CN111997391B - 混凝土收缩开裂复合调控体系及其调控方法 - Google Patents

混凝土收缩开裂复合调控体系及其调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土收缩开裂复合调控体系及其调控方法。体系包括两内掺组分之间形成的内掺复合调控体系，内掺组分与外部养护措施之间形成的内外复合调控体系，以及内掺组分或外部养护措施与被动组分之间形成的主被复合调控体系中的一种或多种。本发明将内掺组分、外部养护措施及被动组分之间形成了多种复合调控体系，同时优化各组分掺量的计算方法以及外部养护措施，针对性地对混凝土的收缩开裂进行调控，使得混凝土的收缩调控效果显著。

Description

混凝土收缩开裂复合调控体系及其调控方法
技术领域
本发明涉及土木工程材料技术领域，特别是涉及一种混凝土收缩开裂复合调控体系及其调控方法。
背景技术
随着经济发展，现代工程建设对混凝土性能和寿命要求更高；另外随着建设区域持续扩张，结构服役环境越来越严酷。但现代混凝土反而比以往开裂更严重、更早，这会引发很多工程质量问题，甚至引发事故，进而造成重大的经济损失和资源浪费。混凝土结构开裂后，一般构件需要进行维修。裂缝维修工序复杂且成本高昂，尤其是贯穿性裂缝维修成效总是难以保证，修后再裂更是经常发生。严重开裂的主要受力构件需要拆除或补强，从而大幅增加结构在使用周期内的维护成本，并降低使用寿命，甚至未交付使用前即需要大修。因此，从安全耐久、节能节材、经济环保等多需求出发，避免混凝土结构产生大范围、较早的开裂，迫在眉睫，经济价值和社会效益巨大。
当前，国内外关于混凝土收缩的研究成果及研究方法大部分从单一因素角度出发开展混凝土收缩和抗裂调控的研究。但这种单因素调控研究的不足之处也显而易见。首先，混凝土强度等级跨度大，从通常的C20可直至C100以上，单一的收缩调控方法无法完全解决这样复杂体系、大跨度的全部收缩开裂问题。其次，混凝土早期收缩可分为自收缩和干燥收缩，二者诱因和发生的主要阶段明显有别。具体某一种收缩调控方法难以同时高效降控自收缩和干燥收缩。例如，膨胀剂的补偿收缩方法在低水胶比的高强混凝土中效果甚微；自养护方法在大水胶比低强混凝土中效果较差，甚至将增大混凝土收缩；外养护措施难以降控大体积或厚板构件的内部自收缩。第三，混凝土结构的服役环境和结构形式复杂多变，薄壁构件的干燥收缩开裂问题突出；大体积混凝土中多发的是温度收缩裂缝和自收缩裂缝。北京及我国西北地区的建筑物和市政工程冬季长期暴露在相对湿度可低至20％的干燥大风环境中，其干燥收缩大；而广东、海南地区则环境相对湿度多在85％以上，其混凝土总收缩中干燥收缩则低。第四，混凝土胶凝材料等组分多变，例如有些掺合料可明显降低混凝土的碱度，有些骨料、早强组分则在混凝土凝结过程中可与膨胀剂水化反应同场竞争有限水分，这些都将影响膨胀剂补偿自收缩效能的发挥。此外，减缩剂、预吸水轻骨料降低混凝土收缩的同时，还将对混凝土力学性能等造成折减影响，这导致此时混凝土抗裂性是否真正得到提升成疑。单一的混凝土收缩开裂调控方法的调控适用范围小，且不同调控方法调控机理、条件不同。因此，要解决实际工程中复杂条件下混凝土收缩与开裂问题，需要针对不同工程实际，建立综合成套的调控体系及其实施方法。
关于对混凝土收缩开裂复合调控的专利和研究较多，如CN105130335A专利公开了一种由自养护组分、补偿收缩组分、纤维组分组合调控收缩开裂的桥塔混凝土，其主要针对C60自密实混凝土，对其他混凝土未必适用，同时也未提供各组分的计算方法。《减缩剂与内养护复合对水泥砂浆性能的影响》、《高吸水树脂与减缩剂复合对水泥砂浆自收缩的影响》、《减缩剂和内养护对低水灰比水泥石自收缩的影响及其协同作用》、《减缩剂与高吸水树脂对高性能混凝土收缩性能的影响研究》等文献研究了减缩组分和自养护组分复合对混凝土收缩开裂的调控作用，《SAP对膨胀混凝土力学性能及收缩开裂影响研究》、《SAP内养护剂对掺MgO微膨胀砂浆性能的影响》、《SAP内养护剂改善膨胀混凝土性能及其机理研究》、《复掺内养护材料与膨胀剂对C60自密实混凝土性能的影响》、《内养护与膨胀剂复合作用对混凝土综合抗裂性能的影响》等文献研究内养护组分和补偿收缩组分复合对混凝土收缩开裂的作用；《纤维的内养护高性能混凝土收缩与力学性能研究》、《聚丙烯纤维增强补偿收缩砂浆力学性能试验》、《减缩剂与聚丙烯纤维对加气混凝土收缩性能的影响研究》等文献研究了纤维组分与内掺组分复合对混凝土收缩开裂的调控作用。以上研究虽然都对混凝土收缩开裂采取了多因素复合调控，但主要针对有限的几个配合比，未系统地提出混凝土收缩开裂调控方法，特别是均未提出各调控组分所需掺量的计算方法及其适用范围，因此也难以广泛应用于工程实际中。
综上可知，由于现有混凝土收缩开裂调控方法的缺点和不足，如何对实际混凝土结构采用合适的收缩开裂调控措施，设计一套更有针对性、系统性的混凝土收缩开裂调控体系和方法，明确各调控组分所需掺量的计算方法及其适用范围，提高混凝土抗裂性能和耐久性能，是本领域中亟需解决的难题。
发明内容
有鉴于此，针对以上混凝土收缩开裂调控的现状和问题，本发明的目的在于提供一种混凝土收缩开裂复合调控体系及其调控方法，以解决现有技术中混凝土收缩开裂调控效率低，混凝土抗开裂性能和耐久性能差，适用范围存在局限性等问题。本发明混凝土收缩调控效果显著，适用于各强度等级、各环境条件、各结构形式的混凝土的调控。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一个方面，本发明提供的一种混凝土收缩开裂复合调控体系，包括：两内掺组分之间形成的内掺复合调控体系，内掺组分与外部养护措施之间形成的内外复合调控体系，以及内掺组分或外部养护措施与被动组分之间形成的主被复合调控体系中的一种或多种。其中，
所述内掺组分包括自养护组分、补偿收缩组分和减缩组分中的一种；所述自养护组分为高吸水率聚合物或多孔类轻质骨料。其中，所述高吸水率聚合物可以为高倍率吸水树脂，所述多孔类轻质骨料包括粉煤灰陶粒、粘土陶粒、膨胀页岩陶粒、泡沫混凝土免烧陶粒、珊瑚骨料陶粒、沸石骨料、珊瑚骨料、再生骨料、生物轻骨料、膨润土和稻壳灰中的一种或多种。
所述减缩组分包括聚醇类表面活性剂、聚醚类表面活性剂、及其衍生物(例如聚醇醚类有机减缩剂)中的一种或多种。
所述补偿收缩组分包括硫铝酸钙类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂、硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、以及复合多元类膨胀剂中的一种或多种。
所述被动组分为纤维类材料中的一种或多种。具体地，所述纤维类材料为聚丙烯纤维，聚乙稀醇纤维、聚乙稀纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、钢纤维、玄武岩纤维、剑麻纤维或玻璃纤维等。
所述外部养护措施包括外养护剂养护、洒水、喷雾、覆盖(土工织物、薄膜、麻袋、稻草等)和蓄水养护中的一种或多种。其中，所述外养护剂为有机乳液类外养护剂、硅酸盐无机类外养护剂、石蜡乳液类外养护剂或有机-无机复合类外养护剂。
根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种混凝土收缩开裂复合调控方法，包括以下步骤：
确定复合调控方式；所述复合调控方式包括：两内掺组分之间的内掺复合调控，内掺组分与外部养护措施之间的内外复合调控，以及主动组分与被动组分之间的主被复合调控中的一种或多种；其中，所述内掺组分包括自养护组分、补偿收缩组分和减缩组分中的一种；所述主动组分为内掺组分或外部养护措施；所述被动组分为纤维类材料中的一种或多种；
确定所述复合调控方式中各组分的掺量/和外部养护措施的持续时间；其中，所述外部养护措施的持续时间根据14d龄期内距离混凝土表面3cm以上区域的相对湿度≥85％确定；所述被动组分的掺量根据纤维类材料的种类数确定，若被动组分为一种纤维类材料，所述被动组分的体积掺量为0.5％～2％，若被动组分为多种纤维类材料，所述被动组分的体积掺量为0.5％～5.5％；所述内掺组分的掺量根据混凝土的种类、内掺组分的种类以及胶凝材料总质量中的一种或多种来确定。需要说明的是，本发明中所指掺量均为干燥态掺量。
本发明中，内掺复合调控具体包括：自养护组分与补偿收缩组分间的内掺复合调控、自养护组分与减缩组分间的内掺复合调控、以及减缩组分与补偿收缩组分间的内掺复合调控。
优选地，所述自养护组分与补偿收缩组分间的内掺复合调控中，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.05～0.12；所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类/和胶凝材料总质量来确定。其中，当所述自养护组分为高吸水率聚合物，不预先吸水时，混凝土的水胶比不低于0.28，所述自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005。当所述自养护组分为高吸水率聚合物，预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量WIC为20～60kg/m3和自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005来确定；而且，所述自养护组分的吸水率越大，所述自养护组分的掺量越低。当所述自养护组分为多孔类轻骨料，预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量WIC为20～60kg/m3来确定；而且混凝土水胶比越低，WIC取值越大。
更优选地，当所述自养护组分为高吸水率聚合物(包含不预先吸水和预先吸水)时，所述自养护组分引水量还需满足WIC≥1.5WEA，其中，WEA为补偿收缩组分完全反应的需水量；所述自养护组分能够维持在密封条件下28天龄期时的混凝土内部相对湿度(RH)≥85％。当所述自养护组分为多孔类轻骨料时，所述自养护组分引水量满足WIC≥2.0WEA，其中，WEA为补偿收缩组分完全反应的需水量；所述自养护组分能够维持在密封条件下28天龄期时的混凝土内部相对湿度≥85％。
进一步地，当所述自养护组分为高吸水率聚合物，预先吸水或不预先吸水时，所述自养护组分的掺量的确定，具体包括以下步骤：
(1)确定所述自养护组分的引水量WIC；
(2)根据所述自养护组分的引水量，计算所述自养护组分(对混凝土拌合水饱和吸水率下)的所需用量；
(3)判断所需用量是否在凝胶材料总质量的0.001～0.005范围内，若在，则所需用量即为自养护组分的掺量，若不在，直接采用胶凝材料总质量的0.001～0.005作为所述自养护组分的掺量。
具体地，步骤(1)中，
对于自养护组分与补偿收缩组分间的内掺复合调控中：
当所述自养护组分为高吸水率聚合物且不预先吸水时，自养护组分的引水量可以根据WIC≥1.5WEA来确定；
当所述自养护组分为高吸水率聚合物且预先吸水时，自养护组分的引水量WIC为20～60kg/m3，更进一步地需满足WIC≥1.5WEA。
对于其他的有自养护组分参与的内掺复合调控、内外复合调控、主被复合调控中：当所述自养护组分为高吸水率聚合物且预先吸水时，自养护组分的引水量WIC为20～60kg/m3，更进一步地需满足WIC≥1.5WEA。
优选地，当所述自养护组分为高吸水率聚合物，且预先吸水时，混凝土强度越高，WIC取值越大，且当混凝土强度等级大于C80时，WIC取60kg/m3，混凝土强度等级小于C30时，WIC取20kg/m3。
优选地，所述自养护组分与减缩组分间的内掺复合调控中，所述减缩收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.008～0.04；所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类/和胶凝材料总质量来确定。其中，当所述自养护组分为高吸水率聚合物，不预先吸水时，混凝土的水胶比不低于0.28，所述自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005；当所述自养护组分为高吸水率聚合物，预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量WIC为20～60kg/m3和自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005来确定；而且，所述自养护组分的吸水率越大，所述自养护组分的掺量越低；所述自养护组分能够维持在密封条件下28天龄期时的混凝土内部相对湿度(RH)≥85％。当所述自养护组分为多孔类轻骨料预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量WIC为20～60kg/m3来确定；混凝土水胶比越低，自养护组分引水量越大；所述自养护组分能够维持在密封条件下28天龄期时的混凝土内部相对湿度≥85％。
优选地，所述减缩组分与补偿收缩组分间的内掺复合调控中，根据混凝土的种类和胶凝材料的总质量确定所述减缩组分和补偿收缩组分的掺量。其中，当混凝土为强度等级高于C50的混凝土(即高强混凝土)、大体积混凝土(即混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土)、或年平均相对湿度RH≥85％的高湿环境混凝土时，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.08～0.12，所述减缩组分的掺量为补偿收缩组分掺量的0.10～0.25；当混凝土为强度等级低于C50的混凝土(即中低强混凝土)、薄壁式结构混凝土(一般是指结构的某一维尺寸远小于另外两维的尺寸，另两维尺寸所组成的两个侧面均需要养护的薄壁式混凝土，如剪力墙面)、大表面结构混凝土(一般是指结构的某一维尺寸远小于另外两维的尺寸，另两维尺寸所组成的两个侧面中一般只有一个侧面需要养护大表面板式结构混凝土，如路面)、或干燥大风条件服役的混凝土时，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.05～0.08，所述减缩组分的掺量为补偿收缩组分掺量的0.30～0.40。
本发明中，内外复合调控具体包括：自养护组分与外部养护措施间的内外复合调控、减缩组分与外部养护措施间的内外复合调控、以及补偿收缩组分与外部养护措施间的内外复合调控。
优选地，所述内掺组分与外部养护措施间的内外复合调控中，所述外部养护措施的持续时间根据14d龄期内距离混凝土表面3cm以上区域的相对湿度≥85％确定。所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类/和胶凝材料总质量来确定。其中，
当所述内掺组分为自养护组分时，所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类/和胶凝材料总质量来确定；其中，当所述自养护组分为高吸水率聚合物自养护组分且不预先吸水时，混凝土的水胶比不低于0.28，所述自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005；当所述自养护组分为高吸水率聚合物预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量WIC为20～60kg/m3和自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005来确定；而且，所述自养护组分的吸水率越大，所述自养护组分的掺量越低；所述自养护组分能够维持在密封条件下28天龄期时的混凝土内部相对湿度(RH)≥85％。当所述自养护组分为多孔类轻骨料预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量WIC为20～60kg/m3来确定；而且，混凝土水胶比越低，自养护组分引水量越大；所述自养护组分能够维持在密封条件下28天龄期时的混凝土内部相对湿度≥85％。
当所述内掺组分为减缩组分时，所述减缩组分的掺量根据胶凝材料总质量确定，所述减缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.008～0.04。
当所述内掺组分为补偿收缩组分时，所述补偿收缩组分的掺量根据胶凝材料总质量确定，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.08～0.12。
本发明中，主被复合调控具体包括：自养护组分与被动组分间的主被复合调控、减缩组分与与被动组分间的主被复合调控、补偿收缩组分与与被动组分间的主被复合调控、以及外部养护措施与被动组分间的主被复合调控。其中，所述被动组分的掺量根据纤维材料的种类数确定，若被动组分为一种纤维材料单掺，所述被动组分的体积掺量占混凝土体积率的0.5％～2％，若被动组分为多种纤维材料混掺，所述被动组分的体积掺量占混凝土体积率的0.5％～5.5％。
所述内掺组分与被动组分间的主被复合调控中，所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类/和胶凝材料总质量来确定。其中，
当所述内掺组分为自养护组分时，所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类和胶凝材料总质量来确定；其中，当所述自养护组分为高吸水率聚合物不预先吸水时，混凝土的水胶比不低于0.28，所述自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005；而且，所述自养护组分的吸水率越大，所述自养护组分的掺量越低。所述自养护组分能够维持在密封条件下28天龄期时的混凝土内部相对湿度(RH)≥85％；当所述自养护组分为高吸水率聚合物预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量WIC为20～60kg/m3和自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005来确定；而且，所述自养护组分的吸水率越大，所述自养护组分的掺量越低。所述自养护组分能够维持在密封条件下28天龄期时的混凝土内部相对湿度(RH)≥85％。当所述自养护组分为多孔类轻骨料预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量WIC为20～60kg/m3来确定；而且，混凝土水胶比越低，自养护组分引水量越大；所述自养护组分能够维持在密封条件下28天龄期时的混凝土内部相对湿度≥85％。
当所述内掺组分为减缩组分时，所述减缩组分的掺量根据胶凝材料总质量确定，所述减缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.008～0.04；
当所述内掺组分为补偿收缩组分时，所述补偿收缩组分的掺量根据胶凝材料总质量确定，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.05～0.12。
所述外部养护措施与被动组分间的主被复合调控中，外部养护措施的持续时间，以保证14d龄期内距离混凝土表面3cm以上区域的相对湿度≥85％。
优选地，在上述的复合调控方式中，当自养护组分的掺量根据引水量确定时，混凝土强度越高，WIC取值越大，且当混凝土强度等级大于C80时，WIC取60kg/m3，混凝土强度等级小于C30时，WIC取20kg/m3。
优选地，所述复合调控方法中，复合调控方式，根据混凝土的种类及所处环境确定；其中，
当混凝土为强度等级高于C50的混凝土(即高强混凝土)、大体积混凝土时，采用自养护组分与补偿收缩组分间的内掺复合调控或补偿收缩组分与减缩组分间的内掺复合调控；
当混凝土为干旱大风环境混凝土、大表面结构混凝土(一般是指结构的某一维尺寸远小于另外两维的尺寸，另两维尺寸所组成的两个侧面中一般只有一个侧面需要养护大表结构混凝土，如路面)、或壁式混凝土(一般是指结构的某一维尺寸远小于另外两维的尺寸，另两维尺寸所组成的两个侧面均需要养护的薄壁式混凝土，如墙面)时，采用外部养护措施与被动组分间的主被复合调控、减缩组分与外部养护措施间的内外复合调控和自养护组分与外部养护措施间的内外复合调控中的一种；
当混凝土为年平均气温25～30℃，年平均相对湿度RH≥85％的高温高湿的热带海洋岛礁环境混凝土时，采用补偿收缩组分与被动组分间的主被复合调控或补偿收缩组分与减缩组分间的内掺复合调控；
当混凝土为强度等级低于C50的混凝土(即中低强混凝土)，或普通尺寸梁柱构件混凝土(“普通尺寸”一般指按《混凝土结构设计规范GB50010-2010》(2015年版)设计的梁柱构件)时，采用减缩组分与外部养护措施间的内外复合调控或补偿收缩组分与外部养护措施间的内外复合调控。
与现有技术相比，本发明将内掺组分、外部养护措施、以及被动组分之间形成多种复合调控方式/体系，采用所述的复合调控方式对混凝土的收缩开裂进行调控，同时通过优化各组分掺量的计算方法以及外部养护措施的要求，使得混凝土的收缩调控效果显著。本发明有益效果具体体现在如下几方面：
(1)可解决实际工程中复杂条件下混凝土收缩开裂问题，可以克服单一混凝土收缩开裂调控方法的调控适用范围小、调控效果不显著的难题；
(2)系统地提出了混凝土收缩开裂复合调控方法体系，同时明确了各调控组分掺量的计算方法以及对外部养护措施的要求；
(3)本发明提出的混凝土收缩开裂复合调控方法操作简单，可直接广泛地应用于工程实践；
(4)另外，本发明还针对不同强度等级、环境条件、结构形式的混凝土，采用了相应的复合调控方法。
附图说明
图1是本发明混凝土收缩开裂复合调控体系的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体的实施例和附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1示意性地示出了本发明混凝土收缩开裂复合调控体系的结构。如图1所示，本发明提供的一种混凝土收缩开裂复合调控体系，包括内掺复合调控体系，内外复合调控体系，以及主被复合调控体系中的一种或多种。其中，所述内掺组分包括自养护组分、补偿收缩组分和减缩组分中的一种；所述被动组分为纤维类材料中的一种或多种(即可以单掺或混掺纤维增强增韧)；所述外部养护措施包括：外养护剂养护、洒水、喷雾、覆盖(土工织物、薄膜、麻袋等)、和蓄水养护中的一种。两内掺组分之间形成了内掺复合调控体系(内部二元交叉调控)；所述内掺组分与所述外部养护措施之间形成了内外复合调控体系；所述内掺组分或外部养护措施与所述被动组分之间形成了主被复合调控体系。
采用上述混凝土收缩开裂复合调控体系进行复合调控时，包括：确定复合调控方式，然后确定复合调控方式中各组分的掺量/和外部养护措施的持续时间。其中，所述复合调控方式包括：两内掺组分之间的内掺复合调控，内掺组分与外部养护措施之间的内外复合调控，以及主动组分与被动组分之间的主被复合调控中的一种或多种。所述外部养护措施的持续时间根据14d龄期内距离混凝土表面3cm以上区域的相对湿度≥85％确定；所述被动组分的掺量根据纤维类材料的种类数确定；所述内掺组分的掺量根据混凝土的种类、内掺组分的种类以及胶凝材料总质量中的一种或多种来确定。所述胶凝材料包括：水泥、粉煤灰、硅灰、矿粉等，本发明具体实施例中胶凝材料总质量是指水泥和粉煤灰的总质量。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步描述：各实施例中混凝土所用水泥为北京金隅牌P·O42.5普通硅酸盐水泥；所用粉煤灰为一级低钙灰，由内蒙古元宝山电厂产，需水量比为95％。所用减水剂为江苏苏博特新材料股份有限公司产PCA-I型聚羧酸高性能减水剂，固含量为30％；所用细骨料为河砂，细度模数为2.6，属于中砂，含泥量<1％；粗骨料为石灰岩碎石，粒径5～20mm连续级配。
收缩测试模具所用材料为有机玻璃，尺寸为400mm×100mm×100mm。模具长度方向上两侧各内衬有2片400mm×100mm×10mm有机玻璃板，模具两端部分别内衬2mm厚有机玻璃薄片，使成型后试件尺寸为396mm×100mm×60mm。模具两端部中心位置设有直径为5mm的孔，用于固定预埋的铜质测头和连接螺杆，通过螺杆与位移传感器相连。为减小试件与模具底部摩擦力，在模具底部铺有聚四氟乙稀薄片。试验前，在试件预成型位置预先铺好密封薄膜，用于试件密封。在混凝土浇筑后，待混凝土还未能完全保持自身形状时，拔出所有内衬有机玻璃板和有机玻璃片，松开连接螺杆上的螺母，使混凝土试件发生微小自由坍塌膨胀。待混凝土停止膨胀，即为收缩测定的起始点。实验室环境为温度20±3℃，相对湿度为30±5％。
实施例一：C50大体积混凝土，采用自养护组分与补偿收缩组分复合调控。
实施例一中所用自养护组分为丙烯酸－丙烯酰胺交联高吸水共聚物(SAP)，不预先吸水，补偿收缩组分为硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂(HCSA)，混凝土配合比、28天抗压强度(同条件养护，试件尺寸为100mm×100mm×100mm，下同)和28天自收缩结果如表1所示，其中编号为1-0配合比为基准配合比，未采用复合调控，1-1配合比为采用了自养护组分与补偿收缩组分复合调控的配合比。测试混凝土收缩时保持混凝土试件为密封状态，即所测得混凝土收缩为自收缩。
表1配合比中，补偿收缩组分(为凝胶材料总质量的0.09)完全反应需水量WEA＝46.9kg/m3，根据WEA计算得到自养护组分最小引水量即1.5WEA＝70.35kg/m3；本实施例的自养护组分SAP对混凝土拌合水饱和吸水率为80kg/kg，因此，根据最小引水量可以确定自养护组分用量为0.9kg/m3(具体地，自养护组分用量一般略大于70.35/80，以保证自养护组分引水量充足且便于实际应用)，该用量占胶凝材料总质量的0.0022，可见，其满足0.001～0.005范围，则直接将该用量作为自养护组分的掺量(即0.9kg/m3，占凝胶材料的0.0022)。
表1 C50大体积混凝土
Figure GDA0003325979440000131
从表1中可以看出，C50大体积混凝土采用自养护组分与补偿收缩组分复合调控后，与基准混凝土28天抗压强度相近，但28天自收缩仅为基准混凝土的5％，可见收缩调控效果显著。
实施例二：西北干旱大风环境下C40混凝土，采用外部养护措施与被动组分复合调控。
实施例二中所用外部养护措施为苯丙乳液系外养护剂，苯丙乳液系外养护剂的有效养护时间大于14天，另，实际应用时，刷上外养护剂后，就不再清除外养护剂；被动组分为聚乙稀醇纤维(长度25mm，直径15μm)和钢纤维(长度30mm，直径1.2mm)两种纤维混掺。混凝土配合比、28天抗压强度和28天总收缩结果如表2所示，其中编号为2-0配合比为基准配合比，未采用复合调控，2-1配合比为采用了外部养护措施与被动组分复合调控的配合比。测试混凝土收缩时保持混凝土试件为上表面干燥状态，所测得混凝土收缩为总收缩(即干燥收缩和自收缩总和)，试验环境为温度30±5℃，相对湿度为30±5％，混凝土表面风速为5m/s。
表2西北干旱大风环境下C40混凝土
Figure GDA0003325979440000141
从表2中可以看出，西北干旱大风环境下C40混凝土的外部养护措施与被动组分复合调控后，28天抗压强度比基准混凝土高4.8MPa，28天总收缩仅为基准混凝土的22％，14天龄期时距表面3cm处的相对湿度值比基准混凝土高43％，可见收缩调控效果显著。
实施例三：常年高温高湿(年平均温度25～30℃，RH≥85％)远海岛礁环境C50混凝土，采用补偿收缩组分与减缩组分复合调控。
实施例三中所用补偿收缩组分为硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂(HCSA)，所用减缩组分为聚醇醚类有机减缩剂(SRA)，混凝土配合比、28天抗压强度和28天总收缩结果如表3所示，其中编号为3-0配合比为基准配合比，未采用复合调控，3-1配合比为采用了补偿收缩组分与减缩组分复合调控的配合比。测试混凝土收缩时保持混凝土试件为上表面干燥状态，所测得混凝土收缩为总收缩(即干燥收缩和自收缩总和)，试验环境为温度28±2℃，相对湿度为90±5％。
表3远海岛礁环境C50混凝土
Figure GDA0003325979440000142
从表3中可以看出，远海岛礁环境C50混凝土采用补偿收缩组分与减缩组分复合调控后，28天抗压强度略高于基准混凝土，但28天总收缩仅为基准混凝土的16％，可见收缩调控效果显著。
实施例四：普通C30混凝土，采用减缩组分与外部养护措施复合调控。
实施例四所用减缩组分为聚醇醚类有机减缩剂(SRA)，所用外部养护措施为薄膜密封，密封养护持续时间为14天，混凝土配合比、28天抗压强度和28天总收缩结果如表4所示，其中编号为4-0配合比为基准配合比，未采用复合调控，4-1配合比为采用了补偿收缩组分与减缩组分复合调控的配合比。测试混凝土收缩时保持混凝土试件为上表面干燥状态，所测得混凝土收缩为总收缩(即干燥收缩和自收缩总和)，试验环境为温度25±5℃，相对湿度为30±5％。
表4普通C30混凝土
Figure GDA0003325979440000151
从表4中可以看出，普通C30混凝土采用减缩组分与外部养护措施复合调控后，28天抗压强度略低于基准混凝土，但28天总收缩仅为基准混凝土的11％，同时14天龄期时距表面3cm处的相对湿度值比基准混凝土高52％，可见收缩调控效果显著。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种混凝土收缩开裂复合调控体系，其特征在于，包括：两内掺组分之间形成的内掺复合调控体系，内掺组分与外部养护措施之间形成的内外复合调控体系，以及内掺组分或外部养护措施与被动组分之间形成的主被复合调控体系中的一种或多种，其中，
所述内掺组分包括自养护组分、补偿收缩组分和减缩组分中的一种；所述自养护组分为高吸水率聚合物或多孔类轻质骨料；所述减缩组分包括聚醇类表面活性剂、聚醚类表面活性剂、及其衍生物中的一种或多种；所述补偿收缩组分包括硫铝酸钙类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂、以及复合多元类膨胀剂中的一种或多种；所述内掺组分的掺量根据混凝土的种类、内掺组分的种类以及胶凝材料总质量中的一种或多种来确定；其中，当所述自养护组分为高吸水率聚合物且不预先吸水时，所述自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005；当所述自养护组分为高吸水率聚合物且预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据自养护组分的引水量W IC为20～60kg/m3和自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005来确定；
所述被动组分为纤维类材料中的一种或多种；所述被动组分的掺量根据纤维类材料的种类数确定，若被动组分为一种纤维类材料，所述被动组分的体积掺量为0.5%～2%，若被动组分为多种纤维类材料，所述被动组分的体积掺量为0.5%～5.5%；
所述外部养护措施包括外养护剂养护、洒水、喷雾、覆盖和蓄水养护中的一种或多种；所述外部养护措施的持续时间根据14d龄期内距离混凝土表面3cm以上区域的相对湿度≥85%确定。
2.一种采用权利要求1所述的混凝土收缩开裂复合调控体系进行调控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定复合调控方式；所述复合调控方式包括：两内掺组分之间的内掺复合调控，内掺组分与外部养护措施之间的内外复合调控，以及主动组分与被动组分之间的主被复合调控中的一种或多种；其中，所述内掺组分包括自养护组分、补偿收缩组分和减缩组分中的一种；所述主动组分为内掺组分或外部养护措施；所述被动组分为纤维类材料中的一种或多种；
确定所述复合调控方式中各组分的掺量/和外部养护措施的持续时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述自养护组分与补偿收缩组分间的内掺复合调控中，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.05～0.12；所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类/和胶凝材料总质量来确定；其中，
当所述自养护组分为高吸水率聚合物，且不预先吸水时，混凝土的水胶比不低于0.28，所述自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005；
当所述自养护组分为多孔类轻骨料，且预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量W IC为20～60kg/m3来确定。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
当所述自养护组分为高吸水率聚合物时，所述自养护组分引水量需满足WIC≥1.5WEA，其中，WEA为补偿收缩组分完全反应的需水量；
当所述自养护组分为多孔类轻骨料时，所述自养护组分引水量需满足WIC≥2.0WEA，其中，WEA为补偿收缩组分完全反应的需水量。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述自养护组分与减缩组分间的内掺复合调控中，所述减缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.008～0.04；所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类/和胶凝材料总质量来确定；其中，
当所述自养护组分为高吸水率聚合物，不预先吸水时，混凝土的水胶比不低于0.28，所述自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005；
当所述自养护组分为多孔类轻骨料预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量W IC为20～60kg/m3来确定。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述减缩组分与补偿收缩组分间的内掺复合调控中，根据混凝土的种类和胶凝材料的总质量确定所述减缩组分和补偿收缩组分的掺量，其中，
当混凝土为强度等级高于C50的混凝土、大体积混凝土、或年平均相对湿度RH≥85%的高湿环境混凝土时，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.08～0.12，所述减缩组分的掺量为补偿收缩组分掺量的0.10～0.25；
当混凝土为强度等级低于C50的混凝土、薄壁式结构混凝土、大表面结构混凝土、或干燥大风条件服役的混凝土时，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.05～0.08，所述减缩组分的掺量为补偿收缩组分掺量的0.30～0.40。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述内掺组分与外部养护措施间的内外复合调控中，
当所述内掺组分为自养护组分时，所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类/和胶凝材料总质量来确定；其中，当所述自养护组分为高吸水率聚合物自养护组分且不预先吸水时，混凝土的水胶比不低于0.28，所述自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005；当所述自养护组分为多孔类轻骨料预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量W IC为20～60kg/m3来确定；
当所述内掺组分为减缩组分时，所述减缩组分的掺量根据胶凝材料总质量确定，所述减缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.008～0.04；
当所述内掺组分为补偿收缩组分时，所述补偿收缩组分的掺量根据胶凝材料总质量确定，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.08～0.12。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述内掺组分与被动组分间的主被复合调控中，
当所述内掺组分为自养护组分时，所述自养护组分的掺量，根据自养护组分的种类/和胶凝材料总质量来确定；其中，当所述自养护组分为高吸水率聚合物不预先吸水时，混凝土的水胶比不低于0.28，所述自养护组分的掺量为胶凝材料总质量的0.001～0.005；当所述自养护组分为多孔类轻骨料预先吸水时，所述自养护组分的掺量根据引水量W IC为20～60kg/m3来确定；
当所述内掺组分为减缩组分时，所述减缩组分的掺量根据胶凝材料总质量确定，所述减缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.008～0.04；
当所述内掺组分为补偿收缩组分时，所述补偿收缩组分的掺量根据胶凝材料总质量确定，所述补偿收缩组分的掺量为胶凝材料总质量的0.05～0.12。
9.如权利要求3-8任一项所述的方法，其特征在于，
当所述自养护组分为高吸水率聚合物，预先吸水时，所述自养护组分的掺量的确定，包括以下步骤：
确定所述自养护组分的引水量W IC；
根据所述自养护组分的引水量W IC，计算所述自养护组分的所需用量；
判断所需用量是否在凝胶材料总质量的0.001～0.005范围内，若在，则所需用量即为自养护组分的掺量，若不在，采用胶凝材料总质量的0.001～0.005作为自养护组分的掺量；
当所述自养护组分为高吸水率聚合物，且预先吸水时，混凝土强度越高，W IC取值越大，且当混凝土强度等级大于C80时，W IC取60kg/m3，混凝土强度等级小于C30时，W IC取20kg/m3。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据混凝土的种类及所处环境确定复合调控方式，其中，
当混凝土为强度等级高于C50的混凝土或为大体积混凝土时，采用自养护组分与补偿收缩组分间的内掺复合调控或补偿收缩组分与减缩组分间的内掺复合调控；
当混凝土为干旱大风环境混凝土、大表面混凝土或薄壁式混凝土时，采用外部养护措施与被动组分间的主被复合调控、减缩组分与外部养护措施间的内外复合调控、和自养护组分与外部养护措施间的内外复合调控中的一种；
当混凝土为年平均气温25～30℃，年平均相对湿度RH≥85%的高温高湿的热带海洋岛礁环境混凝土时，采用补偿收缩组分与被动组分间的主被复合调控或补偿收缩组分与减缩组分间的内掺复合调控；
当混凝土为强度等级低于C50的混凝土，或普通尺寸梁柱构件混凝土时，采用减缩组分与外部养护措施间的内外复合调控或补偿收缩组分与外部养护措施间的内外复合调控。
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