有效水胶比r可有效地反映不同龄期下矿物掺和料种类和掺量等变量对混凝土自干燥效应的影响程度。自干燥是以低水胶比、掺活性矿物掺和料等为特征的高性能混凝土早龄期的一种常见现象。混凝土早期自干燥会引起自身相对湿度(autogenousrelativehumidity,ARH)的下降,并导致混凝土自收缩,使混凝土早期易裂的倾向增大.忽略或忽视自干燥的作用往往会影响工程质量,甚至安全性.自干燥效应是指在恒温绝湿条件下,混凝土中未水化胶凝材料继续水化,消耗建筑材料学报内部孔隙中水分,使ARH下降而相应地产生自生体积收缩.混凝土ARH下降是自干燥效应的一种重要现象,也是产生自收缩的直接导因。研究高性能混凝土自干燥引起的ARH的变化及其规律,对控制高性能混凝土早期收缩与开裂具有重要的实际意义。
矿物掺和料对混凝土ARH的影响明显与其活性、细度、掺量以及混凝土龄期等有关。高性能混凝土中矿物掺和料如硅灰、矿渣、粉煤灰等活性不同,其对混凝土自干燥引起的ARH的影响也不同。在相同水胶比下,相对于等量的水泥而言,掺入矿物掺和料的混凝土其ARH下降值明显与基准混凝土不同。因而,对掺入矿物掺和料的混凝土,采用水胶比并不能反映其由自干燥引起ARH值的动态变化。因此,根据矿物掺和料的活性程度,笔者引入矿物自干燥效应系数k与有效水胶比r2个参数来表征不同龄期下矿物掺和料对混凝土自干燥的影响程度。
矿物自干燥效应系数k是指相对于等量水泥而言,由矿物掺和料水化引起的自干燥对混凝土ARH的影响程度,k值取决于矿物掺和料的种类(主要是活性)、掺量、混凝土龄期与水胶比等因素。对某些矿物掺和料而言,k又是龄期t的函数。由于矿物的水化特性不同,k与龄期t之间的函数关系式也不同,根据矿物水化特性以及对试验数据的统计回归研究,认为式中,k为第i种矿物的自干燥效应系数,为无量纲变量;a,b为常数,其大小取决于矿物掺和料的种类与水化特性等因素;t为混凝土龄期(d)。
根据矿物掺和料自干燥效应系数k,笔者进一步提出有效水胶比r的概念,其定义如下式中,m为单位体积混凝土中水与水泥用量;m和m分别指单位体积混凝土中硅灰、磨细矿渣和其它矿物掺和料的用量;k和k分别指硅灰、磨细矿渣和其它矿物掺和料自干燥效应系数。
矿物自干燥效应系数k可有效地反映不同矿物掺和料相对于等量水泥对混凝土自干燥的影响程度。而有效水胶比r可以有效地反映不同龄期下,掺和料的种类(活性)及掺量对由混凝土自干燥引起的ARH变化的影响程度。
试验原材料与配合比水泥为52.5R普通硅酸盐水泥。磨细矿渣(GBFS)与硅灰(SF)的比表面积分别为642m/kg.减水剂采用了萘系复合高效减水剂(HWRA).细集料为细度模数2.8的河砂,粗集料为人工碎石(*大粒径20mm).表1给出了不同水胶比和掺矿物掺和料的混凝土配合比。
混凝土ARH的变化出,随着水胶比的减小,混凝土ARH下降增大,早期尤其明显。当水胶比大于0.4时,由混凝土自干燥引起的ARH下降趋势变得很小。建筑材料学报燥引起ARH变化的曲线。单掺硅灰的混凝土(S7)ARH下降比不掺硅灰的基准混凝土(S2)大。随着磨细矿渣掺量的增大,混凝土ARH下降增大。掺量为20%,40%磨细矿渣的混凝土(S8,S10)14d前ARH的下降比基准混凝土略小,而后期下降比基准混凝土大。复掺硅灰与磨细矿渣的混凝土(S9)在14d前的ARH下降比基准混凝土略小,但后期增大。这主要可能因为矿物掺和料活性不同,水化速率、特性也不一样,因而它们对混凝土自干燥引起的ARH下降的影响也不同。
混凝土ARH变化的规律仅受自干燥影响的混凝土,其自身相对湿度h是有效水胶比r与龄期t的函数。受自干燥影响的混凝土自身相对湿度h的函数方程如下式中,d,f分别为与有效水胶比、龄期有关的系数,其值取决于混凝土的水胶比、掺和料种类与掺量、配合比以及浆体含量等因素。对于不掺活性矿物掺和料的纯水泥混凝土,从公式(2)可以看出,直接等于其真实水胶比,也即水灰比。
结论1.不同龄期下由混凝土自干燥引起的ARH下降随着水胶比的减小而增大。不同矿物掺和料因对混凝土水化的速率与进程影响不同,ARH下降也不同。
2.根据矿物掺和料的活性提出的矿物自干燥效应系数k与有效水胶比r可有效地反映不同龄期下矿物掺和料对混凝土因自干燥引起的ARH变化的影响程度。
3.低水胶比(m<0.4)的高性能混凝土自干燥引起的ARH变化规律可采用非线性方程来表征,而该方程对高水胶比的混凝土则不适用。
4.因试验数据有限,以上所得结论的普适性还需有更多的试验数据来验证与支持。