任增洲

（重慶建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心有限公司，重慶 400065）

0 引言

隨著預(yù)拌混凝土在全國(guó)建筑行業(yè)的使用普及的同時(shí)也帶來(lái)了一些問(wèn)題，那就是混凝土的早期塑性收縮開裂問(wèn)題越來(lái)越突出。據(jù)調(diào)查研究，高流態(tài)混凝土出現(xiàn)裂縫的時(shí)間大部分在開始幾天內(nèi)，有的甚至不到一天就有明顯的裂縫［1］。影響混凝土拌合物早期塑性收縮開裂主要有混凝土配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝和澆筑方式以及養(yǎng)護(hù)條件等因素。加強(qiáng)混凝土早期塑性收縮開裂的研究對(duì)預(yù)防混凝土開裂具有顯著實(shí)際意義。

本文通過(guò)測(cè)定混凝土水分蒸發(fā)速率、泌水速率、混凝土裂縫及收縮等數(shù)據(jù)研究分析了水膠比對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為 C30～C50 的大流動(dòng)性混凝土塑性收縮及其開裂性能的影響。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)方法

根據(jù) GB/T 50082－2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中第 9 章規(guī)定，混凝土的早期抗裂性能試驗(yàn)采用集中約束平板法。試驗(yàn)的環(huán)境條件要求如下：試件表面中心風(fēng)速不低于 5 m/s，試驗(yàn)溫度 20±2 ℃，相對(duì)濕度 60±5 %。為了便于比較各組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，各組試驗(yàn)始終在上述試驗(yàn)環(huán)境條件下進(jìn)行。塑性收縮性能試驗(yàn)是采用在 GB/T 50082－2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中第 8 章中非接觸法試驗(yàn)，采用激光測(cè)距儀，該設(shè)備可以自動(dòng)采集和處理數(shù)據(jù)。該試驗(yàn)的環(huán)境條件要求為溫度 20±2 ℃，濕度 60±5 %。

1.2 試驗(yàn)材料

1）水泥。42.5R 普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間 1 h 48 min，終凝時(shí)間 2 h 53 min，3 d 抗折和抗壓強(qiáng)度分別為 5.1 MPa 和 29.1 MPa，28 d 抗折和抗壓強(qiáng)度分別為 8.7 MPa 和 55.1 MPa。

2）粉煤灰。Ⅱ級(jí)灰，密度為 2 330 kg/m3，比表面積為 260 m2/kg。

3）礦渣。高爐礦粉，密度為 2 900 kg/m3，比表面積為 490 m2/kg。

4）細(xì)集料。渠河砂，細(xì)度模數(shù)為 1.10；機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為 3.60，兩種砂按一定比例復(fù)配混合使用。

5）粗集料。碎石，5～10 mm 和 10～20 mm 兩個(gè)粒級(jí)按一定比例復(fù)配使用，壓碎指標(biāo)為 10.1 %，表觀密度為 2.64～2.70 g/cm3。

6）高效減水劑。萘系高效減水劑，減水率約為 21 %。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

水膠比對(duì)混凝土塑性狀態(tài)有顯著的影響。不同水膠比的混凝土拌合物毛細(xì)管壓力的大小和發(fā)展情況、拌合物的泌水速率、早期溶解、水化和塑性沉降等也可能不同，因此不同水膠比條件下的混凝土拌合物的塑性收縮及其開裂狀況可能存在顯著的差別。William Lerch 直接提出最多裂縫的臨界塑性狀態(tài)是在水灰比為 0.52 時(shí)，低于或高于這個(gè)水灰比都不易出現(xiàn)塑性收縮裂縫［2］。表 1 和 表 2 分別為不同水膠比試驗(yàn)用混凝土配合比及其試驗(yàn)結(jié)果。

表1 試驗(yàn)用混凝土配合比

由表2可知，保持混凝土坍落度基本在180～220 mm，水膠比為 0.43 的混凝土的裂縫寬度和裂縫面積都比水膠比分別為 0.35 和 0.54 的小，這與國(guó)外一些專家研究得出的結(jié)論是相符的。如 Salah A.Altoubathe 和 David A.Lange 研 究發(fā)現(xiàn)，塑性砂漿（水灰比為 0.6）不易出現(xiàn)裂縫，而半塑性和濕砂漿（水灰比分別為 0.5 和 0.7）卻嚴(yán)重出現(xiàn)裂縫［3，4］。同樣，本試驗(yàn)得出混凝土在某一水膠比處不易出現(xiàn)塑性收縮裂縫，高于或者低于這個(gè)值，其塑性收縮裂縫面積都有增大的趨勢(shì)。

表2 混凝土基本性能及其開裂試驗(yàn)結(jié)果

為了更好地研究分析水膠比對(duì)混凝土塑性收縮及其裂縫的影響機(jī)理，對(duì)其進(jìn)行了水分蒸發(fā)速率、泌水速率及塑性收縮的測(cè)定（見圖 1）。

圖1 不同水膠比基準(zhǔn)混凝土水分蒸發(fā)速率和泌水速率隨時(shí)間變化的曲線圖

由圖 1 可知，水分蒸發(fā)速率和泌水速率隨著時(shí)間都逐漸減小，但 5 h 的水分蒸發(fā)速率減小的趨勢(shì)比較平緩，泌水速率減小的趨勢(shì)較大，并且泌水在 4 h 后基本停止。水膠比為 0.43 的混凝土的水分蒸發(fā)速率與泌水速率差值遠(yuǎn)比水膠比為 0.54 的混凝土的小（水膠比為 0.43 和 0.54 的混凝土的 4 h 的總量差值分別為 1 462 g/m2、1 600 g/m2）；同樣，水膠比為 0.43 的混凝土的水分蒸發(fā)速率與泌水速率差值比水膠比為 0.35 的混凝土小，其裂縫面積也小。這樣得出，混凝土的塑性收縮裂縫與混凝土水分蒸發(fā)速率和泌水速率之差有很大關(guān)系，即水分蒸發(fā)速率與泌水速率之差越小，混凝土塑性收縮裂縫越??；反之，越大。因此，想要防止或減少混凝土塑性收縮開裂就要嚴(yán)格控制降低水分增發(fā)速率與泌水速率之差?；炷撩谒俾适怯苫炷羶?nèi)部空隙決定的，現(xiàn)目前很難調(diào)節(jié)控制其泌水速率，只能通過(guò)調(diào)整環(huán)境及養(yǎng)護(hù)措施控制水分蒸發(fā)的速率來(lái)達(dá)到改善混凝土塑性收縮裂縫的目的。

本試驗(yàn)對(duì) 3 個(gè)不同水膠比的混凝土進(jìn)行了塑性收縮的測(cè)定，具體如圖 2 所示。

圖2 不同水膠比的混凝土收縮值隨時(shí)間變化的曲線圖

由圖 2 可知，3 個(gè)不同水膠比的混凝土拌合物前 2 h 的收縮值都很小，隨著時(shí)間的推移，收縮值逐漸變大，基本都在 3～5 h 范圍內(nèi)達(dá)到了最大值，因此要想控制混凝土的塑性收縮，必須在前 3 h 之內(nèi)采取必要的措施才能改善混凝土的塑性收縮。同時(shí)從圖 2 中可以看出，水膠比為 0.43 的混凝土的塑性收縮值比水膠比分別為 0.35 和 0.54 的混凝土都要小。由此可知，水膠比對(duì)塑性收縮的影響及早期塑性開裂的影響趨勢(shì)是一致的，即混凝土在某一水膠比處塑性收縮較小，高于或者低于這個(gè)值，其塑性收縮值都有增大的趨勢(shì)。

水膠比對(duì)混凝土塑性收縮及其早期塑性開裂性能的影響的機(jī)理具體分析如下：當(dāng)水膠比在較低情況下時(shí)，混凝土拌合物沒(méi)有足夠的水向混凝土表面遷移，使得混凝土的蒸發(fā)速率很快超過(guò)泌水速率，毛細(xì)管壓力發(fā)展較快；同時(shí)粒子間的平均距離較小，體系中收縮力急劇增大，從而較早地達(dá)到混凝土的臨界壓力。對(duì)尚處于塑性階段的混凝土來(lái)說(shuō)，較早地達(dá)到臨界壓力，而混凝土還沒(méi)有形成一定的抗拉強(qiáng)度來(lái)抵抗塑性開裂能力，混凝土很容易開裂；相反，當(dāng)水膠比較大時(shí)，混凝土拌和物體中的自由水分較多，水分蒸發(fā)速率較快，當(dāng)水分蒸發(fā)速率超過(guò)泌水速率時(shí)極易引起混凝土塑性收縮開裂；更為重要的是隨著水膠比的增大，混凝土流動(dòng)性增大，黏聚性降低，粗集料易沉降導(dǎo)致混凝土塑性沉降變大，混凝土的塑性沉降開裂風(fēng)險(xiǎn)增大，混凝土早期塑性開裂以塑性沉降開裂為主。

3 結(jié)論

1）對(duì)于大流動(dòng)性混凝土（混凝土坍落度保持在180～220 mm），本實(shí)驗(yàn)得出水膠比為 0.53 和 0.35 的混凝土裂縫面積都比水膠比 0.43 的大，即混凝土在某一水膠比處不宜出現(xiàn)塑性收縮裂縫，高于或者低于這個(gè)值，其塑性收縮及其開裂性能都有增大的趨勢(shì)。

2）混凝土的塑性收縮及其早期塑性開裂與混凝土的水分蒸發(fā)速率和泌水速率之間的差值的變化規(guī)律是一致的，要想改善混凝土的塑性收縮及其開裂必須控制水分蒸發(fā)速率即采取必要的環(huán)境控制和養(yǎng)護(hù)措施并且要在前 3 h 才能達(dá)到最理想的效果。Q