硫酸鈉摻量對(duì)混凝土早期收縮開裂的影響(上)
2005-12-06 00:00
摘 要：研究了分別摻加占膠結(jié)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 % ，2 %的硫酸鈉對(duì)混凝土早期收縮開裂的影響。用非接觸式混凝土收縮測(cè)量?jī)x及板式混凝土開裂架進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用電子顯微鏡對(duì)硫酸鈉混凝土試件早期亞微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為直觀的研究分析。結(jié)果表明:硫酸鈉對(duì)混凝土早期收縮開裂在不同孔徑中的作用不盡相同。硫酸鈉對(duì)混凝土早期收縮的影響與水膠比及硫酸鈉的摻量有一定的關(guān)系。硫酸鈉摻量相同情況下，水膠比較小混凝土早期收縮值較大；在相同水膠比情況下，硫酸鈉摻量較大混凝土早期收縮值較小。硫酸鈉對(duì)混凝土早期開裂的影響與養(yǎng)護(hù)方式相關(guān)，空氣中養(yǎng)護(hù)與密封條件下養(yǎng)護(hù)這2 種養(yǎng)護(hù)制度相比，在空氣中養(yǎng)護(hù)混凝土表面出現(xiàn)裂紋的時(shí)間較早，裂紋較寬且較多。在這2 種養(yǎng)護(hù)制度下，水分蒸發(fā)速度的不同決定了硫酸鈉結(jié)晶初始深度的不同，是硫酸鈉對(duì)混凝土早期開裂的主要影響機(jī)理。
關(guān)鍵詞： 硫酸鈉；收縮；開裂； 養(yǎng)護(hù)方式； 機(jī)理
EFFECTS OF Na2SO4 DOSAGES ON SHRINKAGE AND CRACKING OF CONCRETE AT EARLY AGE
BA Hengjing, LIU Zhiguo, CHEN Wensong, ZHAO Yading, YANG Yingzi, DENG Hongwei
Abstract : Effect of sodium sulfate, with a dosage of 1 % and 2 %(in mass) to blender respectively, on autogenous shrinkage and cracking of fresh concrete were investigated. Non contact concrete shrinkage measuring apparatus and plate type concrete cracking frame were adopted inthis experiment.Microstructures of concrete, into which sodium sulfate was mixed, were studied intuitively by scanning electron microscope.
Results show that the mechanism of sodium sulfate in pore with different pore sizes on autogenous shrinkage and cracking of fresh concrete arenot uniform. Effect of sodium sulfate on shrinkage of concrete at early age correlates with the dosages of sodium sulfate as well as water/ blenderratios. In the case of same sodium sulfate dosages, when the water/ blender ratio is smaller the value of shrinkage at early age is bigger ；while in the case of same water/ blender ratio when the dosage of sodium sulfate is larger the shrinkage is smaller. Influence of sodium sulfate on the cracking of concrete correlate with different curing styles. Cracks at the surface of concretes cured in the air environments occurred earlier, wider and more than that cured in a sealed environment. Under this two curing styles the initial depth of crystals of sodium sulfate depends on the different rates of water evaporation, which is the main effect mechanism of sodium sulfate on cracking of concrete.
Key words : sodium sulfate ； shrinkage ； cracking ； curing style ； mechanism
東北地區(qū)秋冬時(shí)期天氣寒冷，很多商品混凝土攪拌站和現(xiàn)場(chǎng)攪拌施工中，在混凝土中都摻加了早強(qiáng)劑。硫酸鹽及含硫酸鹽的復(fù)合早強(qiáng)劑的應(yīng)用較為廣泛，而硫酸鹽在水泥水化初期，參與水泥的水化反應(yīng)，生成的大量難溶性復(fù)鹽形成骨架，起到早強(qiáng)作用；但也由于生成大量硫鋁酸鹽產(chǎn)生體積膨脹及鹽類結(jié)晶，使混凝土表面及內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂縫。文獻(xiàn)[1～3 ]報(bào)道了硫酸鹽對(duì)混凝土性能的影響，但對(duì)新拌混凝土的早期收縮開裂尚無(wú)相關(guān)報(bào)道。通過實(shí)驗(yàn)，主要研究了硫酸鈉成分對(duì)混凝土早期收縮開裂的影響及其機(jī)理。
1 原材料與混凝土配合比
用牡丹江水泥廠生產(chǎn)的P·O42. 5 普硅水泥(PC) 。用細(xì)度模數(shù)2. 7～2. 8 的細(xì)集料，含泥量為1.4 %顆粒級(jí)配良好的天然河砂(S) 。用質(zhì)地堅(jiān)硬、表面粗糙的輝綠巖碎石粗集料( G) ， d = 5～10 mm ，連續(xù)級(jí)配。用呼蘭發(fā)電廠第三靜電除塵Ⅰ級(jí)粉煤灰(FA) 。用Elkem Carbon 公司生產(chǎn)的硅灰( SF) ， 其SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)(下同) 為93. 27 % ，比表面積> 1. 9 ×105cm2/ g。用萊蕪化工有限公司生產(chǎn)的萘系FDN 高效減水劑和Micro2Air202 型引氣劑(MA202) 。用上海Master 公司生產(chǎn)的緩凝劑(Delvo) ，推薦摻量為膠凝材用量的0. 005 %～0. 03 % ，緩凝時(shí)間可達(dá)6～72 h。工業(yè)硫酸鈉Na2SO4·10H2O (N) 及自來(lái)水(w) 。
水泥用量為416 kg/ m3 與304 kg/ m3 、水膠比m (w) / m (b) 為0. 34 與0. 43 的3 組基準(zhǔn)混凝土(A0 ，B0 ，D0) 。摻硫酸鈉的混凝土分別以這3 組配合比為基準(zhǔn)，摻量分別為膠結(jié)料的1 %與2 %。表1 給出了基準(zhǔn)混凝土配合比及其參數(shù)。
表1 混凝土配合比
Table1 Mix proportions of concrete Mixture
2 實(shí) 驗(yàn)
2. 1 混凝土早期收縮
自行研制的一種新型非接觸感應(yīng)式混凝土收縮測(cè)量?jī)x的工作原理如圖1 所示?；炷猎嚰某叽鐬?00 mm ×100 mm ×400 mm。試模的短向板留有伸出測(cè)頭的φ20 mm 孔。實(shí)驗(yàn)前將微位移傳感器與測(cè)頭間距調(diào)整在1 mm 左右，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中不再調(diào)整，傳感器能直接反映出傳感器端頭與測(cè)頭間的距離，其精度高達(dá)0. 1μm。
圖1 混凝土收縮測(cè)量原理示意圖
Fig. 1 Measuring principle representation of concrete shrinkage
2. 2 混凝土早期開裂
模擬混凝土在四邊全約束狀態(tài)下的早期開裂情況，設(shè)計(jì)使用了內(nèi)邊尺寸為600 mm ×600 mm ×63 mm的鋼制方形模具，模具的四邊同時(shí)分別裝配14 個(gè)φ10 mm ×100 mm的螺紋鋼柱，使其起到約束作用，具體如圖2 所示。專門觀察裂縫的50 倍讀數(shù)放大鏡對(duì)混凝土板的開裂情況進(jìn)行跟蹤觀測(cè)。開始每隔5 min 觀察1 次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有裂紋產(chǎn)生時(shí)變?yōu)槊?0 min 觀察1 次，發(fā)現(xiàn)裂縫貫穿混凝土表面時(shí)開始每30 min 觀察1 次，對(duì)試件觀察到3 d 齡期為止。主要記錄每個(gè)混凝土板開始出現(xiàn)裂縫的時(shí)間，裂縫數(shù)量、長(zhǎng)度、寬度隨時(shí)間的變化等。
圖2 裂縫測(cè)量裝置
Fig. 2 Cracks measuring tester
2. 3 微觀結(jié)構(gòu)分析
用英國(guó)Cambridge 公司生產(chǎn)的S 240 型電子顯微鏡，其工作電壓為20 kV ，樣品需進(jìn)行真空鍍膜處理。
3 結(jié)果與分析
3. 1 硫酸鈉對(duì)混凝土早期收縮的影響
由圖3 可知: A0 ， A1 ， A2的自生收縮主要發(fā)生在1 d 之內(nèi)， 早期收縮值占總收縮值的50 %左右[4 ] ?；炷林辛蛩徕c摻量較大自生收縮較小， 且在6～10 h 內(nèi)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。因水膠比較低， 產(chǎn)生鹽類結(jié)晶膨脹， 同時(shí)硫酸鈉也參加了化學(xué)反應(yīng)生成硫鋁酸鹽產(chǎn)生體積膨脹?；炷猎跍y(cè)量開始的6～10 h 內(nèi)自收縮發(fā)展特別快， 到1 d 齡期后自收縮速率逐漸減緩。
圖3 硫酸鈉摻量對(duì)A 組混凝土自生收縮的影響
Fig. 3 Effects of Na2SO4 dosages on autogenous shrinkage of A group concrete
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