預拌混凝土早期抗裂性能研究

顏廣，馬坡，黃健，黃江山

（廈門市集美區(qū)鴻銘建材有限公司，福建 廈門 361024）

預拌混凝土早期抗裂性能研究

顏廣，馬坡，黃健，黃江山

（廈門市集美區(qū)鴻銘建材有限公司，福建 廈門 361024）

本文從混凝土原材料、配合比設計參數(shù)、混凝土養(yǎng)護方式等因素入手，考查其對混凝土早期塑性收縮性能的影響。

預拌混凝土；早期抗裂性；塑性收縮；裂縫

0 前言

預拌混凝土早期裂縫絕大部分是由混凝土塑性收縮引起的，而塑性收縮產(chǎn)生的主要原因是失水，即在混凝土的硬化過程中水分從混凝土表面蒸發(fā)損失，導致混凝土體積收縮。在混凝土早期，特別是在澆筑后的 24h 內(nèi)，混凝土本身沒有強度或強度很小，不足以抵抗由于塑性收縮產(chǎn)生的拉應力，從而直接引起混凝土表面開裂。在板狀建筑構(gòu)件中這種現(xiàn)象尤為明顯。但該裂縫不是不可避免或并被消除的，本文從混凝土原材料、配合比設計參數(shù)、混凝土養(yǎng)護方式等方面入手，研究其對混凝土早期塑性收縮性能的影響，期望能在建筑施工中起指導作用。

1 試驗方法及過程綜述

1.1 抗裂試驗模具結(jié)構(gòu)

本試驗采用平板抗裂試驗模具測試混凝土的早期抗裂性能，其結(jié)構(gòu)見圖1，該模具共 6 個一套。

圖1 抗裂試驗模具結(jié)構(gòu)圖

1.2 試驗過程

試驗過程按以下步驟進行：

（1）從混凝土攪拌加水開始記時，在開始的 3h 內(nèi)，每5min 觀察一次，

（2）當發(fā)現(xiàn)每塊板上有第一條裂縫出現(xiàn)后，改為每10min 觀察一次。并注意記錄每塊板上第一條裂縫出現(xiàn)的時間。

（3）當混凝土表面出現(xiàn)貫穿性裂縫后，改為每 30min 觀察一次。

（4）到 24h 后，停止試驗，仔細觀察并記錄每塊板面的裂縫出現(xiàn)時間、數(shù)量、長度和寬度。

1.3 試驗結(jié)果計算方法。

根據(jù) 24h 的開裂情況，計算下列三個參數(shù)：

式中：

a——裂縫的平均開裂面積，mm2/根；

b——單位面積上的裂縫條數(shù)， 根/m2；

C——單位面積上的總開裂面積，mm2/m2；

Wi——第 i 根裂縫的最大寬度，mm；

Li——第 i 根裂縫的長度，mm；

N——總裂縫條數(shù)，根；

A——平板試件的面積，此試驗 A=0.36m2。

2 試驗用原材料及設備

2.1 原材料

細集料：九龍江河砂，細度 2.6，含泥量 1.9%，泥塊含量 0.5% ，代號 S1； 人工砂（經(jīng)水洗篩選），細度 2.8，石粉含量 4.6%，MB 值 1.0，代號 S2；人工砂（未經(jīng)水洗篩選），細度 2.7，石粉含量 12.5%，MB 值 1.3，代號 S3。

粗集料 (G)：本次試驗采用 3 規(guī)格石子搭配成連續(xù)級配5～31.5mm 石子。

拌合用水 (W)：自來水。

水泥 (C)：漳平紅獅水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5R 水泥，R3=28.8MPa，R28=53.5MPa。

礦物摻合料：采用漳州后石電廠生產(chǎn)的 F 類 Ⅱ 級粉煤灰(F)，細度 17.4%；漳州金力建材有限公司生產(chǎn)的 S95 級磨細礦粉 (K)。

減水劑 (A)：發(fā)盛（廈門）化工建材有限公司生產(chǎn)的花王“邁地”130RA 緩凝高效減水劑。

養(yǎng)護劑：廈門某外加劑公司生產(chǎn)的養(yǎng)護劑。

其他材料包括：武漢某建材有限公司生產(chǎn)的 UEA-W 膨脹劑以及廈門某公司生產(chǎn)的聚炳烯纖維。

2.2 生產(chǎn)設備

電風扇：風速可達 8.5m/s 的趴地式電風扇。風速測量器：香港恒高電子集團生產(chǎn)的 AR836 風速計，精度 0.2℃。其他設備：干濕溫度計；40 倍帶刻度放大鏡；小型噴霧器（混凝土保濕用）。

3 試驗過程及結(jié)果分析

3.1 設計試驗研究不同砂品種對混凝土抗裂性能的影響

設置三個配合比，三個配合比中粉煤灰摻量為 20%，5～10mm碎石、5～20mm 碎石與 16～31.5mm 碎石分別按15%、25% 與 60% 比例組合成連續(xù)級配 5～31.5mm 碎石。三配合比分別使用河砂 S1、經(jīng)水洗篩選人工砂 S2、未洗人工砂S3，每個配合比成型兩件抗裂試塊，成型后立即放置于室內(nèi)環(huán)境中試驗，溫度 27.8℃，濕度 63%，調(diào)整風速 5.0m/s 進行試驗。配合比數(shù)據(jù)及試驗結(jié)果見表1。

表1 不同砂品種試驗配合比及試驗結(jié)果

試驗結(jié)果分析：由表1 可知，使用經(jīng)水洗篩選后的人工砂的混凝土開裂面積最少，其次是使用河砂的，開裂面積最大的是使用未洗人工砂的。用人工砂配制混凝土有著很好的抵抗早期塑性收縮的作用，因此要想大規(guī)模使用人工砂，必須經(jīng)過水汽篩選等手段進行質(zhì)量控制。

3.2 配合比參數(shù)對混凝土抗裂性能的影響

配合比參數(shù)中礦物摻合料摻量是其重要的參數(shù)之一，也影響著混凝土的早期塑性性能。

以下試驗分別設計不摻加摻合料的、摻 15% 粉煤灰的，摻 30% 粉煤灰的，摻 15% 粉煤灰與 20% 礦粉的，摻 15% 粉煤灰與 40% 礦粉的，出機坍落度控制在 180～200mm，其配合比及結(jié)果見表2。

表2 不同礦物摻合料摻量的試驗配合比及結(jié)果

表2 中每個配合比成型 1 件抗裂試件，成型后立即暴露在現(xiàn)場并開風扇進行試驗，白天溫度 39.5℃、濕度 35%，晚間溫度 28.2℃、濕度 92%，風速調(diào)整為 5.0m/s。

試驗結(jié)果分析：KL004 試件與 KL005 試件為相同配合比數(shù)據(jù)時在不摻礦物摻合料情況對比使用河砂與人工砂的抗裂性能，由表2 可知使用河砂比使用人工砂提前 25min 開裂，且總開裂面積比后者大約 3 倍，體現(xiàn)了人工砂在抵抗早期塑性收縮的優(yōu)越性。總體上 KL004、KL005 試件均比 KL006、KL007 和 KL008、KL009 試件開裂面積少很多，說明不摻加粉煤灰和礦粉情況下混凝土具有很好的抵抗早期塑性收縮能力。由 KL006、KL007 兩試件試驗結(jié)果得知：摻加 30% 粉煤灰比摻加 15% 粉煤灰的構(gòu)件收縮更小，開裂面積更小。但對于混凝土早期抗裂性仍不如使用純水泥好。由 KL008、KL009 兩試件試驗結(jié)果得知：復合摻加礦碴粉和粉煤灰的混凝土構(gòu)件比只摻加粉煤灰的混凝土構(gòu)件收縮更大，且其開裂面積隨礦粉的摻量成倍增加（摻 40% 礦粉的混凝土開裂面積約為摻 20% 礦粉混凝土的兩倍）。可見摻加礦粉后會增加混凝土的早期收縮量。

3.3 養(yǎng)護方式對混凝土早期塑性收縮性能的影響

目前混凝土施工后有以下幾種養(yǎng)護方式：①噴灑養(yǎng)護劑；②成型后立即覆蓋薄膜；③不蓋薄膜，臨近初凝反復抹壓澆水養(yǎng)護。前面已經(jīng)研究試件成型后若暴露在現(xiàn)場條件下，不覆蓋不保濕，臨近初凝不抹壓極容易出現(xiàn)塑性裂縫。現(xiàn)設計在大摻量粉煤灰和礦粉的條件下考查上述 3 種養(yǎng)護方式是否能控制混凝土的早期塑性裂縫。配合比數(shù)據(jù)及結(jié)果見表3。

表3 所示配合比中 KL010、KL011、KL012 三盤等量取代 15% 粉煤灰和 20% 礦粉，KL013、KL014、KL015 三盤等量取代 15% 粉煤灰和 40% 礦粉。每個配合比成型 1 件抗裂試件，立即暴露于現(xiàn)場條件下，采用不用的養(yǎng)護方式，并記錄現(xiàn)場條件。

養(yǎng)護方式：KL010 噴灑養(yǎng)護劑，約 87g/件；KL011成型后立即覆蓋薄膜直至試驗結(jié)束；KL012 臨近初凝反復抹壓澆水； KL013 噴灑養(yǎng)護劑，約 87g/件；KL014 成型后立即覆蓋薄膜直至試驗結(jié)束；KL015 臨近初凝反復抹壓澆水。

現(xiàn)場條件：白天溫度 39.0℃、濕度 40%，晚間 26.3℃、濕度 81%，風速為 5.0m/s。

對表3 試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析得出，采取上述 3 種養(yǎng)護方式均能有效控制混凝土的早期塑性裂縫，其中方式 ① 和方式 ② 效果很好。方式 ③ 雖然還出現(xiàn)少許裂縫，但均為微裂縫，不影響工程質(zhì)量是可接受的，不失為一種既經(jīng)濟又容易 操作的施工養(yǎng)護方式。若方式 ②、③ 結(jié)合使用則效果更佳。

表3 不同養(yǎng)護方式的試驗配合比及結(jié)果

3.4 特殊外加劑對混凝土早期塑性收縮性能的影響。

目前針對特殊外加劑如膨脹劑 (E)、纖維等對混凝土收縮性能的影響有很多研究，現(xiàn)主要針對上述兩種特殊外加劑設計配合比，考查其早期塑性收縮性能，配合比及結(jié)果見表4。

表4 摻特殊外加劑的試驗配合比及結(jié)果

配比參數(shù)：KL016、KL017 兩盤等量取代 20% 粉煤灰和 30% 礦粉，為空白試驗配合比，KL018、KL019 兩盤等量取代20%粉煤灰和30%礦粉并均摻入聚炳烯纖維 0.6kg，KL020、KL021 兩盤等量取代 22% 粉煤灰和 24% 礦粉并摻入 8% 膨脹劑。試驗環(huán)境：白天溫度 39.2℃，濕度48%，晚間溫度 27.8℃，濕度 84%，風速為 5.3m/s。養(yǎng)護方式為：KL016、KL018、KL020 試驗過程中不覆蓋、不澆水、不抹壓、現(xiàn)場暴曬；KL017、 KL019、KL021 成型后立即覆蓋塑料薄膜，并且始終保持混凝土表面潮濕，整個試件也暴露于現(xiàn)場條件下。每個配合比成型 1 個抗裂試件并立即進行試驗。數(shù)據(jù)分析：與空白試驗對比，無論摻纖維還是摻膨脹劑暴露于不覆蓋、不澆水、不抹壓的現(xiàn)場暴曬條件下時均會開裂，空白試驗開裂面積最大，摻纖維的與空白試驗混凝土開裂面積相差不大，摻膨脹劑的開裂面積較少。空白試驗、摻纖維的和摻膨脹劑的成型后立即覆蓋塑料薄膜，并且始終保持混凝土表面潮濕，其開裂面積很小，故混凝土成型后立即覆蓋塑料薄膜并保持混凝土表面潮濕能有效地控制塑性收縮裂縫。

4 結(jié)論

（1）使用經(jīng)水洗篩選的人工砂配制混凝土比使用河砂配制的混凝土具有更好的抵抗混凝土早期塑性收縮的能力。

（2）用純水泥配制混凝土，混凝土表面不容易開裂，摻入粉煤灰后其開裂面積增大，粉煤灰的摻量不宜超過 30%，摻入礦粉后混凝土的塑性收縮量增加，容易造成平板混凝土表面開裂。

（3）對于控制混凝土的早期塑性收縮性能，養(yǎng)護方式比配合比參數(shù)更重要，混凝土表面噴灑養(yǎng)護劑，覆蓋薄膜保濕，臨近初凝反復抹壓均能有效地控制混凝土表面塑性收縮。

（4）摻纖維和膨脹劑對控制混凝土的早期塑性收縮裂縫作用有限，混凝土成型后立即覆蓋塑料薄膜并保濕能有效地控制混凝土表面塑性收縮裂縫。

[1] 巴恒靜，高小建．約束狀態(tài)下板式混凝土早期開裂及收縮應變的分布[J]．混凝土，2002(5)：79-85.

[2] GB/T50082－2009．普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S]．

［通訊地址］廈門市集美區(qū)后溪大道 1637 號（361024）

顏廣（1982—），男，工程師，主要從事預拌混凝土技術(shù)和生產(chǎn)管理工作。