现代混凝土自身与干燥收缩调控方法与机理

Cracking in concrete at early-age is normally a result of shrinkage that results from the change of water content in concrete. Therefore, to avoid cracking in modern concrete, which is characterized by the use of superplasticizer and relative large amount of mineral admixture, as well as relative low water to cementitious material ratio, the first key issue is to prevent moisture loss in early-age concrete. Such prevention on water consumption should be focused not only on cement hydration, but also on environmental drying. The proposed project will focus on the reduction of autogenous shrinkage and drying shrinkage of modern concrete using pre-wetted light-weight aggregate and permanent formwork. The impact of internal curing with pre-wetted light-weight aggregate and permanent formwork on both autogenous and drying shrinkage of modern concrete will be investigated in details. A model describing the relationship of moisture content and shrinkage strain will be developed. The efficiency of above technique on cracking tendency of concrete structures will be evaluated using the shrinkage model.

混凝土的早期开裂大多是由结构内温度及水分变化引发混凝土体积收缩导致的。要避免现代混凝土结构（以掺加高效减水剂、矿物掺合料和水胶比较低为特征）因体积而收缩导致的开裂，首先解决的关键问题是如何防止其内部水分过早散失，既要减小因水泥水化引发的自身收缩，又要减小环境干燥引发的近表面混凝土的干燥收缩。本课题拟选定土木工程中广泛使用的现代混凝土为研究对象，从对混凝土收缩的内因，水分含量的调控出发，研究减小收缩的办法及相应机理。具体措施是采用内养护预储水技术降低混凝土自身收缩，采用面层免拆纤维水泥模板技术来降低混凝土的干燥收缩。研究将通过系统试验，确定不同强度等级内养护混凝土的最佳配合比；通过建立收缩与收缩应力模型，定量研究内养护与面层免拆模板复合技术对结构抵抗收缩开裂的改善程度，为无开裂或少开裂的现代混凝土结构设计提供理论与技术支撑。

混凝土的早期开裂大多是由结构内温度及水分变化引发混凝土体积收缩导致的。要避免现代混凝土结构（以掺加高效减水剂、矿物掺合料和水胶比较低为特征）因体积而收缩导致的开裂，需解决的关键问题是如何防止其内部水分过早散失，既要减小因水泥水化引发的自身收缩，又要减小环境干燥引发的近表面混凝土的干燥收缩。本项目以现代混凝土为研究对象，从对混凝土收缩的内因，水分含量的调控出发，研究了减小收缩的办法及相应机理。具体措施是采用内养护预储水技术降低混凝土自身收缩，采用面层免拆纤维水泥模板技术来降低混凝土的干燥收缩。研究首先设计了能够涵盖工程中常用的不同强度等级混凝土（C30、C50、C80、C100）的基准配合比，以及每个强度等级相对应的内养护混凝土配比。其次，测定了4个强度等级不同类型（有/无内养护，有/无免拆ECC模板）混凝土试件在不同定边界条件（试件外表面密封、干燥）下质量、湿度、温度、变形；采用设计的湿度场测定试件及装置，测定了4个强度等级不同类型（有/无内养护，有/无永久模板）混凝土湿度场试验。第三，在理论模拟方面，建立了基于毛细孔水分含量的水泥水化与水分扩散耦合的普通与养护混凝土内部湿度场预测模型；采用该模型，分析了不同边界条件4个强度等级不同类型（有/无内养护，有/无永久模板）混凝土结构（混凝土路面板、桥面板及圆柱、方柱等），从混凝土浇注开始内部湿度分布、收缩应变、收缩应力分布及其发展。本项目研究结果表明，普通低强度等级混凝土干燥收缩相对较大，自身收缩相对较小，而高强度混凝土干燥收缩较小，自身收缩较大；采用预吸水多孔骨料内养护后，在强度等级仍满足要求的前提下，高强混凝土的自身收缩可以大幅度降低，对低强度等级混凝土的干燥收缩降幅有限，但采用内养护与ECC免拆模板后，各类混凝土的总收缩均得到了较大幅度的降低。基于毛细孔水分含量的水泥水化与水分扩散耦合的普通与养护混凝土内部湿度场模型，良好地解释了混凝土内部湿度与毛细孔含水量关系，较好地模拟了内养护水释放过程及其降缩功效。所获结果及模型可用于各类混凝土早期收缩调控与开裂风险预测，为混凝土结构收缩应力计算奠定了基础。