早龄期水泥浆水化、自收缩与抗冻融性能研究

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水泥混凝土作为目前用量最大的建筑材料,其早期性能直接决定了结构在后期的使用性能、耐久性和寿命周期,因此非常值得深入研究。浇筑后处于密闭养护阶段的水泥基材料,其内部水化反应的快速发展不仅加速了结构的密实过程,同时也加剧了自干燥效应。特别是现如今被大力推广的高性能、高强混凝土,这类为了满足工程要求而进行配合比优化设计的水泥基材料往往具备了水胶比低、反应活性高等特点。这些特点既与高强度、低渗透性等优良性能挂钩,也与自干燥作用显著、体积稳定差等缺陷紧密相关。本文以不同配方水泥浆体为主要研究对象,围绕早龄期水化进程、自收缩变形和抗冻融性能,进行了一系列探究并得到以下结论:1、在研究自收缩性能前,先对相关测试手段进行了探究。波纹管法可测量自灌浆后的全阶段变形曲线。但灌浆时易出现的拉伸现象以及其轴向刚度和径向刚度的比值不够小等问题极易降低实验结果的精确度。相比而言,棱柱体法的操作更简易,实验误差来源更少,数据的区分度和重复性都较好,因此本研究更推荐使用该方法来测量浆体硬化后的自收缩发展。2、有效毛细管力作为自收缩的驱动力,其与抗压强度的比值定义为“自收缩应力比”。浆体水灰比越低,自收缩越大,自收缩应力比也越大。水灰比对于有效毛细管应力的影响要强于水灰比对抗压强度的影响。3、电阻率能明确、精准地划分早期水化阶段和表征凝结时间。电阻率微分曲线上第二峰值点对应的临界时间可用于预测初凝时间,电阻率对数曲线上的拐点可用于预测终凝时间。同时,电阻率还能用于预测自收缩、自收缩毛细管应力以及抗压强度。4、矿渣早期的惰性填充效应和后期被激发的火山灰反应活性使其在水化前5天对水泥浆的自收缩有轻微的抑制作用,而在水化5天后有增大自收缩的效应。矿渣水泥浆的自收缩-时间速率曲线有“双峰”现象。骨料则能一直较好地抑制浆体的自收缩。基于Pickett模型建立的双曲线模型与试验测量值之间的吻合度较高,可采用该模型来定量分析骨料掺量对水泥浆自收缩的抑制作用。5、采用质量法测量饱和度的实验值要明显大于Powers水化模型中饱和度的理论值,因此针对早龄期密闭养护的水泥浆建议采用Powers模型来计算饱和度。低水灰比或掺入硅粉的水泥浆体在单次冻融循环实验中的抗损伤性能较好,饱和度降低到临界饱和度以下的速度较快,因此“抗冻融临界养护龄期”也就较短。相反,掺入SAP会在一定程度上削弱水泥浆的抗冻融损伤能力,特别是在低水灰比浆体的早期以及高水灰比浆体的后期。TMA冻融曲线中的残余应变、临界饱和度(85%)、临界可结冰水含量(20%~35%)和基于UPV实验的冻融损伤指数临界值(7%)均可作为衡量水泥基材料早期抗冻融能力的指标。在实验条件允许的条件下,综合使用以上指标来衡量抗冻性能的准确度和可信度会更高。
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