿粉、胶凝材料等组成，在配制过程中，对矿物的组成及配量、水灰比、水泥细度等都有严格要求，稍有差错，都可能影响最终形成的超高强混凝土性能。混凝土是建设领域的一种基础原料，近年来，随着混凝土工程数量的逐渐增加，超高强混凝土的应用日益广泛，但其化学收缩问题一直没有得到很好的控制。根據相关研究证明，超高强混凝土的干缩与一般混凝土差不多，可化学收缩要高于一般混凝土。为有效控制超高强混凝土的化学收缩问题，不少专家学者进行了相关研究，应基于这些研究成果及日常工作实践，对影响超高强混凝土化学收缩的有感要素进行了分析。

从超高强混凝土化学收缩的机理可以看出，化学收缩主要是水泥水化过程中出现的，而整个水化过程中的影响因素是较多的，如水泥、掺合料、水胶比、温度等，这些因素对化学收缩有着重要因素。为了更为清楚的了解这些因素对超高强混凝土化学收缩的影响，下面采用ASTM C1608实验方法进行了系统研究。

第一，水泥。水泥是超高强混凝土的主要成分，加之，化学收缩是在水泥水化过程中产生的，水泥的品种、用量、细度等超高强混凝土的化学收缩势必有着重要影响。水泥水化过程是很复杂的，很难用简单的化学方式表示出来，一些专家学者通过构建水泥水化动力模型，发现水泥的矿物组成、细度等对化学收缩有着重要影响。超高强混凝土中的水泥熟料有G3S、C2S、C3A、C4AF等，在水泥水化过程中，这些成分的收缩值如图1所示。从图中可以看出，在水泥水化过程中，各矿物成分都有不同程度的收缩，足见它们是超高强混凝土化学收缩的重要影响因素。众所周知，不同的水泥品种有着不同的矿物组成，在配制超高强混凝土时要严格水泥品种选择，必要时可以各品种水泥的水化现象进行实验，根据实验结果选择最适合的水泥品种。此外，水泥的细度对化学收缩也有一定影响。一般情况下，水泥活性越高，细度越大，而超高强混凝土的水泥活性较大，水泥细度势必很高，加剧了化学收缩强度。为此，选择水泥品种时不能忽略这一问题。

第二，水胶比。胶凝材料是超高强混凝土的主要成分之一，其与水在混凝土中所占的比例直接影响着混凝土的强度，对化学收缩有着重要影响。不同的水胶比，混凝土的水化反应程度也会不同。根据实验结果，当水胶比较小时，水化以后的结合水量比较小，主要在于较少的水胶比降低了水化程度，使化学收缩反应减少。所以，水胶比的大小对超高强混凝土的化学收缩有一定程度的影响。另外，水灰比越大，水化反应越强烈，化学收缩也越强烈。在配置超高强混凝土时一定要经科学的实验得到合理的水灰比和水胶比，有助于对化学收缩裂缝的控制。

第三，掺合料。超强度混凝土中的掺合料主要有粉煤灰、硅粉、矿渣等，这些成分对化学收缩也有影响。在粉煤灰以替代部分水泥掺和到混凝土中时，使水泥用量有所减少，便于降低水化程度。而且，在水化过程中，其与水泥发生水化反应，产生凝胶体，能一定程度上弥补收缩，减缓水化速度，有助于控制化学收缩，增加超高强混凝土结构使用寿命。所以，粉煤灰的掺和对超高强混凝土化学收缩的影响是积极的，有助于减缓化学收缩速度。但是，掺和的硅粉对化学收缩的影响是消极的。从实验结果看，水化反应中硅粉与水泥水化产物产生二次水化反应，增加了水泥水化度，一定程度上使化学收缩增加。

三、结束语

综上所述，超高强混凝土作为21世纪以来广泛应用的一种高性能混凝土，其配置的各种理论还需要进一步完善，收缩裂缝问题也有待进一步的清楚解释。但是无论相关理论是否完善，解释是否清楚，为推广超高强混凝土的应用，必须加强对其化学收缩影响因素的研究分析，唯有这样才能为化学收缩裂缝问题控制提供有价值的依据，优化超高强混凝土配置与生产工艺，提高其使用的各项性能。

参考文献：

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