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探究UHPC的收缩收率的影响

发布时间：

2019-12-26

水泥净浆在凝结前，会产生约1%体积的化学减缩，O.M. Jensen等将这部分体积收缩称作“凝结收缩”(setting shrinkage)。凝结后，继续进行的水泥水化，会继续产生化学减缩形成内部孔隙，水分消耗使孔隙内湿度下降则导致外观体积收缩，即自收缩。

作为水泥基材料，UHPC同样会产生收缩。UHPC与混凝土一样，早期在没有水分蒸发损失条件下，凝结前或塑性状态产生的“凝结收缩”，体积收缩体现为表面沉降，不会影响开裂危险性。与早期开裂危险性相关的是凝结后(有了强度和刚度后)的收缩，包括自收缩、温度降低收缩、养护期后的干燥收缩。没有养护或养护不好，因表面失水过量，塑性阶段混凝土和UHPC都可能发生“塑性收缩裂缝”。良好的施工养护，可以避免塑性收缩裂缝。

与普通混凝土不同的是，UHPC的自收缩占总收缩的比例较大，干燥收缩(养护后在干燥环境失水产生的收缩)则比较小，在80~170x10-6范围(90天)。UHPC的水灰比和水胶比非常低，水泥水化到一定程度后，进一步水化消耗水分可导致较高的内部干燥，引起自收缩;其密实的结构则能够有效阻止内部水分的损失，并且干燥内部可损失的水分很少，所以UHPC的干燥收缩较小。

自收缩的动力来源于内部的自干燥。图1显示了UHPC自收缩、孔隙内湿度随龄期的变化过程。在1~10天龄期，孔隙内相对湿度下降较快，同期自收缩产生并增长较快;10~90天龄期，孔隙内相对湿度从73%缓慢地降低到68%，自收缩则几乎没有变化。

对UHPC的收缩已经有较多试验研究，但测试基点与方法不同，总收缩量的测试结果差异较大，包括早期收缩的90天总收缩量高达890~1400x10-6。评价与测试UHPC收缩的起始点应该是初凝时间点，为简化或方便试验，往往从试件成型24小时作为收缩测试的起始点(常温下UHPC初凝至终凝的时间段通常介于6~24小时)。从成型24小时开始测试与评价UHPC的总收缩，不同试验结果有较好的可比性，90天总收缩一般在490~570x10-6，纤维可使UHPC的收缩降低10~20%。

在 UHPC 凝结过程(初凝至终凝)的收缩，受到约束虽也能导致应力，但大部分应力会因徐变而松弛，故终凝前的收缩可不纳入开裂风险评估。也就是说，设计施工需要重点关注的是终凝后的收缩。2002的法国UHPC指南建议，在设计阶段没有具体试验数据时，UHPC的收缩值可按550x10-6考虑;瑞士标准中收缩参考值范围为600~800x10-6。

图1：UHPC的自收缩与内部相对湿度变化历程

工厂化生产UHPC预制构件，常采用热养护。标准的蒸汽养护制度为：升降温速率不超过15°C/h，90°C恒温48h。UHPC的收缩在经历标准的蒸汽养护过程迅速完成，体积稳定，几乎不再有收缩，参见图2。

图2：热养护对UHPC收缩的影响

对需要精确尺寸的预制构件，模型尺寸应考虑UHPC的收缩量，包括塑形阶段顶面的沉降量、常温养护总收缩量(自收缩和干缩量)或热养护过程的收缩量。

“波纹管法”是测试UHPC早期变形比较好的试验方法，试件成型封装后就能安装在试验架上开始测量，在密闭和非常低约束的条件下获得试件连续的线变形-时间曲线(参考图3)，利用曲线的拐点能够区分出塑性阶段、凝结阶段以及硬化阶段的变形，完整掌握UHPC早期变形特征(试验方法详见《超高性能混凝土基本性能与试验方法》书中附录“早期变形与自收缩试验方法—波纹管法”)。