超高性能混凝土收缩性能研究综述|装修心得网

2024年7月2日发(作者：现代别墅设计案例分析)

◆本期专题◆

超高性能混凝土收缩性能研究综述

马必聪，周富坚，翁贻令

（广西路桥工程集团有限公司，广西南宁530200）

摘要：收缩变形特性是水泥基材料性能研究的关键技术问题之一。超高性能混凝土（Ultra-HighPerformanceConcrete，UHPC）

具有优异的收缩性能，其收缩率远大于普通混凝土，研究并掌握UHPC收缩特性是降低结构开裂风险的关键。文章综述UHPC

的收缩机制和收缩发展过程，总结影响UHPC收缩的关键因素和减缩措施的研究进展。研究综述表明：UHPC以自收缩为主导，

在加速水化阶段增长迅速；硅灰、高活性掺合料和养护制度对收缩呈正相关影响，水泥、水胶比、低活性掺合料和惰性填料对收

缩呈负相关影响；纤维的掺入能有效降低收缩，但随着掺量的增加，收缩效果明显下降；调节水化反应、提高内部相对湿度

（IRH）、抑制体积变化和引入内力等措施均能缓解收缩。

关键词：超高性能混凝土；收缩机理；收缩发展；组分影响；减缩措施

中图分类号：U414文献标识码：A文章编号：1674-0688（2023）06-0072-08

0引言

本文对UHPC收缩性能研究进行综述，从收缩机

理和发展规律出发，分析材料组分与养护制度对收

缩的影响，并介绍降低收缩的措施，以期为UHPC的

发展提供参考。

超高性能混凝土（UHPC）是具有高强度、高韧性

和高耐久性能的水泥基复合材料

［1］

，广泛应用于大跨

径桥梁、超高层建筑等领域

［2-3］

。相较于常规混凝土结

构，UHPC在同等承载力条件下的重量仅为普通混凝

土的1/3或1/2，因此特别适用于恶劣条件下的桥梁

建设。对于高交通量地区的桥梁建设，UHPC是理想

的选择，因为它可以提供更长的跨度、更强的承载

力，并且具有较低的修复需求

［4］

。此外在实际生产中，

UHPC可以制造更多的细长结构，增加高层建筑的可

用楼层空间，从而降低总体成本

［5-6］

。

尽管UHPC具有卓越的力学性能和耐久性，但其

收缩率显著大于普通混凝土，导致UHPC开裂风险更

6］

高

［4，

。UHPC试件普遍存在高收缩现象，增大了开裂

和劣化的风险，也影响了UHPC的适用性、耐久性和

美观性。在收缩发展过程中，试样的早期收缩显著。

早期收缩不仅会对UHPC构件尺寸稳定性造成影响，

而且可能导致微裂缝的产生。随着混凝土老化，这些

微裂缝可能会增大UHPC结构对物质渗透的脆弱性，

从而导致其进一步劣化。混凝土收缩是一个长期发

生的过程，会对建筑结构的安全性和耐久性产生严

重影响

［2］

。研究UHPC收缩特性，降低收缩是促进

UHPC应用的关键工作之一，也是研究热点。

1.1

UHPC收缩特性

收缩机理

混凝土的收缩主要是由自收缩和干燥收缩2个

部分组成。其中，自收缩是混凝土自身引起的体积变

化，与外界因素无关，主要包括化学收缩和自干燥收

缩。化学收缩是水泥发生水化反应引起的体积减小，

自干燥收缩是由于混凝土进行水化反应后，UHPC内

部的自由水含量减少导致孔隙毛细管负压增大，进

而使体积减小

［1-2］

。干燥收缩是当外部相对湿度低于

UHPC内部相对湿度时，UHPC内部的自由水迁移到

所示为通过查找参考文献统计的UHPC自收缩应变

值，从图1可知，UHPC的自收缩为400~800με

［8-16］

，

远大于自收缩为20~100με的普通混凝土

［17-18］

，

UHPC的干燥收缩率小于普通混凝土，但从总收缩值

19-21］

来看，UHPC的收缩也远大于普通混凝土

［10-11，

，因

7］

外部，从而产生毛细管负压，导致体积减小

［2，

。图1

此其服役后面临比普通混凝土更大的收缩开裂

风险。

【作者简介】马必聪，男，广西崇左人，本科，任职于广西路桥工程集团有限公司，高级工程师，研究方向：道路桥梁；周富坚，男，广西南宁人，本科，

任职于广西路桥工程集团有限公司，研究方向：材料工程；翁贻令，男，广西武宣人，硕士，任职于广西路桥工程集团有限公司，中级工程师，研究

方向：材料工程。

【引用本文】马必聪，周富坚，翁贻令.超高性能混凝土收缩性能研究综述［J］.企业科技与发展，2023（6）：72-79.

20236500

石的形成构建了刚性骨架，使拌合物的抵抗收缩能

力提高。

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文

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图1文献中UHPC自收缩应变值

在UHPC中，胶凝材料如果用量大、水胶比低，将

会导致内部水分无法完全支持胶凝材料的水化反

应。当胶凝材料水化时，由于孔隙内部没有足够的自

由水支持水化反应，因此会产生较大的毛细管负压，

进而造成较大的自收缩，使UHPC的自收缩远大于普

通混凝土

［22］

。在UHPC服役期间，其高密实度的特点

使内部自由水难以向外界迁移，导致毛细管负压难

以产生，因此其干燥收缩小于普通混凝土。

1.2收缩发展规律

在密闭条件下，UHPC无法与外界交换自由水，

因此测得的收缩主要为自收缩。干燥收缩可以通过

非密闭条件下的总收缩减去自收缩计算

［13］

。

对于何时开始测量UHPC的收缩，目前仍存在不

同的意见。一些研究提出了以下几种测量收缩起点

的标准：终凝时间、收缩拐点

［16］

、收缩开始发展

［14］

和

内部相对湿度降低

［15］

。不同测量起点对收缩测定的

结果产生的影响很大。例如，HAO等

［15］

分别使用终凝

时间和内部相对湿度降低作为收缩起点，得到的收

缩曲线差异较大。以终凝时间为起点的收缩曲线远

大于以内部相对湿度为起点的收缩曲线。为便于研

究，有些学者将试块成型1d后作为收缩起点进行

测量

［15］

。

图2为文献［1］中的UHPC收缩发展阶段图，从

图2可以看出，UHPC的收缩呈现早期收缩发展快、

15］

幅度大，后期收缩发展缓慢、幅度小的特点

［1，

。该收

缩曲线的发展可分为4个阶段：第一阶段为休眠热阶

段，在混凝土拌制过程中会产生大量摩擦，导致混合

物温度高于室温，当混合物温度下降时，收缩开始发

生；第二阶段为休眠中性阶段，拌合物温度降至室

温，此时收缩停止，但尚未发生水化反应；第三阶段

为加速水化阶段，水泥剧烈水化，导致孔隙水分和水

化产物被消耗，从而产生自干燥效应和负毛细管压

力，使收缩急速增加；第四阶段为稳定水化阶段，收

缩速率减缓，在水化产物中开始有钙矾石生成，钙矾

图2收缩发展曲线

［1］

2影响UHPC收缩的主要因素

2.1原材料对收缩的影响

2.1.1水泥和水胶比

水泥和水胶比对自收缩的影响如图3所示，从图

3中可以看出，自收缩随水胶比减小而减少。增加胶

凝材料中的水泥含量会导致水胶比减小，自由水的

含量随之减少，从而增强自干燥作用。因此，随着水

16，23］

泥含量的增加，自收缩会增加

［9，

。

PEILIANG等

［24］

对5组不同水胶比的自收缩过程

进行研究。结果表明，在龄期60d时，随着水胶比的

增大，自收缩逐渐减少，其中0.16的水胶比产生的自

收缩比0.24的水胶比的自收缩高约25%。FU等

［23］

研

究了4个水胶比值对干燥收缩的影响，实验结果表

明，当水胶比从0.17增加到0.21时，28d龄期干燥收

缩显著增加49.66%，当水胶比从0.21增加到0.23时，

干燥收缩增量明显减小。水胶比会影响UHPC的内部

孔结构，较低的水胶比可以细化孔隙结构。然而，当

水胶比大于0.2时，UHPC的密实度会降低，孔隙结构

增加，导致其优化孔结构的能力下降

［23-24］

。

UHPC的水胶比较低，水泥无法完全水化，随着

水胶比的减小，水泥水化程度下降。在水化反应进行

过程中，水化产物会细化基体内部孔隙结构，导致自

由水与外界传递的通道减少，从而降低干燥收缩率。

水胶比减小，自由水含量就会减少，在水化反应中，

自由水消耗会更多，当水化产物细化孔隙后，自由水

的减少使其填充的孔隙更少，导致毛细孔负压增加，

从而加剧自收缩。尽管随着水泥含量的增加，干燥收

缩率有所下降，但总收缩值仍在增大。

2.1.2硅灰

硅灰具有较大的比表面积和高度的火山灰活

图3水胶比对自收缩的影响

［16］

性。硅灰的加入对UHPC的收缩会产生较显著的影

响，导致其收缩程度进一步加剧。在硅灰掺量不断增

加的情况下，UHPC在早期自由收缩阶段表现出更高

水平的收缩趋势。

FU等

［23］

通过对7种硅灰掺量的UHPC进行干燥

收缩研究发现，硅灰的加入会导致干燥收缩率增加，

硅灰的水化反应和孔隙细化作用会加剧UHPC的自

收缩

［23-24］

。因为具有较高的火山灰活性，所以硅灰能

加速水泥的水化反应速率。随着硅灰掺量的增加，水

泥的水化速率进一步加快，导致浆体内部水分迅速

失去、相对湿度降低，从而加快UHPC的自收缩过程。

与此同时，水泥水化反应速率提高，水化产物会更快

地细化孔隙结构，使自由水更难向外界传递，从而降

低干燥收缩的程度。硅灰的加入替代了部分水泥，细

小的硅灰颗粒填充作用使UHPC基体更加致密，从而

降低干燥收缩。

2.1.3纤维

在UHPC中加入纤维主要是为了提高UHPC的

韧性和强度。纤维除了能提高UHPC的韧性和强度，

还能有效抑制自收缩。一方面，纤维作为基体的刚性

骨架抑制收缩；另一方面，纤维能破坏孔隙结构，释

放孔隙中的水分，减少水分交换，从而降低干燥

9，25］

收缩

［8，

。

UHPC使用的纤维以钢纤维为主，适量掺入钢纤

维能够大幅提高UHPC的力学性能、降低收缩，但钢

纤维掺入量过高，减缩能力则会下降，因为钢纤维掺

入过多会影响自身分布，引入更多界面，使减缩效果

下降。钢纤维的直径、长度和类型对UHPC的性能有

不同的影响

［26］

。钩状纤维具有钩状结构，使其与基体

结合得更好，因此具有更强的抑制收缩能力，此外混

杂纤维比单一直纤维具有更强的减缩效果。相较于

纤维的类型，纤维的长度对收缩的影响更显著，较长

的纤维可以占据较多的基体空间，与基体结合更紧

密，从而进一步提高UHPC的抑制收缩能力。

除钢纤维外，植物纤维也可以改善UHPC的收缩

性能。例如，剑麻纤维具有内养护性能，能够有效改

善收缩问题

［27］

。相关研究表明聚合物纤维减缩效果

不明显，聚丙烯纤维减缩效果不如钢纤维和植物

纤维

［28］

。

总之，纤维的加入对提高UHPC的性能具有重要

作用，但在纤维的选择和使用方面，需要根据具体情

况进行综合考虑，以获取最佳效果。

2.1.4矿物掺合料

UHPC的较高胶凝材料用量和低水胶比的特点

使水泥不能完全水化，因此研究人员通常会将多余

的水泥替换成其他胶凝材料以降低成本

［29-30］

。UHPC

中的矿物掺合料除硅灰外，还有粉煤灰、矿粉和钢渣

粉等

［31-32］

。矿物掺合料的火山灰效应能够与水泥水

化过程产生的Ca（OH）在等量

发生二次水化反应，

替代水泥的情况下，能够降低水泥水化速率，延缓收

缩发生。此外，矿物掺合料的填充效应也能在一定程

度上抑制收缩，粒径较小的粉煤灰可以填补UHPC内

部的细小空隙，提高混凝土的密实度，降低干燥

收缩。

JINMING等

［32］

探讨将15%、30%和50%的粉煤

灰掺入水泥后对其自收缩性能的影响。结果表明，随

着粉煤灰掺量的增加，7d龄期时的自收缩率显著下

降。其中，当掺入50%的粉煤灰时，自收缩率约降低

70%。随着水泥被粉煤灰替代的比例增加，水泥水化

早期产生的Ca（OH）

不能满足粉煤灰的二次水化反

应，UHPC的早期水化反应和自收缩率较低

［16］

，随着

水泥水化的发展，在后期产生足够的Ca（OH）粉煤

，

灰能够再次水化并进一步降低收缩。此外，随着粉煤

灰用量增加，水泥用量降低，水泥水化消耗的自由水

减少，因此水泥内部相对湿度在较长时间内保持较

高的水平，从而使粉煤灰试样的自干燥和自收缩现

象明显减少

［23］

。

矿粉与粉煤灰对收缩的作用相似，但由于矿粉

表面粗糙，其吸收水分的能力更强，因此在使用相同

的水量时，矿粉的水化程度会降低，从而导致较强的

收缩作用

［33］

。此外，JINMING等

［32］

的研究表明，在掺

入15%的情况下，矿粉比粉煤灰能更有效地降低收

缩作用。随着取代率的增大，所有的矿粉更不容易被

消耗，大量未水化的矿粉颗粒充当基体中的填料，导

致更少的水化产物和更低的收缩。类似于矿粉的作

20236500

用机理，钢渣粉也能等量替代水泥，稀释水泥的分

布，降低水化速率，还具有优化孔隙结构、降低干燥

收缩的作用

［34］

。

因此，在UHPC掺合料的设计中，需要综合考虑

组分的类型和使用量，以达到最佳的收缩性能。同

时，需要注意掺合料的质量和活性，确保其最大限度

地发挥作用。

2.1.5掺合料混合对收缩的协同影响

UHPC中SCMs（辅助性凝胶材料）的使用量较

大，从活性、成本、对水化作用进程的影响来看，单一

掺合料存在一定的局限性，因此常常采用多元掺合

料协同作用。UHPC的多元胶凝材料体系通常由硅

灰、高炉矿渣粉、粉煤灰微珠、偏高岭土等高活性掺

合料和粉煤灰、钢渣粉、石灰石粉等低活性和惰性掺

合料组成。

为进一步降低收缩效应，许多研究也选择使用

其他胶凝材料替代硅灰

［35-36］

。LI等

［37］

探讨了石灰石

粉—硅灰—水泥三元混合掺合料和硅灰—石灰石

粉—矿渣—水泥四元掺合料对收缩的影响（如图4所

示）。从图4来看，在7d龄期之前，四元体系的收缩增

长速率较快。水化早期矿粉主要起稀释作用，后期才

发挥火山灰活性。石灰石粉和经过磨细的矿粉则能

够提供水化产物的成核位点，加快水化反应速率，进

而加速收缩。此外，惰性填料可填充孔隙，降低干燥

收缩。在7d龄期之后，三元体系的收缩增长速率略

快于四元体系。这是因为四元混合料掺入矿渣，额外

消耗了更多水分，而三元混合料还能进一步水化，增

大自收缩发展。

图4三元、四元体系收缩发展比较

［37］

ZHAN等

［30］

探讨由偏高岭土、粉煤灰、粒化高炉

矿渣、玻璃粉和钢渣粉组成的复合掺合料对干燥收

缩的协同作用。试验结果表明，所有混合掺合料均能

降低干燥收缩，但降低幅度不一。钢渣粉活性比粉煤

灰、矿粉低，在UHPC中只能充当填料。钢渣粉和偏高

岭土复合，偏高岭土火山灰活性高，在早期水化反应

程度很高，从而填充孔隙结构，降低干燥收缩并增大

自收缩。相比之下，偏高岭土与粉煤灰复掺，由于在

水化早期粉煤灰的活性相对较弱，所以生成的C-S-

H（水化硅酸钙）较少，能填充的孔隙有限，粉煤灰对

32］

UHPC早期干燥收缩的改善作用并不明显

［30，

。偏高

岭土与矿渣复合会使减缩效果变差，原因是矿渣具

有更大的比表面积且粗糙的表面能够吸收更多的水

分，使毛细孔中的自由水含量减少，从而增大毛细管

负压

［32］

。此外，钢渣和偏高岭土复合会降低减缩效

果；玻璃粉在早期可以降低偏高岭土的活性，因此早

36，38］

期干缩更大

［34，

。

总之，混合掺合料的种类和使用量对UHPC的收

缩性能影响显著。在混合掺合料的选择上，需要综合

考虑各种掺合料的特性和协同作用，达到最佳的收

缩性能。当前，对混合掺合料协同效应的研究尚不够

全面和深入，需要加强研究。

2.2养护制度对收缩的影响

混凝土养护的主要目的在于通过水泥的完全水

化，使混凝土具有较高的强度和耐久性。UHPC在自

然条件下水化是一个长期发展的过程，可达10年以

上，同时伴随收缩应变的产生。为获得更高的早期性

能，也为加速UHPC的收缩发展，避免结构在服役过

程产生较大变形导致开裂，UHPC的养护通常采用热

处理方式。热处理可以提高UHPC的水化程度，使微

观结构更加致密，从而提高强度、减少收缩裂

缝

［39-40］

。养护只会影响收缩的进程，对收缩总值的影

响并不大。

黄政宇等

［39］

的研究表明，在热养护条件下，

UHPC的收缩发展呈现出以下规律：当UHPC的温度

升至50℃之前，收缩基本没有发生；随着温度升至

70℃，UHPC的收缩速率迅速增长，经过10h的热养

护，收缩基本完成。在养护过程中，热水环境可以为

低水胶比的UHPC提供足够的水分，并在一定程度上

促进水化反应的发生，从而生成更多的水化产物，提

39］

高基体的致密性

［12，

。值得注意的是，养护阶段由于

外界相对湿度较高，UHPC内部的自由水不会流失到

外部，因此干燥收缩的发生几乎可以忽略不计

［41-42］

。

此外，养护结束后，由于UHPC具有高密实性和水化

产物优化孔隙结构等特点，因此其外部水分的迁移

速率较慢，干燥收缩的程度远小于普通混凝土

［43］

。

UHPC在应用过程中存在显著的火山灰效应。热

养护处理不仅可以促进水泥的水化速率，还能增强

SCMs的火山灰效应。由火山灰效应产生的C-S-H凝

胶可以填充UHPC的细小孔隙，从而提高其密实

度

［44］

。然而，热养护对于早期收缩增长有一定的加速

作用，这是因为水化速率的加快使水化产物不断细

化孔隙结构，从而阻碍自由水的传递。在UHPC内部，

毛细孔应力急剧增加时，会导致自收缩快速增长，同

时干燥收缩随之降低。

在当前的UHPC生产中，通常广泛采用热养护制

度确保产品性能和品质。但是，这种做法增大了施工

的能耗。因此，降低UHPC养护阶段的能耗成为进一

步研究的方向。

3.1

UHPC减缩措施研究

调节水化反应

水化反应的化学收缩是影响自收缩的重要因素

之一，因此通过对水化反应过程进行研究和调控，可

以有效解决UHPC的收缩问题。在水化反应中，水泥

和硅灰是主要参与组分，而采用低活性矿物掺合料

和惰性填料代替水泥和硅灰的方法已被证实可以有

效降低UHPC的收缩量。此外，通过降低混合温度抑

45］

制水化反应也是一种可行的方法

［33，

。

YANG等

［29］

采用石灰石粉（LP）替代水泥，可以

显著抑制混凝土的自收缩，随着LP掺量的增加，混

凝土的自收缩程度逐渐减小。产生这种现象的原因

主要有两点：一是更多的LP导致更多的未水化颗粒

存在于混凝土中，阻碍了混凝土的自收缩；二是LP

的添加可以提高混凝土的堆积密度，减少用于填充

的水分，释放出更多的自由水，并降低混凝土内部相

对湿度的下降速率，从而进一步减缓混凝土的自收

37］

缩程度

［29，

。

［46］

的研究发现，将稻壳灰掺入UHPC中可以

有效降低其收缩，当掺入20%的稻壳灰时，收缩几乎

可全抑制。稻壳灰不仅可以替代水泥降低部分收缩，

其多孔结构还能发挥内养护作用，因此将稻壳灰与

混凝土混合使用可以更好地补偿收缩。

也有研究表明，使用碎冰代替部分自由水可以

降低混凝土的自收缩。例如，XIE等

［11］

的研究发现，加

入碎冰能够降低混凝土的自收缩。此外，碎冰的加入

可降低UHPC的混合温度，减缓水化速率。虽然碎冰

在早期会使水化程度降低，导致UHPC的强度有下降

的可能，但是当水化反应完全进行后，整体强度并不

45］

会下降

［11，

。

3.2提高内部相对湿度

自干燥收缩是导致UHPC收缩的主因，是基体内

部相对湿度（IRH）降低。解决IRH降低的问题，目前

采用的主要方法是内养护。饱水轻骨料（LWA）和超

吸水性树脂（SAP）是常用的内养护材料，这些材料在

水化过程中会释放水分，并填充毛细孔隙，从而缓解

47］

毛细管负压并降低UHPC的收缩

［13，

。LWA作为掺

入的骨料具有较粗的粒径，对UHPC的强度影响较

大；粒径较细的多孔结构则容易被磨损，导致其吸水

能力下降。LWA作为一种粗骨料，少量掺入可以提高

UHPC的强度，但减缩效果不太明显；掺入过多，减缩

效果虽然有所提升，但是强度会大幅下降，原因主要

是粗骨料的掺入会增加基体与骨料之间的过渡区

域，使孔隙率增加。此外，LWA是一种多孔结构材料，

掺入量过大会降低UHPC的强度

［48］

。

SUNG等

［41］

的研究表明，不同吸水量的SAP对

UHPC的收缩有显著影响。SAP能有效抑制UHPC的

收缩行为，尤其当SAP含有足量的自由水时，能够完

全抑制UHPC的自干燥现象。然而，SAP吸水过多会

增大混凝土的实际水胶比，降低抗压强度

［49］

。KAIZHI

等

［50］

的研究发现，浮石的吸水量和粒径大小会对

UHPC的干燥收缩产生影响。较大粒径的饱水轻骨料

能更好地吸水并表现出更强的减缩能力，但在后期

会引起收缩增长的现象

［51-52］

。

针对这些问题，在选择内养护材料时应根据具

体情况控制掺量。同时，应注意UHPC的强度和减缩

效果之间的平衡，确保混凝土的整体性能。

3.3抑制体积变化

刚性骨架结构能有效抵抗UHPC收缩引起的体

积变化。纤维和粗骨料都能增强混凝土的刚性骨架

结构，能更有效地抑制UHPC的收缩行为。

将适量的钢纤维掺入UHPC，可以分散毛细管干

缩应力，有效缓解UHPC的局部应力集中，减弱

UHPC的收缩行为

［25］

。同时，钢纤维能缝合微裂缝，防

止UHPC微裂缝的扩展，抑制UHPC的收缩

［24］

。

PEILIANG等

［24］

通过研究不同骨料粒径和掺量

对UHPC自收缩的影响发现，粗骨料掺量越多、粒径

越大，抑制UHPC收缩的能力越强。但是，过多的粗骨

料掺入会降低UHPC的力学性能。随着骨料含量的增

加，UHPC的自收缩也会逐渐减小，这是因为骨料在

UHPC中起到了基体的作用，骨料含量越多，UHPC

结构越牢固，所以能抗拒收缩应力的拉伸

［53-54］

。然

而，当粗骨料粒径增大时，骨料与基体之间的界面过

渡区也会增大，其中的孔隙如果过多，无法用水化产

55］

物填充，就会导致UHPC的抗压强度快速降低

［53，

。

此外，粒径较大的粗骨料也会影响纤维的分布并降

低抗折强度

［55］

。

20236500

有研究发现，加入未完全水化的胶凝材料

（PHCM）可以抑制UHPC收缩

［56］

。PHCM掺入后能够

降低UHPC的收缩幅度，但幅度并不显著。尽管

PHCM会加速水化过程并导致自收缩增大，但PHCM

能够更快地生成刚性内部骨架结构，使自收缩得到

更好的缓解。此外，PHCM本身具有一定的刚性骨架

结构，也能抑制UHPC的自收缩

［56-57］

。

3.4引入内力

减缩剂和膨胀剂是改善UHPC收缩的有效方

法

［58-59］

。其中，减缩剂的主要作用在于包裹自由水表

面，阻止其向外界传递，降低毛细管负压，减小自收

缩

［11］

。膨胀剂则通过与水反应产生膨胀源，但由于要

与水化反应竞争自由水，因此难以形成稳定的膨胀

源

［24］

；而且，在UHPC中使用膨胀剂会导致膨胀程度

难以精确控制，一旦膨胀过大，将会对UHPC的性能

产生不利影响，甚至引起破裂和收缩增大。

LIU等

［13］

的研究发现，减缩剂可以分别降低44%

的干燥收缩和25%的总收缩。LI等

［60］

的研究探讨不

同镁基膨胀剂对自收缩的影响，结果表明，膨胀剂掺

量为6wt%时，UHPC的综合性能最佳，早期活性高的

RMEA膨胀剂具有更好的减缩性能。早期活性高的膨

胀剂能产生更多的膨胀源，在早期阶段形成孔隙度

60］

较小的相对致密的刚性结构

［8，

。低活性膨胀剂由于

自由水含量几乎被水化反应完全消耗，无法满足后

期膨胀性能的激发。此外，UHPC基体结构致密，也会

限制后期膨胀产物的增长

［60］

。

因此，在UHPC的生产和应用中，应选择合适的

减缩剂和膨胀剂，达到最佳的性能表现。在使用膨胀

剂时，需要注意控制掺量，避免因膨胀过大引起的负

面影响。

UHPC的收缩过程呈现早期收缩发展快、幅度大，后

期收缩发展缓慢、幅度小的特点。

（3）不同组分对UHPC收缩的影响存在差异。具

体而言，硅灰、高活性矿物掺合料和养护制度与收缩

呈正相关关系，水泥、水胶比、低活性矿物掺合料和

惰性填料与收缩呈负相关关系。此外，纤维的掺入能

有效降低收缩，但随着掺量增加减缩效果明显下降。

混合掺合料可以提升UHPC的性能，但由于成分复

杂、各组分相互影响，所以其协同作用机理仍需要进

一步的研究。

（4）通过调节水化反应、提高内部相对湿度、抑

制体积变化和引入内力等方法，可以有效解决UHPC

收缩问题。掺入低活性掺合料和惰性填料能降低水

化反应并减小收缩，但需要注意合理控制掺入量，避

免抗压强度大幅度降低。内养护可在水化时释放吸

附水，缓解自干燥收缩，最佳吸水量范围还需要进一

步研究确定。纤维和粗骨料能增强刚性骨架结构并

抑制收缩，但掺入量必须合理，以免对材料性能造成

不利影响。减缩剂和膨胀剂可以引入内力抵消收缩

应力，联合使用2种添加剂可以弥补单独使用时的

不足。

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4结论

通过以上对超高性能混凝土收缩性能研究的综

述，可以总结以下结论。

（1）UHPC的收缩过程主要包括自收缩和干燥收

缩。UHPC自收缩显著大于普通混凝土，干燥收缩小

于普通混凝土，但总收缩大于普通混凝土。UHPC的

胶凝材料用量大、水胶比低、内部水分不足以支持胶

凝材料完全水化从而造成较大的毛细负压，是其自

收缩较大的原因。UHPC内部结构致密，导致内部水

分难以向外界迁移，是其干燥收缩较小的原因。

（2）UHPC的收缩发展可分为4个阶段。第一阶

段，UHPC会产生少量温度收缩，随后进入第二阶段

的潜伏期；第三阶段，UHPC的收缩速度急剧增加；第

四阶段中UHPC的收缩速度逐渐减缓。总体而言，

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