混凝土收缩开裂复合调控体系及其调控方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术将内掺组分、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。

【技术实现步骤摘要】
混凝土收缩开裂复合调控体系及其调控方法
本专利技术涉及土木工程材料
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，针对以上混凝土收缩开裂调控的现状和问题，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：根据本专利技术的一个方面，本专利技术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。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术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％，若被动组分本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，/n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、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；/n所述被动组分为纤维类材料中的一种或多种；/n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。/n

【技术特征摘要】
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、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；
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。


2.一种混凝土收缩开裂复合调控方法，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；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。


3.如权利要求2所述的混凝土收缩开裂复合调控方法，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；
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WIC为20～60kg/m3来确定。


4.如权利要求3所述的混凝土收缩开裂复合调控方法，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所述的混凝土收缩开裂复合调控方法，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；
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。


6.如权利要求2所述的混凝土收缩开裂复合调控方法，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩宇栋，丁小平，
申请(专利权)人：中冶建筑研究总院有限公司，中国京冶工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11