4.1 整平层低收缩高韧性水泥混凝土材料

4.1.1 研究概况

4.1.1.1 国内外研究现状

翁兴中、蔡良才通过平板抗裂性能试验，对比了不同掺量和型号的聚丙烯腈纤维对道路混凝土抗裂性能的影响。试验结果表明，聚丙烯腈纤维的掺入使混凝土具有良好的早期抗裂性能，裂缝数量随着纤维掺量的增加几乎呈线性关系减少，裂缝面积随纤维长度的增加而减少。

对比素混凝土、钢纤维混凝土、聚丙烯腈纤维混凝土及钢纤维+聚丙烯腈纤维混杂纤维混凝土的早期塑性开裂性能，证明聚丙烯腈纤维在混凝土中能起到良好的阻裂效果，并且随着纤维掺量的增加，阻裂效果增强；钢纤维+聚丙烯腈纤维的抗裂效果最好，从试验的对比还发现：钢纤维体积掺量0.5%、聚丙烯腈纤维体积掺量0.1%时，抗裂效果最好。通过试验分析得出，纤维的阻裂机理主要是：防止混凝土内部微裂纹的扩展及阻止混凝土内部裂缝与裂缝之间的贯通。

苏跃宏、于海霞研究发现在混凝土中掺入120kg/m ³ 的钢纤维，混凝土的抗压强度、抗冲击强度、体积稳定性能、抗拉强度和抗弯强度分别提高了15%、300%、20%、60%和90%。

河北工业大学的赵晓燕硕士，开展了新老混凝土连接性能的研究，通过对比是否添加剪力键和是否有界面剂对先后两次浇筑成型的某试件的剪切强度的影响，发现在有剪力键的情况下，界面剂对组合试件的抗剪强度基本没有影响。通过试验还发现，钢筋连接件对组合试件的连接强度有很大的影响：界面植入钢筋连接件试件的剪切强度为不植入钢筋连接件试件剪切强度的3.49倍，且为完整混凝土试件剪切强度的1.15倍。

武汉理工大学的胡建勤博士通过研究指出，混凝土浇筑初期开裂主要是温度变形和自收缩引起，后期开裂则主要是干燥收缩引起。他研究发现在补偿收缩混凝土中，掺和料使混凝土膨胀率减低，杜拉纤维可以提高混凝土的体积稳定性，显著提高劈裂抗拉强度。施工和养护对混凝土抗裂防渗性能有重要影响；对于复合抗裂防水高性能混凝土，湿养护时间不宜低于14d。同时，研制出由无机抗裂材料与有机减水保塑外加剂按一定比例复合而成的抗裂材料，大幅度提高了混凝土的抗裂防渗性能。

大连理工大学的郭磊硕士，研究发现减缩剂在水泥基材料应用中不仅有物理作用，可降低孔溶液的表面张力而减小浆体收缩，同时还具有化学作用，生成的胶凝体覆盖在水泥石表面，延缓水泥水化，减缓浆体微结构形成及强度发展，减缩剂的掺入有效降低了水泥浆体的表面张力，在掺量为5%、 w / c =1.0时，水泥浆体的表面张力降低到了42 mN/m左右，且随着减缩剂浓度的增大，降低表面张力的效果更加明显。

4.1.1.2 研究内容与目的

（1）通过探讨并研究外加剂中减缩、增韧、黏度调节组分的机理及对混凝土工作性能、体积稳定性能、弯曲韧性等的影响，在高效减水组分的基础上复配出具有减缩、增韧等多功能的复合外加剂。

（2）通过采用聚丙烯腈纤维和钢纤维混掺在更大程度上提高混凝土的韧性，限制混凝土的收缩，制备出韧性高、收缩小、各向同性且与桥面板黏结性能好的混凝土，并提出高韧性低收缩混凝土的制备方法。

（3）通过研究剪力键形状、间距、界面情况对梁体和铺装层混凝土整体结构黏结强度和抗弯拉疲劳寿命的影响，提出采用高韧性低收缩混凝土梁桥面铺装层结构。

4.1.2 多功能复合外加剂的开发

针对混凝土梁桥面铺装层对混凝土性能的要求，采用分子结构中带有锚固基团的C-C主链和聚酯、聚醚、聚丙烯酸酯等聚合物侧链组成的聚羧酸高效减水组分为母体，对具有减缩、增韧、黏度调节等作用的组分进行研究和优化设计，开发出适用于制备高韧性低收缩桥面铺装层混凝土的复合型外加剂。

4.1.2.1 减缩

钢筋网片在混凝土梁桥面铺装层中起到的力学作用主要是增强混凝土纵向和横向的承载力，提高铺装层混凝土的抗弯性能，限制收缩，防止铺装层大面积开裂，然而在桥面使用过程中，铺装层受到复杂力系的耦合作用，各个方向都会产生收缩，都有开裂的可能。因此，需要研究混凝土收缩的机理，通过改善混凝土本身结构组成情况来降低混凝土收缩，使混凝土各向同性、匀质。

混凝土产生干燥收缩和自收缩的原因主要是新拌混凝土中含有大量毛细孔，这些毛细孔中充满了自由水，在混凝土硬化的过程中，大量的自由水通过毛细孔蒸发，由于水的表面张力作用而使水分在毛细孔中形成弯曲的凹液面，产生附加压力造成毛细孔孔径变小，从而引起混凝土干燥收缩和自收缩。弯曲凹液面下的附加压力与毛细孔中水的表面张力、水在毛细孔壁上的浸润角、毛细孔半径存在如下关系：

式中 Δ p ——弯曲凹液面下的附加压力；

δ ——水的表面张力；

θ ——水在毛细孔壁上的浸润角；

r ——毛细孔半径。

从式（4-1）可以看出，Δ p 由三个变量 δ 、 θ 、 r 决定，其中 θ 和 δ 与浸润在毛细孔中的液体有关，通常情况下，毛细管中充满水，纯水的表面的张力为72mN/m，如果可以通过改变毛细管中液体的成分，大大降低其表面张力，那么混凝土的干燥收缩和自收缩也会大幅度降低，这就是减缩剂的工作原理。减缩剂的主要组成成分是低级醇的环氧化合物和烷基聚氧乙烯醚，含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团，亲水基团与水分子相互吸引溶于水，憎水基团与水分子相互排斥，减缩剂存在于混凝土的毛细管内，可以降低水的表面张力。

4.1.2.2 增韧

增韧聚合物主要组成成分为对氨基甲酸酯嵌段共聚物进行改性处理后得到的一种具有超长分子链的硅氧烷和聚醚基团（图4-1）。增韧聚合物的超长分子链相互缠结形成网络状骨架体系，镶嵌在水泥石之中可以提高混凝土的机械强度及韧性，同时网络骨架结构自身的变形可以起到吸收结构应变能的作用，混凝土在受到外力冲击，结构内部形成微裂纹后，增韧聚合物耗散应变能而使微裂纹的扩展需要吸收更多的能量才能实现，从而起到对混凝土增韧的效果。

通过图4-2所示图谱可以看出，随SBT—ITM掺量增加，C—S—H胶凝聚合度和分子链长增加。

4.1.2.3 黏度调节

山区桥梁受地形影响，设计线性不可避免地会出现比较大的纵坡和横坡，桥梁施工时，如果混凝土坍落度过大，会导致桥面铺装层混凝土在浇筑的过程中出现纵坡或横坡较低处混凝土铺装层厚度较大，而纵坡或横坡较高处混凝土铺装层厚度较薄的现象，影响施工质量，因而要求混凝土坍落度不能过大，且混凝土要具有比较好的黏聚性和整体性。另外，由于机制砂级配较差，细度模数较大，颗粒棱角分明，引起混凝土拌合物包裹性能、黏聚性能不良，影响混凝土的和易性，在实际生产中，需要加大外加剂用量和用水量，在混凝土振捣时，容易引起矿物掺和料上浮而影响混凝土的耐磨性能，且混凝土拌合物易泌水、离析等。因此，需要调整外加剂中的黏度调节组分，保证浇筑混凝土是均匀的整体，不出现骨料下沉而导致的离析现象，提高梁体和铺装层的黏结性能，以保证桥梁施工质量。

外加剂中黏度调节组分分子结构中的羟基和醚键上的氧原子可以与水泥浆体中自由水分子形成氢键，将水泥浆体中的自由水变成结合水，使得水泥浆体中的自由水减少，增加水泥浆体的黏度，从而起到保水、增黏的作用。

4.1.2.4 减缩组分对混凝土体积稳定性能的影响

在相同的混凝土配合比基础上，通过在混凝土中掺入胶凝材料重量0.1%、0.3%、0.5%的减缩剂，并与普通混凝土的干燥收缩对比，得到表4-1的试验结果。

从试验结果可以看出，随着减缩剂掺量的增加，混凝土拌合物的坍落度增大，甚至出现离析的状态，收缩率明显降低。其中减缩剂掺量为0.3%时，3 d干燥收缩率比空白组降低了34%,180d干燥收缩率降低了16%。说明减缩剂的掺入可以大大降低混凝土的干燥收缩。

4.1.2.5 增韧组分对混凝土性能的影响

1）力学性能

在相同的混凝土配合比基础上，通过在混凝土中掺入胶凝材料重量的0.3%、0.5%、0.7%的增韧剂，研究增韧性对混凝土抗压强度的影响（表4-2）。

从表4-2可以看出，随着增韧剂掺量提高，混凝土抗压强度略有降低。

2）界面黏结

在扫描电子显微镜不同放大倍数下，对混凝土中骨料和水泥浆体界面结合的情况进行观测，观测结果如图4-3所示[图中“/”前面的数字表示增韧剂掺量（%），“/”后面的数字表示放大倍数]。

从图4-3可以看出，在放大500倍到5 000倍的普通混凝土照片中都可以很清楚地观察到骨料和水泥砂浆界面；而添加0.3%增韧剂的混凝土在放大50倍下可以清楚地看到骨料与水泥砂浆界面，当放大到100倍时界面变得模糊，放大到超过500倍时已经无法辨别出骨料和水泥砂浆界面，说明增韧剂的添加使骨料和水泥砂浆的结合变得紧密，使混凝土具有更好的一体性；添加0.5%增韧剂的混凝土在放大100倍时只能通过气泡和孔洞分辨出骨料和水泥砂浆界面，放大到500倍时，分辨不出两者的界面，说明随着增韧剂掺量的提高，水泥砂浆和骨料黏结得更加紧密，混凝土的一体性得到更进一步的提高，各部分连接紧密的混凝土的韧性比普通混凝土也得到了很大程度的提高。

3）弯曲韧性

纤维混凝土的韧性是指基体在开裂后仍能继续变形并保持一定承载力的能力。通常用混凝土试件荷载-挠度曲线下与面积有关的参数来衡量。

按照《纤维混凝土试验方法标准》测试钢纤维混凝土的弯曲韧性指数，试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm。荷载-挠度曲线示意如图4-4所示。

将直尺与荷载-挠度曲线的线性部分重叠确定初裂点 A , A 点的横坐标为初裂挠度 δ ，以 O 为原点，按1.0、3.0、5.5、10.5初裂挠度的倍数，在横轴上确定点 B 、 D 、 F 、 H ，分别求得 OAB 、 OACD 、 OAEF 、 OAGH 的面积，则弯曲韧性指数：

以三个试件的计算平均值作为该组试件的弯曲韧性指数。不加纤维的素混凝土加载到极限荷载，试件出现裂缝后就无法再承受荷载，发生脆性断裂，荷载-挠度曲线在升高到最高点后，会突然下降到0；加入纤维的混凝土，在试件出现裂缝后，存在于断裂面上的纤维会继续承受拉应力而延缓裂缝的扩展，使混凝土表现为延性破坏，荷载-挠度曲线缓慢降下来。

图4-5所示为不同掺量增韧剂钢纤维混凝土的荷载-挠度曲线。增韧剂掺量为相对于胶凝材料的质量百分比，且除增韧剂掺量外，其他原材料的配合比都相同。

将数据导入Origin中，用积分的方法求出各曲线对应 I ₂₀ 的 OAB 和 OAGH 的面积，然后计算得到弯曲韧性指数 I ₂₀ ，分别为：普通混凝土 I ₂₀ =16.25，添加0.3%增韧剂 I ₂₀ =19.17，添加0.5%增韧剂 I ₂₀ =21.63。添加0.5%增韧剂的混凝土弯曲韧性指数 I ₂₀ 比普通混凝土最高提高了33%，可见增韧剂的添加对混凝土弯曲韧性有很大的提高。

4.1.2.6 黏度调节组分对混凝土工作性能的影响

表4-3试验结果表明，黏度调节组分对混凝土工作性能有很大的影响，随着掺量的增加，混凝土的坍落度先上升后下降，当黏度调节组分的掺量为0.05‰时，混凝土的工作性能最符合施工要求。

4.1.3 高韧性低收缩混凝土的设计与制备

4.1.3.1 原材料

（1）水泥。广安某水泥有限公司生产的P·O42.5水泥，主要性能指标见表4-4。

（2）粉煤灰。四川某粉煤灰开发有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，主要性能指标见表4-5。

（3）粗集料。四川省某县砂石厂生产的5~16 mm和16~26.5 mm连续级配卵石破碎型碎石，主要性能指标见表4-6。

（4）细集料。四川省某县砂石厂生产的0~5 mm卵石破碎型机制砂，主要性能指标见表4-7。

（5）外加剂。成都某公司JX-S聚羧酸高效减水减缩增韧外加剂，固含量21%，减缩增韧组分0.5%，减水率30%。

（6）钢纤维。钢纤维采用重庆某厂家生产的多锚点钢纤维，主要技术指标见表4-8。

（7）聚丙烯腈纤维。采用深圳某公司生产的聚丙烯腈纤维，主要技术指标见表4-9。

4.1.3.2 高韧性低收缩混凝土制备

1）高韧性低收缩混凝土配合比初步设计

依据四川省公路工程技术指南——《水泥混凝土桥面铺装技术指南》中对桥面铺装层混凝土性能的要求：初始坍落度120~140 mm,1 h坍落度100~120 mm，浇筑时坍落度大于100 mm，初凝时间一般应大于3h；桥面铺装混凝土一般宜采用C40强度等级，混凝土28d抗压强度不小于48 MPa；对于加铺沥青混凝土的面层的桥面铺装层，纤维增强混凝土28d抗折强度不小于5.5 MPa；按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行混凝土的干缩试验，混凝土28d收缩率不大于4.0×10 ^-4 进行混凝土的设计。

采用密实骨架堆积理论对混凝土的配合比进行初步设计。选用容积为5 L的桶，用粉煤灰填充0~5 mm卵石破碎型机制砂，通过几组试验，得出粉煤灰填充机制砂容重最大时的填充比例；然后利用最佳比例的粉煤灰和机制砂填充5~16 mm连续级配卵石破碎型碎石，确定最佳填充比例；继续用这个最佳填充比例，填充16~26.5 mm连续级配卵石破碎型碎石，再次得到最佳比例。根据混凝土强度及工作性能的要求确定胶凝材料用量、水胶比等，然后通过水胶比调整优化、胶凝材料体系的优化、调整砂率和外加剂掺量等，最终确定高韧性低收缩混凝土的最佳配合比。

通过密实骨架堆积理论得到的高韧性低收缩混凝土的初步配合比见表4-10。

2）水胶比的优化

水胶比影响着混凝土的工作性能和强度，由于混凝土梁桥面铺装层要求初始坍落度120~140 mm。如果水胶比过大，混凝土强度无法保证，还会造成混凝土初始坍落度过大，使桥面浇筑出现厚薄不一的情况，影响桥面铺装的施工质量；如果水胶比过小，则混凝土太黏，流动性不好，影响混凝土罐车的现场运输和在桥面上的浇筑，对施工造成影响。

在密实骨架堆积理论设计出的初步配合比的基础上，设计表4-11的试验，调整高韧性低收缩混凝土的水胶比，结果见表4-12。

从试验结果可以看出，当水胶比为0.31时，初始坍落度太小，施工时，混凝土罐车很难将混凝土放出并浇筑，不满足施工要求；当水胶比为0.35时，初始坍落度过大，容易造成桥面浇筑时出现厚薄不一的情况；当水胶比为0.33时，初始工作性能和1h后坍落度都满足施工要求。因此，桥面铺装高韧性低收缩混凝土的水胶比采用0.33。

3）胶凝料体系的优化

胶凝材料的用量对混凝土的工作性能、强度及耐久性能等都具有很重要的影响。在密实骨架堆积理论设计出的初步配合比的基础上，设计表4-13的试验，调整高韧性低收缩混凝土的胶凝材料用量，试验结果见表4-14。

表4-14的试验结果表明，降低粉煤灰用量10kg/m ³ 后，对混凝土的工作性能、强度和体积稳定性能没有太大的影响，这是由于采用的Ⅱ级粉煤灰，需水量比大，品质较差的原因。而在保持胶凝材料总量不变的前提下，降低水泥用量后，可以明显降低混凝土的收缩，同时强度也会有所降低，综合考虑桥面铺装对混凝土工作性能、强度和体积稳定性能的要求，采用第5组配合比。

4）砂率的优化

机制砂对混凝土工作性能有较大的影响，由于卵石破碎型机制砂中石粉含量较高，级配较差，细度模数较大，颗粒棱角分明，易引起混凝土拌合物包裹性能、黏聚性能不良，影响混凝土的和易性，需要调整混凝土砂率以获得拌合物最佳工作状态。

根据密实骨架堆积理论设计的集料组成初步配合比，以及水胶比和胶凝材料优化调整的基础上，设计表4-15的试验，调整高韧性低收缩混凝土的砂率，试验见表4-16。

表4-16的试验结果表明，48%砂率配制的混凝土状态最好，若砂率太大，则需要更多的浆体才能将粗骨料包裹住，且由于机制砂多孔，还会吸附一部分浆体，从而对混凝土拌合物的初始工作状态产生不利影响，同时砂率大也会造成混凝土收缩增大；如果砂率太小，混凝土拌合物中浆体太少，会造成没有足够的浆体包裹石子，混凝土拌合物黏聚性不够，导致粗骨料外漏，混凝土没有较好的完整性，影响施工和桥面铺装质量。

5）混杂纤维技术

桥面铺装层混凝土直接承受着车辆等活荷载的冲击作用，要求混凝土具有非常好的耐磨性能、抗冲击性能，以及较好的韧性。聚丙烯腈纤维掺入混凝土中，可以提高混凝土的抗弯拉韧性，提高混凝土的抗磨损能力。聚丙烯腈纤维所形成的三维乱向支撑作用可以在混凝土受到外力冲击的时候吸收部分冲击能，提高混凝土的抗冲击性能。大量的纤维均匀分布在混凝土中还可有效降低混凝土表面泌水，从而减小混凝土中孔隙率，提高混凝土的整体性，防止出现浆体和骨料的离析，在一定程度上也提高混凝土的抗渗性能，可以更好地保护梁体，提高桥梁的使用寿命。钢纤维可以提高混凝土的抗折强度和弯曲韧性。由于聚丙烯腈纤维和钢纤维大量分散于混凝土基体中，混凝土收缩时产生的拉应力会被纤维分散，抑制微裂纹的产生和已有裂纹的扩展，从而提高混凝土的抗裂性能。

采用以上混凝土的最优配合比，设计表4-17的试验，研究纤维对混凝土性能的影响。其中，耐磨性试验按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行，抗裂试验按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。

表4-17的试验结果表明，钢纤维的掺入可以有效提高混凝土抗折强度、劈裂抗拉强度、延缓混凝土裂缝出现的时间和宽度；聚丙烯腈纤维和钢纤维复掺可以进一步延缓裂缝的产生，减小裂缝的宽度，减小混凝土的磨耗值。根据桥面铺装层对混凝土性能的要求，每方混凝土掺加40kg钢纤维和0.8kg聚丙烯腈纤维的试验方案为最优方案。

试验采用的钢纤维是表面具有明显压痕的多锚点钢纤维，其断裂强度高、握裹力强，能与混凝土各组分材料均匀混合，分布在纤维“弯钩”处的多个锚固点及纤维表面的压痕可以紧密地镶嵌在混凝土浆体中，加强浆体和骨料的连接。图4-6所示为钢纤维与水泥浆体的结合面。

试验采用的聚丙烯腈纤维具有良好的水溶性，能在水中均匀分散。在混凝土拌合站拌合时，将聚丙烯腈纤维和砂、石骨料一起投入混凝土拌合机内，通过骨料的反复击打分散，聚丙烯腈纤维均匀地分布在混合料中，不会产生结团的现象，保证了聚丙烯腈纤维在混凝土中形成乱向分布体系。图4-7所示为聚丙烯腈纤维截面形状，聚丙烯腈纤维的截面为花生形状，在混凝土拌合物中具有很好的握裹性能。而且每千克聚丙烯腈纤维含有高达11亿根纤维，如此巨大数量的纤维在混凝土中高度分散，形成庞大的乱向分布体系，对阻碍混凝土内部微裂纹的产生和扩展具有很好的效果。

6）高韧性低收缩混凝土的性能

经过试验调整优化，最终确定了高韧性低收缩桥面铺装层混凝土的配合比，见表4-18，混凝土的性能见表4-19。

所制备的混凝土工作性能、力学性能和体积稳定性能均满足要求。

4.1.3.3 混杂纤维混凝土收缩、徐变性能

1）试验情况

（1）水泥。某品牌P·O42.5水泥；某品牌PⅡ硅酸盐水泥。

（2）砂。巴河中砂，细度模数2.8。

（3）石。某品牌5~20 mm连续级配碎石，压碎值8%，针片状含量7%。

（4）减水剂。聚羧酸系高效减水剂，固含量30%。

（5）粉煤灰。某Ⅰ级粉煤灰，需水量比96%。

（6）钢纤维。某品牌CW05钢纤维，抗拉强度1000MPa。

（7）聚丙烯腈纤维。某品牌聚丙烯腈纤维，抗拉强度800MPa。

该试验的C40~C60混凝土见表4-20、表4-21。

2）混凝土收缩性能影响因素分析

收缩是指由于混凝土中所含水分的变化、化学反应及温度降低等因素引起的混凝土体积缩小，其与混凝土的荷载历史无关，通过改变混凝土中的应力条件是无法消除收缩的。影响收缩的因素主要有以下五个：

（1）水泥品种。水泥性质对混凝土收缩的影响很小，水泥的化学成分对收缩并无影响。但石膏掺量不足的水泥会表现出较大的收缩，从水泥缓凝的观点出发，石膏最佳掺量一般是以导致最小收缩的石膏掺量为宜。高铝水泥混凝土的收缩量与普通水泥混凝土相接近，但收缩发生的速度要快得多。

（2）水灰比、水泥用量、含水量。单位体积混凝土的水泥用量相同时，水灰比愈大则收缩也愈大；含水量愈大则收缩也愈大；当用水量不变时，单位体积的水泥用量愈大则收缩也愈大。

（3）骨料。其对水泥石的收缩起约束作用，混凝土的收缩 E s对净水泥浆收缩 E o的比取决于混凝土的骨料含量 V a。骨料含量愈大则收缩愈小。自然干骨料一般是不发生收缩的，但某些石料在干燥过程中也会收缩，这种收缩性骨料一般有较大的吸水性。轻骨料混凝土的收缩大，主要是轻骨料弹性模量低，对水泥石收缩的约束较小所致。粒径小于75 mm的细料含量多的轻骨料将导致混凝土具有大的空隙率和收缩量。

（4）养护条件。混凝土的收缩往往持续很长时间，甚至在28年以后还在继续收缩。收缩的速度则随时间而急剧降低。延长潮湿养护时间可以延滞收缩的进程。水泥水化得愈充分则阻凝收缩的未水化水泥就愈少，因而延长养护时间会导致加大收缩，这时强度与抵抗开裂的能力却有提高。但随着强度的提高，徐变有所降低，因而由徐变所缓解的收缩应力亦将减少。蒸汽养护可以减少混凝土的收缩，高压蒸汽养护更能显著地减少混凝土的收缩。

（5）加劲水泥混合物。纤维混合物对开裂有较好的控制作用，但是由于纤维混合物一般截面较薄，导致碳化收缩加剧并将增加干燥收缩。

3）矿物掺和料对混凝土收缩的影响

（1）原材料。原材料为重庆某水泥厂的42.5R级（比表面积420m ² /kg）水泥、重庆某搅拌站生产的磨细矿渣粉（比表面积370 m ² /kg）、掺量为1.0%的聚羧酸高效减水剂、自来水。

（2）试验配合比及工作性试验结果。混凝土的强度等级为C40，其配合比见表4-22，收缩值见表4-23。

由图4-8可知，不同混凝土的早期收缩（1 d、3d）基本相同，7 d后，各组混凝土收缩趋势开始增大，添加掺和料的混凝土后期收缩值明显降低。当在基准混凝土（编号1-1）中掺入一定量的粉煤灰后，收缩降低值较大，且在一定量范围内，随粉煤灰量的增加，水泥量减少越多，混凝土的收缩减小也越多。当矿渣和粉煤灰复掺时（编号1-4），混凝土的收缩比单掺粉煤灰的略有增加。当粉煤灰和引气剂复掺时（编号1-5），收缩比单掺粉煤灰混凝土的略有增加，但后期相比基准混凝土收缩值降低较大。

4）水泥种类对混凝土收缩性能的影响

由表4-24和图4-9可知，采用普通硅酸盐水泥收缩值较小，火山灰质硅酸盐水泥有明显的收缩，粉煤灰水泥和矿渣水泥的收缩值差别不大。

5）膨胀剂对混凝土收缩的影响

为了改善混凝土的抗渗防裂性能，采用膨胀剂可以提高混凝土在潮湿环境下的抗渗防裂能力。因此对膨胀剂的掺量进行试验，以得出膨胀剂的最佳掺量。试验结果见表4-25。

由图4-10可知，对于掺膨胀剂的混凝土，在标准养护条件下，由于有充足的水分，膨胀剂作用发挥，混凝土收缩小；但在干燥环境下，混凝土收缩达到甚至超过不掺膨胀剂的混凝土。因此可知，对处于地下或潮湿环境中的混凝土，掺入膨胀剂可以起到膨胀补偿收缩、防渗抗裂的作用，且在6%~12%的掺量变化中，随着掺量的增加，膨胀值增大，稳定性较好，其最佳的掺量为8%~10%；而对于干燥环境中的混凝土，掺入膨胀剂不仅起不到膨胀防裂作用，而且收缩值比不掺入膨胀剂更大。因此在配制潮湿环境中的混凝土或地下混凝土时，优选8%~10%的膨胀剂配料，使刚性防水起到最优效果。

6）防水剂对混凝土收缩的影响

为确保在潮湿环境和干燥环境的混凝土都具有防水抗裂的能力，有的工程采用掺加防水剂的措施来改善混凝土的防水抗裂性能，为了选择合理的掺量，经过对比，选用甲基硅酸钠作为防水剂，并对其掺量进行了试验，以找到最适合于工程应用的掺量。试验结果见表4-26。

由图4-11可知，掺加有机硅防水剂后的混凝土试件在标准养护和干燥空气中28d的收缩值相差不大，随着防水剂掺量的增加，收缩值逐渐变小，但超过2.5%后收缩值基本不变，因此，掺加2.5%的有机硅防水剂，对于配制纤维防裂混凝土具有较理想的效果，能使这种适应性很强的刚性防裂措施发挥作用。

7）混凝土徐变的影响因素分析

混凝土徐变是在持续荷载作用下，混凝土结构的变形随时间不断增加的现象。一般以徐变系数 φ 表示： φ=f / ε （ f 为徐变变形， ε 为弹性变形）。一般认为混凝土产生徐变的机理是由水泥石的黏弹性和水泥石与骨料之间的塑性性质的综合结果。具体来说，主要由于持续荷载的作用使胶凝体中水分缓慢地压出，水泥石的黏性流动，微细空隙的闭合，结晶内部的滑动，微细裂缝的发生等各种因素的累加。

结合国内外试验研究结果，证明混凝土徐变有以下规律：①加荷期间大气湿度越低，气温越高，徐变越大；②混凝土中水泥用量越多，或者水灰比越大，徐变越大；③使用结构越不密实骨料的混凝土，由于级配不良、空隙较多，徐变越大；④水泥活性越低，结晶体形成慢而少，徐变越大，徐变大致随所用水泥品种按下列顺序增加——早强水泥、高强水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥；⑤加荷应力越大，徐变越大；⑥加荷时混凝土龄期越短，徐变越大，持荷时间越长，徐变越大；⑦结构尺寸越小，徐变越大。

8）骨料对混凝土徐变的影响

混凝土的徐变主要来自水泥浆体，骨料起限制徐变的作用，骨料的弹性模量越高，对水泥浆体徐变的约束就越大；骨料的孔隙率越大，混凝土的徐变也越大。轻骨料由于弹性模量较小，其混凝土徐变较大。骨料种类对混凝土徐变的影响见表4-27和图4-12。

表4-27和图4-12的结果表明，混凝土的弹性模量随着混凝土强度等级的提高而提高，徐变随强度等级的提高而降低；骨料对混凝土徐变的影响依正长岩、玄武岩、白云岩而减小。因此，可以通过选择骨料种类，在一定范围内提高混凝土的徐变值。

9）聚丙烯纤维和钢纤维对混凝土徐变的影响

由表4-20、表4-21的试验结果可知，聚丙烯纤维和钢纤维的加入能明显降低混凝土的徐变系数，在C40混凝土中掺入混杂纤维使其徐变系数降低21.63%；在C50、C60混凝土中掺入聚丙烯腈纤维使其徐变系数分别降低了15.7%和14.8%，掺入钢纤维使其徐变系数分别降低了23.3%和23.4%。以上结果说明在混凝土中掺入纤维能够降低其徐变，具体如图4-13、图4-14所示。

10）矿物掺和料对混凝土徐变的影响

由表4-20、表4-21的试验结果可知，C40、C50、C60混凝土掺入粉煤灰与未掺粉煤灰的相比，徐变系数分别降低了12.5%、13.8%、11.7%，具体如图4-15所示。

11）混凝土强度对其徐变的影响

由表4-20、表4-21的试验结果可知，对于未掺粉煤灰和纤维的混凝土的徐变系数，C40、C50、C60分别为2.08、1.59、1.28,C40到C50徐变系数下降23.6%,C50到C60下降19.5%；徐变系数随着混凝土强度等级的提高而降低。由表4-27中各个强度等级下的混凝土徐变度可以得到同样的结果，具体如图4-16所示。

通过上述的C40~C60混凝土的徐变、收缩性能试验结果可知：

（1）收缩：①混凝土的收缩值随着龄期的增加而增大；②加入粉煤灰后，混凝土的收缩减小，减少了混凝土开裂；③加入钢纤维和聚丙烯纤维后的混凝土收缩均减小，提高了混凝土的体积稳定性能和抗裂性能，其中聚丙烯腈纤维对于收缩值的降低贡献较大。

（2）徐变：①混凝土的360d徐变系数随着混凝土强度的增加而减小；②加入粉煤灰后，有利于减小混凝土的360d的徐变系数；③加入聚丙烯腈纤维对徐变系数的降低有一定的作用，但降低幅度不大，加入钢纤维后，有利于降低混凝土的徐变系数。 twr6QvEnqFgUP+Qv7pp8H+LklefOhkdSx25W3IbpTNz/r19J7DPTmRXrWK04WBbs