一种评价高性能混凝土早龄期体积变化的新方法

0   前言
　　近年来，伴随着混凝土技术的不断进步，高强、高性能混凝土得到了较快发展，其在土木工程中的应用也日益增多。然而，由于其水胶比较低且含有大量活性粉体，致使高强、高性能混凝土的水化硬化特点和微观结构与普通混凝土相比差别显著，材料特性也随之改变，其中早期体积稳定性差、易开裂是表现最为突出的问题。与普通混凝土不同，除温度变形、干燥收缩外，伴随水泥水化发生的内部自干燥所造成的自收缩是高强、高性能混凝土早期开裂的关键原因，而且其在早期比干燥收缩表现更为突出^[1-2]。因此，如何准确地把握水分逸散、自干燥及水化热等因素复合作用下体积变化的发生机制和发展规律并加以准确评价，是高强、高性能混凝土早期开裂预测与控制的前提和亟待解决的基本课题。
　　混凝土体积变化量测方法是相关研究必须解决的首要关键问题。通常用于测量微变形（一维应变）的接触式位移计、应变计^[3]并不适宜于尚处于硬化初期的混凝土，主要原因在于此期间混凝土试件强度较低且表面潮湿，应变计或位移计难以安装和控制；位移计产生的接触压对变形测量结果的影响较大。近年提出的非接触式微变形测量方法（如激光位移计）^[3]虽然在克服上述接触式方法的缺陷方面有一定优势，但却存在设置繁琐、使用不便、对测量环境要求严格及应用成本高等不足之处。这一尴尬局面一直困扰着早龄期混凝土体积变化的研究者和工程技术人员。为此，开发适合于量测混凝土材料早龄期体积变化应变的高效实用方法具有重要意义。本文对这一研究内容进行了初步探索。
　　纵览既有研究发现，评价早龄期体积变化并对其进行成分分离时采用的混凝土热膨胀系数（以下均简作αCTE）往往是定常数（如10×10^-6℃^-1），即完全忽略αCTE的时变性，尤其是其早龄期的时变性^[4]。这必然导致体积变化成分分离误差较大，从而不利于探明早期开裂原因和寻求抗裂措施。为此，本文对Yang等人提出的早龄期水泥基材料的αCTE测定方法^[5-6]加以改进，用于把握αCTE的时变特征，并将这一研究结果运用于分解密封状态下的高性能混凝土的体积变化应变各成分。进一步探索“自收缩的温度依存性”这一较少涉及的研究课题，即考察不同恒温养护温度对混凝土自收缩（自变形）的影响，为深入探索和把握混凝土结构或构件自身温度履历下体积变化特征和特性奠定基础。
　　早龄期易开裂是高强、高性能混凝土技术工程应用中的“短板”，严重影响和阻碍了高强高性能混凝土的推广和普及。导致早龄期开裂的根本原因在于高强、高性能混凝土体积稳定性差，而控制和预防早龄期开裂首当其冲在于探明体积变化的成分和各成分的成因、影响度。本文提出的早龄期体积变化量测技术和αCTE测定方法是深入研究高强、高性能混凝土早龄期体积变化特性的基本范畴和重要内容，将有益于开阔研究思路、丰富研究体系和提供参考素材。