徐 蕾

（新疆工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830091）

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，全社會(huì)對(duì)工程所用水泥混凝土質(zhì)量要求逐漸提高，為達(dá)到混凝土行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，必須堅(jiān)持發(fā)展高性能“綠色”、“生態(tài)”水泥混凝土，將工業(yè)廢渣摻入水泥混凝土用以制造高性能混凝土，同時(shí)消納工業(yè)廢棄物，降低資源損耗。

在我國(guó)西部干旱地區(qū)，干縮是導(dǎo)致水泥砂漿開裂的主要原因之一，對(duì)水泥混凝土的性能和耐久性有直接影響。研究水泥混凝土的干縮機(jī)理及防止干縮的措施對(duì)于建筑行業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重要的意義。

1 目前常用水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法存在問(wèn)題

目前在干縮試驗(yàn)方面，國(guó)際上使用比較普遍的標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)的ASTMC596-01 標(biāo)準(zhǔn)和澳大利亞的AS2350.13-1995/Amdtl-1997 標(biāo)準(zhǔn)。其主要區(qū)別在于：（1）前者是通過(guò)控制膠砂的流動(dòng)度來(lái)確定加水量，而另一個(gè)是采用固定水膠比來(lái)確定加水量；（2）初長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間及試件尺寸不同。

業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為AS2350.13-1995 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定砂漿成型與測(cè)定初長(zhǎng)之間僅間隔24h，然后就進(jìn)行干燥養(yǎng)護(hù)進(jìn)而測(cè)定水泥砂漿的干縮的方法，與實(shí)際施工及養(yǎng)護(hù)情況不相符，因而ASTMC596-01 標(biāo)準(zhǔn)更加可行。

目前，我國(guó)業(yè)界采用的標(biāo)準(zhǔn)為JC/T603-1995，是根據(jù)ASTMC596-89 標(biāo)準(zhǔn)以及我國(guó)水泥性能及其在施工中的情況修訂的。該方法采用1∶2 膠砂比，通過(guò)測(cè)定流動(dòng)度是否達(dá)到130mm~140mm來(lái)確定加水量。

JC/T 法的缺陷主要有以下幾個(gè)方面：

（1）耗時(shí)耗材

研究者往往需兩次甚至更多次測(cè)定流動(dòng)度才能確定用水量，每次試驗(yàn)可能需要一個(gè)試樣幾倍用量的水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂才能成型一個(gè)干縮試樣，原材料浪費(fèi)嚴(yán)重，而試驗(yàn)所需時(shí)間較長(zhǎng)，不利于大批量試驗(yàn)研究的進(jìn)行。

（2）個(gè)人操作誤差較大

不同的研究者用相同水泥測(cè)得的滿足膠砂流動(dòng)度130mm-140mm 所用水量會(huì)不同，從而造成混凝土試件中水泥漿體含量不同。

（3）凝膠用量的影響

當(dāng)在水泥中添加的凝膠量不同時(shí)，其需水量也會(huì)有很大變化，造成各個(gè)干縮試件漿體含量不同，而漿體含量會(huì)對(duì)砂漿干縮率的大小產(chǎn)生較大影響[1-2]，從而造成不同試件之間可能無(wú)可比性。

（4）膠砂流動(dòng)度的影響

在進(jìn)行混凝土配比設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)耐久性及強(qiáng)度要求來(lái)確定水灰比，而我國(guó)普遍采用固定水灰比1∶2 和固定膠砂比1∶3，從而使得膠砂的流動(dòng)度遠(yuǎn)超140mm，如果仍根據(jù)流動(dòng)度為130mm~140mm（JC/T 測(cè)定方法）進(jìn)行測(cè)定，則相應(yīng)的水泥漿體結(jié)構(gòu)與由混凝土強(qiáng)度反映的漿體結(jié)構(gòu)有較大差異，存在相關(guān)性疑問(wèn)[3-4]。

根據(jù)以上分析并參考有關(guān)文獻(xiàn)[5]，項(xiàng)目組制作了5種水泥試件，并對(duì)每組試件分別采用GB/T 17671-1999標(biāo)準(zhǔn)修訂的試驗(yàn)試驗(yàn)方法（本文中稱為改進(jìn)法）及JC/T603-1995 測(cè)試方法（本文中稱為JC/T 法）進(jìn)行干縮試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)不同方法測(cè)得的砂漿干縮的相關(guān)性進(jìn)行了研究，同時(shí)測(cè)定了水泥砂漿28d 干縮率及水泥3d 抗壓強(qiáng)度，對(duì)二者之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，通過(guò)分析數(shù)據(jù)證明了改進(jìn)法的可行性。

2 試驗(yàn)結(jié)果

圖1 基準(zhǔn)硅酸鹽水泥砂漿的干縮曲線 Fig.1 Drying shrinkage curves of baseline silicate cement mortar

試驗(yàn)所用的5 種水泥分別為：基準(zhǔn)硅酸鹽水泥；將10%基準(zhǔn)水泥用礦渣粉末代替制得的改性硅酸鹽水泥（后文用水泥1 表示）；將40%基準(zhǔn)水泥用粉煤灰代替制得的改性水泥（后文用水泥2 表示）；將40%基準(zhǔn)水泥用礦渣粉末代替制得的改性水泥（后文用水泥3 表示）；將20%基準(zhǔn)水泥等量置換為礦渣粉末及20%基準(zhǔn)水泥等量置換為粉煤灰制得的復(fù)合水泥（后文用水泥4 表示）。

圖1~圖5為分別用兩種方法測(cè)得的五種水泥砂漿的干縮曲線。

圖3 水泥2 的干縮曲線 Fig.3 Drying shrinkage curves of mortar2

圖4 水泥3 的干縮曲線 Fig.4 Drying shrinkage curves of mortar3

圖5 水泥4 的干縮曲線 Fig.5 Drying shrinkage curves of mortar4

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖1~圖5 可以分析得出：

（1）兩種方法測(cè)得的不同砂漿試件的28d 干縮見表1，從表中可以看出，在各試件測(cè)得的各齡期，改進(jìn)法測(cè)得的砂漿干縮均小于JC/T 法測(cè)得的砂漿干縮，分析原因是用JC/T 方法制得的試件中水泥漿體量較多（JC/T 法中漿體量約970kg/m3，水泥含量約700kg/m3；改進(jìn)法中漿體量約790kg/m3，水泥含量約530kg/m3），在其它條件相同情況下，水泥漿體含量增加會(huì)使得水泥干縮率同比增加[1，2，5]，從而造成JC/T 法測(cè)得的水泥砂漿在各齡期的干縮率均高于改進(jìn)法。

（2）從圖中可以看出，用兩種方法測(cè)得的每種水泥的干縮曲線趨勢(shì)基本相同（圖5 的干縮曲線趨勢(shì)不同，判斷為試驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)誤差所致）。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析可知，用兩種方法測(cè)得的水泥砂漿干縮率之間存在線性關(guān)系。

表1 水泥試件28d 的干縮 Table 1 Drying shrinkage of cement specimens after 28d

將各齡期水泥砂漿試件用兩種方法測(cè)得的干縮數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得到各試件在60d 之內(nèi)用JC/T 法與改進(jìn)法測(cè)得的干縮率SO(%)及SN(%)之間的線性方程如表2 所示。

表2 砂漿的干縮率SO(%)與SN(%)之間的線性回歸方程 Table 2 Linear regression equation of dry shrinkage SO(%) and SN(%) of motar

從表2 可以看出，改進(jìn)法與JC/T 法測(cè)得的水泥砂漿干縮率可用式（1）來(lái)表示：

式中，SO—用JC/T 法測(cè)得的試件干縮，%；SN—改進(jìn)法測(cè)得的試件干縮，%；A、B—constant， 基準(zhǔn)硅酸鹽水泥 003.0=A ， 15.1=B ；水泥1 A =0.002，B =1.15；水泥2 A =0，B =1.15；水泥3 005.0=A ， 07.1=B ；水泥4 006.0=A ，B =0.96。

大量文獻(xiàn)已證明JC/T 法試驗(yàn)測(cè)得的水泥干縮與工程實(shí)際用同種水泥配制的混凝土干縮之間具有線性關(guān)系，從而可推出，用改進(jìn)法測(cè)得的砂漿干縮率與工程混凝土干縮之間亦存在一定的相關(guān)性，從而證明了用改進(jìn)法進(jìn)行水泥砂漿干縮試驗(yàn)是可行的，同時(shí)可以節(jié)約時(shí)間成本與原料成本，還避免了通過(guò)測(cè)定流動(dòng)度確定加水量產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差和人為誤差。

4 不同方法的水泥干縮率與早期抗壓強(qiáng)度的關(guān)系比較

毛細(xì)孔水蒸發(fā)，即毛細(xì)孔張力是引起水泥混凝土干燥初期收縮開裂的主要原因，孔徑越小，干縮越大[6]，所以水泥的孔結(jié)構(gòu)決定了水泥混凝土早期干縮率的大小。

水泥混凝土的干縮率與其干燥前（水化3d）的結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，而水泥干燥前的強(qiáng)度與水泥毛細(xì)孔徑呈線性關(guān)系，從而可以得出水泥干燥前的強(qiáng)度與干燥初期干縮率也呈線性關(guān)系。

圖6 為用分別JC/T 法與改進(jìn)法測(cè)得水泥砂漿28d 干縮與3d 強(qiáng)度之間的關(guān)系?？梢钥闯?，水泥的28d 干縮隨水泥3d 強(qiáng)度的增高而逐漸增加，用改進(jìn)法測(cè)得結(jié)果尤為明顯，二者近乎成線性關(guān)系。

水泥混凝土水化3d 的孔徑取決于膠砂比、水膠比及用膠量。JC/T 法凝膠用量較大，水膠比較小，所以毛細(xì)孔徑較小，造成試件干燥初期干縮開裂較多，但相應(yīng)水泥強(qiáng)度也較高[6]。但實(shí)際工程所用的水膠比與膠砂比都與JC/T 法不同，因而圖6 所示的28d 干縮與3d 強(qiáng)度關(guān)系不顯著。而改進(jìn)法的水膠比及膠砂比與工程測(cè)定方法一致，因而，用改進(jìn)法測(cè)得的水泥28d 干縮與水泥3d 強(qiáng)度之間呈顯著的線性關(guān)系。

圖6 水泥28d 干縮與3d 強(qiáng)度的關(guān)系 Table 6 Relationship of 28d drying shrinkage and 3D strength

由以上分析可見，相對(duì)于JC/T 法，用改進(jìn)法測(cè)定水泥干縮能夠更準(zhǔn)確地反映實(shí)際水泥漿體的結(jié)構(gòu)及組成，用改進(jìn)法測(cè)定水泥砂漿的干縮更合理可行。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析可以看出，對(duì)于相同的水泥，在各齡期，改進(jìn)法測(cè)得的水泥砂漿的干縮總是小于JC/T 法。對(duì)于五種水泥，用兩種方法測(cè)得的水泥砂漿干縮率均具有較好的線性相關(guān)性，也均能反映水泥早期干縮與3d 強(qiáng)度的關(guān)系，而相對(duì)于JC/T 法，改進(jìn)法測(cè)得的干縮率與水泥早期強(qiáng)度更接近線性關(guān)系，也更能滿足工程實(shí)際應(yīng)用。

[1]BISSONNETTE B, PIERRE P, PIGEON M. Influence of key parameters on drying shrinkage of cementitious materials[J]. Cement and Concrete Research, 1999, 29(10): 1655-1662.

[2]李迎春，游有鯤，錢春香．混凝土組成成分對(duì)收縮性能的影響[J]．混凝土，2003（2）：40-43．

[3]Anon. ASTM C596-01 Standard test method for drying shrinkage of mortar containing hydraulic cement[S].

[4]Anon. AS2350.13-1995/Amdtl-1997 Methods 13. Determination of drying shrinkage of portland and belended cement mortars[S]. 1997.

[5]楊醫(yī)博，文梓云．對(duì)水泥、外加劑干縮試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的討論[J]．混凝土與水泥制品，2002（1）：21-22．

[6]A E 謝依金，切霍夫斯基，勃魯謝爾．水泥混凝土的結(jié)構(gòu)與性能[M]．胡春芝，等. 譯．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1984．