对高性能混凝土的认识及混凝土开裂的问题摘要

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1、对高性能混凝土的认识及混凝土开裂的问题摘要:　　1　前言　　高性能混凝土(以下简称HPC)是经过漫长时间的发展，总结传统混凝土耐久性存在的问题后提出来的，已经在很多重要的工程中成功得到了应用，并因其耐久性而将在今后逐步代替普通混凝土在建筑物中的使用。但是人们对高性能混凝土的涵义有很不相同的理解。尽管“高强不一定耐久”的观点已得到共识，但仍有相当多数认为高性能混凝土必须高强。然而，近年来有些国家的论文指出“高性能混凝土”的易裂性。例如在美国，科罗拉多的丹佛及其附近，有7座高强混凝土的桥梁在开裂。3座

2、HPC示范桥：德克萨斯的Loretta和SanAngelo，以及丹佛的1－25/Yale大桥也已经开裂。我国也有人反应他们所用的“高性能混凝土”和目前所用传统概念的混凝土一样地开裂。看来，HPC的耐久性和抗裂性正面临着越来越多的质疑。开裂而不耐久的混凝土怎么能是“高性能”的呢?实际上，例如美国，其所认为的高性能混凝土，主要是高强和坍落度较大(为保证浇筑成型均匀、密实)的混凝土。在我国，对高性能混凝土的概念更加混乱。例如只要采用掺和料、我国著名混凝土科学家吴中伟院士将HPC定义为：在大幅度提高普通混

3、凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作、以耐久性为设计指标的新型高技术混凝土。并认为高性能混凝土适用于任何强度等级的混凝土。提出HPC内部结构具有以下特点：　　(1)孔隙率很低，基本上不存在>100nm的大孔；　　(2)水化物中Ca(OH)2减少，C－S－H和AFt增多；　　(3)未水化的颗粒多，未水化颗粒和矿物细掺料等各级中心质增多；　　(4)界面厚度小，孔隙率低、Ca(OH)2数量减少，且取向程度下降，水化物结晶颗粒尺寸减少，更接近水泥石本体水化的分布。　　具有这样微结构的混凝土，必然会有密实

4、度大、干燥收缩小、抗化学腐蚀性强等性质。大坍落度并且高强，就自称为高性能混凝土一类的文章很多。ACI在1998年又公布了他们新近关于高性能混凝土的定义：“高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土，采用传统的原材料和一般的拌和、浇筑与养护方法，往往不能大量地生产出这种混凝土。所指特性为：易于浇筑、振捣不离析、早强、长期力学性能、抗渗性、密实性、水化温升、韧性、体积稳定性、恶劣环境下的较长寿命”。日本最近把过去他们称之为高性能混凝土的高流动性混凝土和自密实混凝土改称为高质量混凝土(HighQ

5、ualityconcrete，缩写HQC)。这都说明，高性能混凝土不是一个混凝土的品种，而是一种对混凝土性能或质量的要求和保证。　　非荷载引起的混凝土开裂，主要是混凝土在约束条件下的收缩或局部的膨胀变形在内部产生应力超过抗力而造成的。早期的混凝土抗拉强度低，较大的变形受到约束时容易引起开裂，这取决于混凝土自身组成材料、配合比以及其所处环境和约束条件。本文主要分析收缩引起的混凝土的早期开裂行为，以及传统混凝土和高性能混凝土对早期开裂的敏感性。　　2　混凝土的收缩　　2.1　干燥收缩干燥收缩是指混凝土

6、停止养护后，在不饱和的空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩，它不同于干湿交替引起的可逆收缩。随着环境中相对湿度的降低，水泥浆体的干缩增大。在大多数土木工程中，混凝土不会连续暴露在使水泥浆体中C—S—H失去结构水的相对湿度下，故引起收缩的主要是失去毛细孔和凝胶孔的吸附水。计算完全干燥的纯水泥浆体收缩量为10000×10－6；LeeFM实测数值达4000×10－6。混凝土的干缩是由表面逐步扩展到内部的，在混凝土中呈现湿度梯度，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，致使表面混凝土

7、承受拉力内部混凝土承受压力；当表面混凝土所受的拉力超过其抗拉强度时，混凝土便产生裂缝。另外，水泥石也会由于集料的限制作用而出现裂纹。在约束条件下，混凝土收缩时，混凝土中产生拉应力，如果该拉应力大于其最大抗拉强度时，便产生裂缝。　　这种现象在混凝土刚拆模后表现尤为明显，这时混凝土的强度很低，干缩却非常大，同时由于混凝土拆模后和空气接触使周围空气温度上升，由此导致周围空气的湿度降低，进一步加大了混凝土干缩。影响混凝土干燥收缩的主要因素是：骨料、水灰比、单位水泥浆体含量。对于水灰比，40多年前，Pick

8、ett用可能较粗的水泥且没有任何减水剂的条件下，制作水灰比0.35和0.50的水泥和砂浆大试件(19.0mm×25.4mm截面)进行的试验，认为水灰比对混凝土的干燥收缩有较大的影响；其他一些在水灰比略大(0.40～0.60波动)条件下进行研究的学者也持相同观点。而最近BenotBissonnette等人通过研究提出，水灰比在0.35到0.50间变化对混凝土的干缩影响不大。有研究认为由于水灰比对毛细孔的数量和水泥浆体的微结构具有很大影响，而微结构又显著地影响混凝土的干缩，从而水灰比可