基于溶液缓释调节的轻骨料混凝土体积稳定性控制研究

The control of volume change induced by shrinkage of lightweight aggregate concrete (LWAC) is always being a challenging problem for researchers and engineers for many years. Since the shrinkage of LWAC are significantly affected by the moisture release, migration and evaporation other than raw materials, proportions, curing and loading conditions of LWAC, this research treats the LWA as a functional medium, and proposes a multi-modification on the behavior of moisture in LWAC by modifing the solution sucked by LWA, the surface microstructure of LWA, and the surface the LWAC. And three tracing methods, which are fluorescent staining, isotope labeling and element scanning, will be used for monitoring the moisture release and migration in LWAC. Meanwhile, the properties of LWAC will be evaluated by testing the mass loss, volume stability and development of mechanical properties of multi-modified LWAC. Thus, the relationship will be built among the behavior of moisture, volume change and development of mechanical properties. In that case, the cooderated progress of those properties will hopefully minimize the volume shrinkage by the proposed multi-modification. Respecting this promissing modification, the expected theories and techniques gained from this research will fulfill the gap of related knowledge and will significantly promote the developing of LWAC in civil engnieering.

如何有效控制轻骨料混凝土的收缩带来的体积稳定性问题一直是学术和工程界研究的重点和难点之一。鉴于轻骨料混凝土体积稳定性除与原材料及配合比、外界养护、荷载条件等有关外，还与混凝土内部水分迁移和损失密切相关。本申请项目拟将轻骨料作为一种溶液缓释改性的功能载体，通过对其饱和的溶液、轻骨料表层微观结构以及混凝土表层结构的处理改性，并采用荧光染色、同位素标记、元素能谱扫描的示踪方法来研究轻骨料内部溶液释放及其在水泥石中的迁移行为；结合经改性处理后的轻骨料混凝土水分损失、体积稳定性及力学性能的发展规律，尝试找出水分迁移、损失与其他宏观性能之间的内在关系。最终通过调节轻骨料混凝土内部水分释放、迁移及损失，使其与混凝土体积变化及力学性能协调发展，达到显著提高轻骨料混凝土体积稳定性的目的。研究结果有望为轻骨料混凝土收缩控制及应用技术水平的提高提供新的方法与理论参考。

相比普通水泥混凝土材料，轻骨料混凝土通常由于其内部自由水分含量较高、轻骨料弹性模量较低等原因，导致轻骨料混凝土硬化后因水分损失引起的体积变形较大。本项目拟通过对轻骨料内部溶液缓释改性和对轻骨料混凝土表层密封处理，以期达到缓解和控制轻骨料混凝土因水分迁移和损失导致的体积变形过大的问题。根据上述目的，本项目经过试验，主要研究结果和发现说明如下：.首先，本项目通过研究影响轻骨料混凝土体积稳定性的多种因素，结果发现由轻骨料引入到混凝土内部水分的多少是影响轻骨料混凝土干燥收缩的主要因素，轻骨料引入的水分越多，虽然这些水分有利于抑制混凝土早期干燥收缩，但混凝土水分损失总量增大，最终导致轻骨料混凝土收缩发展持续时间长，最终收缩越大。因此控制轻骨料混凝土干燥收缩的关键仍然是抑制轻骨料混凝土内部水分的迁移和损失。.其次，试验采用几种有机聚合物乳液和憎水性溶液对轻骨料内部溶液进行了改性，通过测试用溶液改性的轻骨料制备的混凝土的水分损失和体积变形、力学性能和耐久性等，结果发现成膜型的聚合物乳液饱和轻骨料后，混凝土水分损失和干燥收缩并不比对照组水饱和轻骨料混凝土组小。通过微观试验研究发现，轻骨料表层致密的釉层阻碍了有机高分子乳液进入轻骨料内部，最终导致了这种技术措施失效。.然后，为了更好地利用表面密封剂来控制轻骨料混凝土水分损失，课题采用了常规测试方法对密封剂处理的混凝土在经历恶劣条件前后性能变化进行了评价，结果发现：以环氧树脂为主要组分的表面密封剂在保持水泥基材料强度、降低吸水率和气体渗透性方面表现最佳，原因是环氧树脂基的表面密封剂的覆盖性较好，且硬化后的成膜较为致密，而其他类型的密封剂在初始硬化成膜后表面就存在一些微孔、微裂缝等缺陷；.最后，试验测试了经表面密封处理的轻骨料砂浆的力学性能、水分损失和干燥收缩率以及吸水速率，结果发现随着水泥基材料体系中水饱和轻骨料体积的增加，体系水分损失随之增加。体系早期干燥收缩随着轻骨料体积的增加而降低，但后期收缩随着轻骨料体积的增加显著提高。当采用合适的表面密封处理措施后，轻骨料砂浆体系综合性能受外界干燥养护条件影响可显著降低。