摘要：通过普通水泥混凝土(悬浮骨架的密实结构混凝土，后文通称普通水泥混凝土)、无砂大孔隙混凝土及聚合物骨架空隙混凝土的收缩性能的对比试验研究，表明无砂大孔隙混凝土、聚合物骨架空隙混凝土比普通水泥混凝土具有较好的收缩性能，而且聚合物骨架空隙混凝土具有较好的抗压和抗弯性能。
关键词：水泥混凝土，孔隙混凝土，聚合物骨架空隙混凝土，收缩
1引言
混凝土是由固体、液体和气体三相体组成的各向异性的非均质复合材料，其内部有大量的微裂缝，在一定的条件下微观裂缝会发展并贯通形成宏观裂缝。混凝土构件产生宏观裂缝的原因很多，可分为两大类，即结构性裂缝及非结构性裂缝，前者是由外荷载或结构次应力引起，后者则是由温度、收缩徐变、不均匀沉降等引起。混凝土非结构裂缝对结构的耐久性、使用性能甚至安全可靠性有严重影响。随着水泥混凝土的广泛应用，混凝土结构往往具有较高的收缩变形。据有关资料统计，工程实践中结构的裂缝多数为非结构性裂缝，约占80％，结构性裂缝约占20％。且在非结构性裂缝中，收缩裂缝又占了相当大的比例[1]。由于混凝土抗收缩性能的影响因素很多，可以通过改变影响因素中的一种或几种减小混凝土的收缩值。通过对普通水泥混凝土、无砂大孔隙混凝土以及聚合物骨架空隙混凝土的收缩对比试验研究，得到无砂大孔隙混凝土、聚合物骨架空隙混凝土良好的收缩性能。
2收缩对比试验
2.1配合比
试验的三种混凝土采用的原材料为花岗岩石、重庆产特细砂、重庆腾辉P.O.42.5普通硅酸盐水泥、普通自来水和作者所在课题组提供的聚合物乳液。配合比如表1：
表1三种混凝土的配合比（单位：kg/m3）
注：表中YP是指普通水泥混凝土；YK是指无砂大孔隙混凝土；YJ是指聚合物骨架空隙混凝土。
2.2试件尺寸确定[2]
试件截面尺寸根据混凝土中骨料的最大粒径确定（如表2）。因选用的石子最大粒径为20mm，故试件截面尺寸应选为100×100mm，又根据规定，试件的长度至少应比采用的测量标距长出一个截面边长，拟采用标距为200mm，所以试件尺寸定为100×100×400mm。
由于在测定混凝土收缩性能的同时需测定混凝土的抗压、抗弯拉强度等性能指标，因此制作收缩试件时应同时制作相应的立方体及棱柱体试件。每组试件包括9个，分别为：
三个收缩试件100×100×400mm；
三个抗压试件100×100×100mm；
三个抗折试件100×100×400mm。
表2收缩试件尺寸选用
2.3收缩试验方法
收缩试件需要在两侧面安装千分表，因此需要安装固定仪表的测头，采用埋入式测头，固定测头时要注意使测头埋设在试件中部并保持其轴线与试件长轴一致；千分表的延伸杆采用玻璃棒，将玻璃棒端部磨平后粘结方形玻璃片，具体尺寸依具体情况而定，在固定千分表时要注意松紧适度。每组试件一次性搅拌、振捣成型，所有试件一并养护，养护三天后安装千分表（自混凝土搅拌加水开始起算），读初始读数[2]。试验装置如图1。
图1试验装置图
3试验结果分析
3.1试验结果
3.1.1收缩试验结果
根据试验目的，采集60天龄期内的试验结果。混凝土的收缩值按下式计算：
每组取3个试件收缩值的算术平均值作为该混凝土的收缩值，得到图2、表3：
由图2和表3知三种混凝土的收缩值都随龄期的增长而增长，其中普通水泥混凝土的收缩值增长较快，而无砂大孔隙混凝土的收缩值变化稍慢，聚合物骨架空隙混凝土的收缩值增长最慢。当龄期达到90天时，无砂大孔隙混凝土和聚合物骨架空隙混凝土的收缩值基本不再增长，而普通水泥混凝土的收缩值还有较大的增大幅度。就28天龄期的收缩值来看，聚合物骨架空隙混凝土的收缩值比普通水泥混凝土小58.2%，无砂大孔隙混凝土的收缩值比普通水泥混凝土小33%。龄期达到180天，聚合物骨架空隙混凝土和无砂大孔隙混凝土的收缩值仍表现出比普通水泥混凝土小56.3%和34.3%。普通水泥混凝土28天的收缩值已经超过无砂大孔隙混凝土和普通水泥混凝土180天的收缩值。表明聚合物骨架空隙混凝土和无砂大孔隙混凝土比普通水泥混凝土有较好的收缩性能，而聚合物骨架空隙混凝土的收缩性能更好。
图260天龄期内收缩试验结果
注：图中YP是指普通水泥混凝土；YK是指无砂大孔隙混凝土；YJ是指聚合物骨架空隙混凝土。
表3不同龄期内收缩值（με）
注：表中减小（%）是指无砂大孔隙混凝土混凝土、聚合物骨架空隙混凝土与普通水泥混凝土收缩值的比较。
3.1.2抗压、抗弯拉强度试验结果
根据《普通水泥混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）进行抗压、抗弯拉强度试验。试验结果如表4所示：
表4三种混凝土28天龄期的强度（MPa）
从表4可以看出，无砂大孔隙混凝土和聚合物骨架空隙混凝土与普通水泥混凝土相比同样具有较高的抗弯拉和抗压强度。
3.2空隙以及聚合物乳液对混凝土抗收缩性能的机理探讨
混凝土抗收缩性能的影响因素很多，其中内在因素包括水泥品种、水泥用量、单位用水量、水灰比、矿物掺合料种类和掺量、外加剂、骨料种类和体积含量、砂率等；外部影响因素包括环境的温湿度和混凝土结构的尺寸[3]。而聚合物骨架空隙混凝土和无砂大孔隙混凝土均具有较好的收缩性能，主要是由于空隙的存在和聚合物乳液的影响。
普通水泥混凝土是由水、水泥、骨料而形成的悬浮骨架的密实结构混凝土。而试验中采用的无砂大孔隙混凝土和聚合物骨架空隙混凝土是通过水泥结合料（或聚合物水泥结合料）固结骨料之间的接触点，形成“骨架+结点+空隙”的空间网架结构。在普通水泥混凝土中，骨料悬浮于水泥浆（硬化后称水泥石）中，那么水泥石的收缩决定了混凝土的收缩值；而在“骨架+结点+空隙”的空间网架结构中，只有结点处的水泥石能够影响混凝土的收缩。由此看来，无砂大孔隙混凝土和聚合物骨架空隙混凝土这种空间网架结构混凝土的收缩性能定比普通水泥混凝土好。
掺加聚合物乳液后，聚合物乳液均匀分散于混凝土的水泥浆中，随着水泥水化过程不断进行及水分不断蒸发，体系中水分不断减少，乳液颗粒形成絮凝，并逐渐在毛细孔表面和浆体-集料界面的局部形成聚合物薄膜（如图3）[4]，这些薄膜分布于水泥水化物和骨料之间，如果聚合物乳液掺量足够多，则聚合物薄膜形成更加完整，这将显著提高混凝土的抗收缩性能。[5][6]
图3聚合物薄膜的形成过程
4结语
聚合物骨架空隙混凝土和无砂大孔隙混凝土比普通水泥混凝土具有较好的收缩性能，而聚合物骨架空隙混凝土的收缩性能更好。也就是说，空隙的存在能够使混凝土的收缩性能得到改善。但是，在普通水泥混凝土中孔隙对强度是有较大影响的，而聚合物骨架空隙混凝土中的空隙只是作为结构的构造空间，通过加入聚合物乳液使其不仅具有较好的抵抗收缩变形的能力，而且具有较好的抗弯拉性能。
参考文献：
[1]彭振斌，混凝土收缩机理及其诊治原理[J]，混凝土，2003
[2]GBJ82—85，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法[S]
[3]张雄，混凝土结构裂缝防治技术[M]，化学工业出版社，2007
[4]申爱琴，李祝龙，王小明，聚合物乳液改性水泥混凝土的微观结构[J]，混凝土，2001
[5]赵帅，李国忠，曹杨等，聚丙烯纤维和聚合物乳液对水泥砂浆性能的影响[J]，建筑材料学报，2007
[6]赵帅，田颖，王英姿等，聚丙烯纤维和聚合物乳液增强水泥砂浆抗干燥收缩及抗裂性能的试验研究[J]，预拌砂浆，2008
