CSA高性能水泥混凝土收缩徐变研究
时晓东
(新疆梨城新创检测服务有限公司巴州841000)
摘要硫铝酸盐钙水泥(CSA)可用作混凝土的替代黏结剂，完全或部分替代硅酸盐水泥。这不仅有助于减少水泥生产中的二氧化碳排放，还能提高水泥的生产效率。然而，关于CSA黏结剂混凝土的性能，特别是其徐变和收缩的数据很少，本文通过试验分析CSA黏结剂掺入或完全取代石灰石硅酸盐水泥的高性能混凝土的体积稳定性。在自生和干燥条件下，从1天到1年测量其收缩和蠕变。结果表明：纯CSA水泥混凝土表现出快速而显著的自干缩和自收缩，但在干燥条件下的附加收缩是有限的；混合体系CMIX在干燥条件下的收缩和徐变变形均最低，干燥和密封条件的差异有限，而密封条件下的收缩和徐变都略高于干燥条件。
关键词硫铝酸盐钙水泥高性能混凝土收缩率
Study on shrinkage and creep of CSA high performance cement concrete吴哥城
Xiaodong Shi国防知识
(Xinjiang Licheng Xinchuang Testing Service Co.，Ltd.，Bazhou841000，China) Abstract Calcium sulphoaluminate(CSA)cement can be ud as an alternative binder for concrete and as a complete or partial substitute for Portland cement.This will not only help to reduce carbon dioxide emissions in ce-ment production，but also improve the efficiency of cement production.However，there are few data about the per-formance of concrete with CSA binder，especially its creep and shrinkage.This paper analyzes the volume stability of high performance concrete with CSA binder added or completely replaced by limestone Portland cement through experiments.Its shrinkage and creep were measured from1day to1year under autogenous and dry conditions.The results show that pure CSA cement concrete shows rapid and significant lf shrinkage and lf shrinkage，but the additional shrinkage is limited under dry condition;the shrinkage and creep deformation of cmix are the lowest un-der dry condition，and the difference between dry and aled conditions is limited，while the shrinkage and creep under aled condition are slightly higher than tho under dry condition.
Key words CSA;high performance concrete;shrinkage
1背景
宁波跨海大桥>红红火火的意思
硫铝酸盐钙水泥(CSA)在生产过程中可减少二
氧化碳的排放量。CSA熟料的主要成分是叶氏体
(C
4A
寒衣节是哪一天
3
S)与贝利特(C
2
S)、铁素体(C
4
AF)、镁铁矿
(C
12A
喻之于怀7
)和硬石膏等其他相结合［1－2］。通常，在CSA
熟料中加入质量约20%的硫酸钙，以调节水泥基基质的凝结时间、强度发展和体积稳定性，形成二元体系。主要的水化产物是钙矾石(AFt)，它是由叶氏体、石灰和硫酸盐反应形成的。CSA和复合硅酸盐水泥(PC)的混合物代表了纯体系的一种可能替代方案。在这些混合物中，水化过程在最初几天由硫铝酸盐钙水泥控制，而硅酸盐水泥在随后发生反应。AFt在早期水化过程中的沉淀主要负责材料性能的发展，如快速凝固、快速硬化或收缩补偿膨胀。在最初几天的快速CSA反应之后，PC开始反应，导致长期的性能改进［3－4］。
20世纪70年代，我国进行了一项关于硫铝酸盐钙和硫铝酸盐贝利特钙水泥的大型研究计划，旨
［作者简介］时晓东(1986－)，男，工程师，主要研究方向：高性能混凝土耐久性。
在提高对这类黏合剂的认识。20年的生产经验和使用经验认识了水泥和水泥的标准化混凝土混合料成分。该程序的主要结果是需要关注这些材料的快速硬化行为，这是其最有用和最强大的特性，尽管这也是最复杂的控制方面。中国的经验是迄今为止CSA的规模和复杂性的研究计划的唯一例子［5－6］。近年来，在基本了解CSA的化学和物理性质方面取得了重大进展。然而，CSA的实际应用仍然
局限于利基产品，例如用作补偿PC混凝土收缩的膨胀剂、用于生产自流平找平层、用作道路工程的密封砂浆和用作瓷砖结合料［7－10］。
本文的目的是研究含有纯CSA或PC混合料的混凝土系统在自生和干燥条件下的收缩和徐变演化的变形行为。过程涵盖了混凝土脱模后至1年龄期的阶段，强调了在有无外部机械荷载的情况下，两种研究条件对基质稳定性的可能相互作用。将试验结果与根据模型代码2010和ACI209.Ｒ－92(1992)的收缩和徐变预测进行比较，以突出与基于PC的混凝土的差异，并评估是否需要为这些系统开发新的预测模型。2材料和方法
2.1材料
本研究考虑了三种由①纯CSA、②PC(CEMⅡA －LL42.5Ｒ)和③两种混合物(质量比50/50)制成的混凝土；在下文中，将它们分别标记为CCSA、CPC 和CMIX。CSA的主要组分为：叶氏体53.0，硬石膏18.7，布雷迪石10.7，C
2
S7.7。选择PC是为了稳定碳酸钙在水化过程中形成的钙矾石，其组成(以质量计)为:C3S55.4、C2S9.3、C3A3.3、C4AF9.7和方解石12.4。
配合比设计目标是在加水45min后达到相同的28天强度等级C50/60和至少160mm的坍落度。为了达到相同的强度等级，三种混合料中的水灰比和水泥用量不同(表1)，而骨料总量相似。三种混合料的糊状物体积几乎相同。混合料用硅质粗圆形骨料(最大直径20mm)和河砂制备。所有混凝土均采用液态聚羧酸系高效减水剂。在含CSA水泥的混凝土中加入柠檬酸作为水化缓凝剂，碳酸锂作为固化剂，均为粉末状。使用CEMⅡA－LL42.5Ｒ和商用CSA水泥。混合料比例见表1。
混凝土混合料设计(kg/m3)表1项目CPC CCSA CMIX
PC450－200
CSA－350200
沙子0.20 0.35258265255
沙子0.6 1.0197202195
沙子1.5 2.5262270260砾石3 4142146141砾石6 10335344331砾石10 20584600578
SP(%黏结剂) 1.00.30.5
阻滞剂(%黏结剂)－0.40.5
促进剂(%黏合剂)－0.10.2水157.5175180
w/c0.350.50.45
2.2混合过程
在混合之前，所有的集料在50%ＲH干燥。配合比设计中考虑了获得饱和表面干燥(SSD)条件所需的额外水量及所有骨料在SSD条件下约1%的质量吸收率。使用高剪切搅拌机。首先，将所有干的集料放入总混合器的1/3的混合器中，然后混合10s和2min的休息时间以完成吸收。然后加入水泥，混合过程开始，逐渐加入剩下的水并使其均匀化
葵花籽是果实吗1分钟。随后加入外加剂，从高效减水剂开始，随后两种粉末混合，每次加入后混合1min；最后一分钟的混合之后：如果它是均匀的，混合操作结束，否则，最后一步增加1min。整个混合操作所需的总时间约为5 6min。
2.3工作性检测
按照相关规范要求测量混凝土的坍落度、含气量和密度。
2.4抗压强度
在每一试验龄期的重复立方体样品(边缘150mm)上，分别在1天、7天和28天进行抗压强度测试。将塑料模具分两层填充，每次浇注后振动10s，制成样品。样品储存在温度为(20ʃ0.5)ħ、相对湿度大于95%的气候室中，并用塑料板覆盖养生。样品在24h后脱模，并保存在同一气候室中，直到测试。在测试之前，把立方体在两个加载面抛光。
2.5收缩徐变
在自生和干燥条件下，测量了有负荷和无负荷(蠕变和收缩)下的体积变化1至364天。特别是对于蠕变，CMIX的监测时间长达1年，而对其他混合料的测量在182天后停止，因为与CMIX相比，它们的基本性能稳定。还决定在环境相对湿度方面偏离SIA262/1:2013F，收缩和徐变样品以及不同年龄下的加载步骤的相对湿度为57%，而不是70%。这些变化被用来观察更高的变形响应(在较低的相对湿度下)，并在强度演变后提高应用应力。
试样为120ˑ120ˑ360mm3的棱柱体，用不锈钢铸模铸造，覆盖塑料板，在(20ʃ0.5)ħ、相对湿度＞95%的气候室中浇铸后第1天贮存。24h后，当测试开始时，样品被脱模。为每个试验和条件准备两个样品。对于每一个样品，两个测量要在样品两侧(250ʃ1)mm的距离处胶合，注意避开铸件表面。这样，就可以对两个样品中的每一个进行两次长度测量。考虑到干燥条件，样品的所有表面都暴露在(20ʃ0.5)ħ和(57ʃ3)%相对湿度的环境中，而密封条件则是在脱模后用胶带完全覆盖样品，以避免水分损
失。收缩样品水平存放在两个薄叶片支架上，以便从其所有表面干燥。重复的蠕变样品一个接一个垂直放置在液压蠕变台上，中间有一块金属板。这样，可以对重复的样本施加相同的负载。为了研究CSA水泥的早期蠕变演化，对CSA水泥的快速硬化行为和增加荷载时的蠕变演化具有特别重要的意义。第一个加载步骤发生在第1天之后，第二个加载步骤发生在第7天之后，最后一个加载步骤发生在第28天之后，这样总施加应力σ对应于加载时抗压强度的1/3。然而，由于蠕变试验装置的承载能力有限，一些试样仅以抗压强度的1/4加载。
在选定的年龄段，使用配有数字变形传感器的比较仪(分辨率为0.001mm，对应于250mm测量底座的4μm/m)手动测量变形，收缩和蠕变结果用应变ε(μm/m)表示；蠕变数据是从总应变中减去瞬时变形引起的应变(假设发生在加载前和加载后约5分钟之间)并减去在收缩样品上测量的收缩应变得到。
3试验结果分析
3.1新拌混合土状态
表2总结了新拌混凝土的结果。当CPC和CMIX含气量为1.5%时，混合设计阶段的密度略低于预期值。在坍落度方面，CSA基混合料具有较高的初始和易性，没有骨料离析现象。
新拌混合土状态表2项目CPC CCSA CMIX
初始坍落度180250225
密度(kg/m3)236823552309 239223522346
空气含量(%) 2.5 1.3 3.2
3.2抗压强度
在28天之前监测抗压强度的变化，结果如图1所示。与之前对相同混合料成分的研究相比，这些混合料在28天时达到较低的抗压强度，这是因为混凝土含气量较高，也可能与本次活动中使用的不同混合器有关。
图1抗压强度结果，
2个样品的平均值和标准偏差3.3收缩率
在自生和干燥条件下的收缩结果如图2所示。
虚线表示密封状态，连续线表示暴露在气候室环境中的样品(20ħ和57%ＲH )。在干燥条件下，CPC 表现出最快的演变和最大的收缩值。同时，在自生条件下，所有混合料的1年最终收缩率相似(CPC 、CCSA 和CMIX 分别为－212、－204、－228μm /m )。CPC 和CCSA 的变化趋势相同，CMIX 在时间上表现出一种特殊的变化趋势：初始收缩达7天，随后膨胀至28天，稳定期达35天。从此时起，CMIX 又开始收缩：先迅速收缩到56天，然后以较慢的稳定速率收缩。在这第二个收缩期内，自生条件的曲线与干燥条件下的收缩曲线交叉(但差异仍然很小，约为
50μm /m )。
与CPC 相比，CCSA 和CMIX 的总收缩率更低，尤其是在干燥条件下。3.4
蠕变
图3显示了三种混合料的蠕变演化过程。本文分别对应于基本蠕变和干燥蠕变分析在自生和干燥条件下的结果。在干燥条件下，当应用应力值不同时，儿童游乐项目
CPC 的蠕变明显高于CCSA 和CMIX 。此外，CPC 混凝土的干燥蠕变和基本蠕变之间的差异最大。对于CMIX 混凝土，在大约42天后，基本蠕变变得大于干燥蠕变；对于图2(c )中的收缩结果，可以观察到在密封条件下比在干燥条件下更大变形的类似行为
。
图2自生(A )和干燥(D )收缩结果，
2个样品的平均值和标准偏
差图3基本蠕变和干燥蠕变结果，显示了在1、
3和28天施加的应力4结论
本文分析了CSA 水泥基高性能混凝土(HPC )
及其与硅酸盐水泥的共混体系在自密实和干燥条件
下的收缩徐变演变规律。研究了三种基于不同水泥体系的混凝土混合料：复合硅酸盐水泥(CEM Ⅱ－LL 42.5Ｒ)、
CSA 和两种混合水泥(质量比为50/50)
