1唐泽栋 2李光辉
133068119901027****，浙江 杭州 310051
241272219850508****，河南 周口 466600
摘要：高性能混凝土的主要特点是高减水剂新拌混凝土的高工作性、活性细掺合料、低水灰比、硬化后细观结构紧凑。因此，特别适用于高层、大跨度等现代建筑工程和桥梁结构。它的广泛应用取得了显著的技术、经济和社会效益。高性能混凝土不仅表现出优异的性能，也暴露出其不足。
关键词：超高性能混凝土（UHPC）收缩性能试验研究
前言
对混凝土提出了更高的要求，混凝土材料的高性能化和高功能化是混凝土科学和工程技术发展的重要方向 。高性能混凝土有较高的抗压强度和耐久性，可以解决普通混凝土结构存在的自重大、耐久性低的缺点。但大量的研究和工程应用表明，高性能混凝土尚有许多亟待解决的问题，比如脆性问题，且强度越高脆性越显著，必须通过配筋来提高结构的延性，而大量配筋不仅降低了高性能混凝土的经济效益，同时又带来施工浇筑的困难。高性能混凝土的脆性问题已经严重影响了其作为结构主要受力材料的地位。
一、意义
混凝土的自收缩意味着，在没有温度的情况下，混凝土发生了一系列复杂的物理和化学变化，因此宏观层面的混凝土显示体积减少。水泥混凝土是一种特殊的复合材料，由混凝土、填充物、多孔水等组成，其中有三个阶段:固体、液体、气体、自体压缩不等同于“化学收缩”，两者之间没有简单的关联。目前，随着现代混凝土技术的发展，项目中的高性能混凝土已经被使用，但值得注意的是，项目中广泛应用的高性能混凝土存在缺陷，即问题的裂缝。研究表明，因此，如何减少混凝土的裂缝，提高高性能混凝土的强度和脆弱性是混凝土技术中最紧迫的挑战之一。统计数据显示，混凝土结构中80%的裂缝是由变形引起的，而混凝土的体积变形主要是由收缩引起的。对于普通混凝土来说，自发收缩通常比干燥收缩要小得多，而且通常发生在混凝土内部，所以在过去，人们很少研究自身收缩，只把它们看作是干燥收缩的一部分。然而，与普通混凝土不同的是，混凝土总压缩的高特性，自发的和干燥的收缩几乎超过了干燥的收缩。与此同时，高性能混凝土的自发收缩主要发生在早期，因此混凝土从一开始就出现了大量的微骨折。因此，为了解决高性能混凝土早期裂缝的问题，以及进一步扩大项目中高性能混凝土的使用至关重要。
二、超高性能混凝土（UHPC）收缩性能试验
1.原材料。水泥采用亚东P·O４２．５普通硅酸盐水泥；掺合料采用中铁大桥科学研究院有限公司自主开发的新型掺合料；砂采用石英砂；钢纤维采用武汉新途直径0.２mm、长１２～１４mm 的钢纤维；减水剂采用中交二航武汉港湾新材料有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，减水率＞３０％。
2.试验方法。（１）抗压强度及抗折强度试验方法：抗压强度、抗折强度试件成型后２４h拆模，然后置于混凝土标准养护室养护至规定试验龄期开始试验，试验方法参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》。（２）自收缩试验方法：依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，自收缩试件成型后立即置于温度为２０±２℃、湿度为（６０±５）％的收缩徐变试验室内，试件表面用塑料薄膜作密封处理。
成型试件同时进行混凝土初凝时间的测定，初凝时间的测定和自收缩试验的环境相同，当混凝土初凝时，开始测读试件两端的初始读数，以后每隔２h测定试件两侧变形读数，直至７２h（从初凝开始计时）
3.试验结果与分析。一是水泥作用是混凝土自身收缩的主要原因，水化作用导致化学收缩，水化反应消耗水分。水泥的矿物反应引起的收缩范围从大到小，水泥含量增加反应速度和水化作用，因此更早脱水的水泥、铝水泥、高强度混凝土。混合材料的水泥比普通硅酸盐水泥更能自我修复，但在膨胀的早期阶段，增加水泥单位的使用量，例如增加水泥的比例，从而减少混凝土比例，限制了收缩，从而减少水泥的用量。二混凝土密度越高，环境干燥造成的水分损失就越小，与干燥的收缩不同的是，混凝土的自发收缩随着水胶比和水泥微结构密度的降低而增加。根据江泽宫的一项测试，水灰比与混凝土的比例为40%，水灰比0.3，自收缩率为50%，水胶与0.17(与10%的硅酸盐灰混合)的比例为100%。使用超增塑剂和硅胶，水力压裂混凝土比高强度、高密度、低洞察力和其他优秀特性的水力压裂混凝土更低。此外，混凝土中水泥的自由用水量就越小，因此早期的混凝土可能会引起干燥。因此，混凝土的自发收缩就越早发生，早期自发收缩的比例越高，最终自发收缩的比例就越大。水胶比为0.36时,初凝后1d内混凝土自生收缩占90d自生收缩值的40%,而水胶比降到0.27时,初凝后1d内自生收缩值达90 d 自主收缩的54%。超高性能混凝土的长期干燥收缩会在较短时间内趋于稳定，这主要和其自身的材料组成和结构有关，前文已经提到超高性能混凝土早期水化反应较快，使得混凝土内部快速形成致密的结构体系，在标准养护３ d 后混凝土内部的结构已经相当致密，使其在干燥状态下的失水变得较为困难，在干燥状态下的失水也仅仅只能让其表层结构中毛细孔中的水分散失，因此就导致混凝土在干燥状态下的收缩能较快稳定。而掺加膨胀剂后干燥收缩有略微增大的主要原因可能是膨胀剂的加入生成了膨胀性的水化产物，使混凝土内部微观层面上的结构没有未掺时致密，致使其在干燥状态下的失水相对于未掺时容易，最终表现出的干燥收缩较未掺时有略微增大。但要深入了解膨胀剂造成超高性能混凝土干缩增大的机理，还需进行微观试验研究和论证。超高性能混凝土的收缩特性是早龄期（３d）的收缩较大，发展迅猛，而养护３d后的长龄期干燥收缩较小，能在较短龄期内趋于稳定，９０d龄期的干燥收缩仅为３d自收缩的１４．３％；膨胀剂的加入能较大幅度减小早龄期的收缩，但长龄期的干燥收缩会有略微增大。
三、改善高性能混凝土自收缩的技术途径
为了改善高性能混凝土及其裂纹形成的适应性，重要的是减少早期化学收缩，适当降低混凝土和混合物的初始密度，以及复合材料的等等。并对其作用的机制和模式进行了必要的分析。在生产高性能混凝土时，不应使用过多的活性添加剂等。不再需要单独使用过多的活性和酸性添加剂，即这不仅降低亲水性材料,降低压力,而且降低毛细孔原生和次生化学。其次，关于水胶比的质量控制，以确保混凝土的足够强度和结构的合理孔隙性，而不应单方面追求具有最低毛孔半径的最大强度。可以有利于减小混凝土的早期自收缩。在合理控制水泥颗粒组成的同时, 尽量采用先进工艺设备生产球状水泥。进一步研究更多因素对高性能混凝土自生收缩的影响, 及多因素交互作用的结果;研究各种不同配合比混凝土自生收缩随龄期发展的规律。建立更实用、更准确的数学模型, 以达到通过测量短期收缩值预测长期收缩值, 用早期收缩规律推测后期收缩规律, 根据混凝土配合比预测收缩规律, 最终达到能根据性能要求设计材料, 根据材料设计结构的目的。
结束语
近年来，普遍的担忧是混凝土自缩的增加，这是混凝土过早收缩的主要原因之一。在很大程度上，从掺合料的优化组合方法、水泥粉磨粒度的控制等方面出发,提出了改善混凝土自收缩及相关性能的技术途径。在低水胶比情况下，膨胀剂的反应率和后期获水情况下是否会引起膨胀开裂等，将在下一步进行系统试验研究和论证。
参考文献：
[1]蒋润章.胶凝材料学.武汉工业大学出版社, 2019.10
[2]韩松,刘丹,张戈,等.超低水胶比复合胶凝材料孔结构随养护制度和龄期的变化机理[J].硅酸盐学报,2019,45(11):1594-1604.