摘要：通過普通水泥混凝土(懸浮骨架的密實結構混凝土，后文通稱普通水泥混凝土)、無砂大孔隙混凝土及聚合物骨架空隙混凝土的收縮性能的對比試驗研究，表明無砂大孔隙混凝土、聚合物骨架空隙混凝土比普通水泥混凝土具有較好的收縮性能，而且聚合物骨架空隙混凝土具有較好的抗壓和抗彎性能。
　　關鍵詞：水泥混凝土，孔隙混凝土，聚合物骨架空隙混凝土，收縮
　　1引言
　　混凝土是由固體、液體和氣體三相體組成的各向異性的非均質復合材料，其內部有大量的微裂縫，在一定的條件下微觀裂縫會發展并貫通形成宏觀裂縫。混凝土構件產生宏觀裂縫的原因很多，可分為兩大類，即結構性裂縫及非結構性裂縫，前者是由外荷載或結構次應力引起，后者則是由溫度、收縮徐變、不均勻沉降等引起�；炷�土非結構裂縫對結構的耐久性、使用性能甚至安全可靠性有嚴重影響。隨著水泥混凝土的廣泛應用，混凝土結構往往具有較高的收縮變形。據有關資料統計，工程實踐中結構的裂縫多數為非結構性裂縫，約占80％，結構性裂縫約占20％。且在非結構性裂縫中，收縮裂縫又占了相當大的比例[1]。由于混凝土抗收縮性能的影響因素很多，可以通過改變影響因素中的一種或幾種減小混凝土的收縮值。通過對普通水泥混凝土、無砂大孔隙混凝土以及聚合物骨架空隙混凝土的收縮對比試驗研究，得到無砂大孔隙混凝土、聚合物骨架空隙混凝土良好的收縮性能。
　　2收縮對比試驗
　　2.1配合比
　　試驗的三種混凝土采用的原材料為花崗巖石、重慶產特細砂、重慶騰輝P.O.42.5普通硅酸鹽水泥、普通自來水和作者所在課題組提供的聚合物乳液。配合比如表1：
　　表1三種混凝土的配合比（單位：kg/m3）

                    
　　注：表中YP是指普通水泥混凝土；YK是指無砂大孔隙混凝土；YJ是指聚合物骨架空隙混凝土。
　　2.2試件尺寸確定[2]
　　試件截面尺寸根據混凝土中骨料的最大粒徑確定（如表2）。因選用的石子最大粒徑為20mm，故試件截面尺寸應選為100×100mm，又根據規定，試件的長度至少應比采用的測量標距長出一個截面邊長，擬采用標距為200mm，所以試件尺寸定為100×100×400mm。
　　由于在測定混凝土收縮性能的同時需測定混凝土的抗壓、抗彎拉強度等性能指標，因此制作收縮試件時應同時制作相應的立方體及棱柱體試件。每組試件包括9個，分別為：
　　三個收縮試件100×100×400mm；
　　三個抗壓試件100×100×100mm；
　　三個抗折試件100×100×400mm。
　　表2收縮試件尺寸選用

                  
　　2.3收縮試驗方法
　　收縮試件需要在兩側面安裝千分表，因此需要安裝固定儀表的測頭，采用埋入式測頭，固定測頭時要注意使測頭埋設在試件中部并保持其軸線與試件長軸一致；千分表的延伸桿采用玻璃棒，將玻璃棒端部磨平后粘結方形玻璃片，具體尺寸依具體情況而定，在固定千分表時要注意松緊適度。每組試件一次性攪拌、振搗成型，所有試件一并養護，養護三天后安裝千分表（自混凝土攪拌加水開始起算），讀初始讀數[2]。試驗裝置如圖1。

                     
　                                                           　圖1試驗裝置圖
　　3試驗結果分析
　　3.1試驗結果
　　3.1.1收縮試驗結果
　　根據試驗目的，采集60天齡期內的試驗結果�；炷�土的收縮值按下式計算：
　　                      
　　每組取3個試件收縮值的算術平均值作為該混凝土的收縮值，得到圖2、表3：
　　由圖2和表3知三種混凝土的收縮值都隨齡期的增長而增長，其中普通水泥混凝土的收縮值增長較快，而無砂大孔隙混凝土的收縮值變化稍慢，聚合物骨架空隙混凝土的收縮值增長最慢。當齡期達到90天時，無砂大孔隙混凝土和聚合物骨架空隙混凝土的收縮值基本不再增長，而普通水泥混凝土的收縮值還有較大的增大幅度。就28天齡期的收縮值來看，聚合物骨架空隙混凝土的收縮值比普通水泥混凝土小58.2%，無砂大孔隙混凝土的收縮值比普通水泥混凝土小33%。齡期達到180天，聚合物骨架空隙混凝土和無砂大孔隙混凝土的收縮值仍表現出比普通水泥混凝土小56.3%和34.3%。普通水泥混凝土28天的收縮值已經超過無砂大孔隙混凝土和普通水泥混凝土180天的收縮值。表明聚合物骨架空隙混凝土和無砂大孔隙混凝土比普通水泥混凝土有較好的收縮性能，而聚合物骨架空隙混凝土的收縮性能更好。
　　                                   
　　                                                    圖260天齡期內收縮試驗結果
　　注：圖中YP是指普通水泥混凝土；YK是指無砂大孔隙混凝土；YJ是指聚合物骨架空隙混凝土。
　　
　　
　　
　　表3不同齡期內收縮值（με）

                   
　　　　注：表中減小（%）是指無砂大孔隙混凝土混凝土、聚合物骨架空隙混凝土與普通水泥混凝土收縮值的比較。
　　3.1.2抗壓、抗彎拉強度試驗結果
　　根據《普通水泥混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）進行抗壓、抗彎拉強度試驗。試驗結果如表4所示：
　　表4三種混凝土28天齡期的強度（MPa）
                        

  　　從表4可以看出，無砂大孔隙混凝土和聚合物骨架空隙混凝土與普通水泥混凝土相比同樣具有較高的抗彎拉和抗壓強度。
　　3.2空隙以及聚合物乳液對混凝土抗收縮性能的機理探討
　　混凝土抗收縮性能的影響因素很多，其中內在因素包括水泥品種、水泥用量、單位用水量、水灰比、礦物摻合料種類和摻量、外加劑、骨料種類和體積含量、砂率等；外部影響因素包括環境的溫濕度和混凝土結構的尺寸[3]。而聚合物骨架空隙混凝土和無砂大孔隙混凝土均具有較好的收縮性能，主要是由于空隙的存在和聚合物乳液的影響。
　　普通水泥混凝土是由水、水泥、骨料而形成的懸浮骨架的密實結構混凝土。而試驗中采用的無砂大孔隙混凝土和聚合物骨架空隙混凝土是通過水泥結合料（或聚合物水泥結合料）固結骨料之間的接觸點，形成“骨架+結點+空隙”的空間網架結構。在普通水泥混凝土中，骨料懸浮于水泥漿（硬化后稱水泥石）中，那么水泥石的收縮決定了混凝土的收縮值；而在“骨架+結點+空隙”的空間網架結構中，只有結點處的水泥石能夠影響混凝土的收縮。由此看來，無砂大孔隙混凝土和聚合物骨架空隙混凝土這種空間網架結構混凝土的收縮性能定比普通水泥混凝土好。
　　摻加聚合物乳液后，聚合物乳液均勻分散于混凝土的水泥漿中，隨著水泥水化過程不斷進行及水分不斷蒸發，體系中水分不斷減少，乳液顆粒形成絮凝，并逐漸在毛細孔表面和漿體-集料界面的局部形成聚合物薄膜（如圖3）[4]，這些薄膜分布于水泥水化物和骨料之間，如果聚合物乳液摻量足夠多，則聚合物薄膜形成更加完整，這將顯著提高混凝土的抗收縮性能。[5][6]
　　          
　　圖3聚合物薄膜的形成過程
　　4結語
　　聚合物骨架空隙混凝土和無砂大孔隙混凝土比普通水泥混凝土具有較好的收縮性能，而聚合物骨架空隙混凝土的收縮性能更好。也就是說，空隙的存在能夠使混凝土的收縮性能得到改善。但是，在普通水泥混凝土中孔隙對強度是有較大影響的，而聚合物骨架空隙混凝土中的空隙只是作為結構的構造空間，通過加入聚合物乳液使其不僅具有較好的抵抗收縮變形的能力，而且具有較好的抗彎拉性能。
　　
　　
　　
　　參考文獻：
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　　[3]張雄，混凝土結構裂縫防治技術[M]，化學工業出版社，2007
　　[4]申愛琴，李祝龍，王小明，聚合物乳液改性水泥混凝土的微觀結構[J]，混凝土，2001
　　[5]趙帥，李國忠，曹楊等，聚丙烯纖維和聚合物乳液對水泥砂漿性能的影響[J]，建筑材料學報，2007
　　[6]趙帥，田穎，王英姿等，聚丙烯纖維和聚合物乳液增強水泥砂漿抗干燥收縮及抗裂性能的試驗研究[J]，預拌砂漿，2008