硅灰混凝土早期收縮開裂研究

王東紅單長武劉玉娟(山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 66590 北京熱華能源科技有限公司，北京 海淀 00089)

硅灰混凝土早期收縮開裂研究

王東紅1單長武2劉玉娟1
(1山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590 2北京熱華能源科技有限公司，北京 海淀 100089)

通過平板約束實驗，研究了不同硅灰摻量和水灰比的混凝土早期收縮開裂情況，主要得到以下結(jié)論：水灰比0.32、硅灰摻量12%的混凝土其3d開裂總面積比硅灰摻量6%和硅灰摻量9%的混凝土分別增加89.7%和43.7%；而水灰比0.28、硅灰摻量12%的混凝土，其3d開裂總面積較硅灰摻量6%和硅灰摻量9%的混凝土均有所增加。混凝土中硅灰摻量宜控制在3%～9%。

混凝土；硅灰；水灰比；早期收縮開裂

混凝土的早期開裂既影響建筑物美觀，且早期抗裂性差的混凝土后期更易開裂，早期的裂縫會損傷混凝土，是后期有害介質(zhì)侵入混凝土的通道[1]。混凝土的早期開裂，已成為影響其綜合性能的重要因素[2]。采取有效措施來抵抗混凝土早期開裂是混凝土探究的熱點問題之一[3]。

本文采用平板約束的試驗方法從3d開裂總面積、初裂時間、裂縫寬度隨齡期的變化三個指標(biāo)來進行分析比較，探究硅灰摻量、水灰比對混凝土早期收縮開裂的影響。

1 試驗配合比及方法

用量（kg/m3）編號 水灰比 水泥 硅灰 砂 石子 水高效減水劑（%）A1 535.7 0 0.88 A3 503.6 32.1 1.10 0.28 A4 487.5 48.2 1.24 600 1 114.3 150 A5471.4 64.31.40 B3 0.30 503.6 32.1 600 1 114.3 160.7 1.08 C3 503.6 32.1 1.00 C4 487.5 48.2 1.10 0.32600 1 114.3 171.4 C5471.4 64.31.21

本試驗用水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，符合國家標(biāo)準(zhǔn)[4]。粗集料為石灰石碎石，粒徑為10～20mm，細(xì)集料為天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.4，砂率為0.35。試驗選用的硅灰SiO2的含量為94%，采用聚羧酸高效減水劑。試驗配合比見下表。

試驗裝置四邊為具有一定剛度的焊接鋼板，尺寸為600mm×600mm×50mm。每邊分別焊接上、中、下三排一定尺寸的短螺紋鋼筋，上、下鋼筋齒的尺寸為φ 6.5×65mm，中間鋼筋的尺寸為φ8×80 mm，間距為60mm。混凝土發(fā)生早期收縮，會受鋼筋齒約束。

試驗流程：將配制好的混凝土裝入此裝置后振動，待表面光滑后用塑料薄膜將試件包裹，2h后去掉薄膜并在試件上方裝恒定轉(zhuǎn)速小風(fēng)扇，觀察試件表面。記錄每個混凝土板上裂縫的初裂時間、24h板上每條裂縫的寬度、72h板上每條裂縫的長度及寬度。

試件澆筑24h后用裂縫測寬儀讀取裂縫寬度，測定1d裂縫最大寬度值；72h后用鉛筆畫出平板上每條裂縫擴展趨勢，用直尺量取裂縫兩端點之間的直線距離，當(dāng)裂縫出現(xiàn)明彎折，以折線長度之和記錄裂縫的長度，用裂縫測寬儀測量每條裂縫的最大寬度進行比較。

2 試驗結(jié)果

初裂時間反映混凝土收縮約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于其極限抗拉強度的程度。開裂面積是體現(xiàn)混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力與其抗拉強度之間的平衡度。裂縫總條數(shù)和裂縫總長度隨機性高且不穩(wěn)定，故在評價混凝土早期收縮開裂時開裂面積為主要指標(biāo)，初裂時間和最大裂縫寬度為輔助指標(biāo)，而3d裂縫總數(shù)目和裂縫總長度作為參考。試驗結(jié)果見下表。

由上表可知，水灰比相同的A系列，隨硅灰摻量提高，初裂時間提前；C系列，隨硅灰摻量提高混凝土抗開裂能力減弱。對于A系列，摻加硅灰的混凝土3d開裂總面積均大于基準(zhǔn)混凝土，且混凝土開裂總面積隨硅灰摻量提高而增大；對C系列同樣如此。另，隨水灰比減小，混凝土開裂面積增大，水灰比從0.32降為0.30時，開裂面積增長明顯，提高6.86倍。對于A系列和C系列混凝土，1d和3d最大縫寬均大于基準(zhǔn)混凝土，隨硅灰摻量增加，最大縫寬增大。另，隨水灰比的降低，混凝土同齡期最大縫寬明顯增大。

最大縫寬（mm）初裂時間（min） 1d 3d編號3d最大縫長(mm) 3d裂縫總數(shù)(條) 3d裂縫總長（mm）3d裂縫總面積（mm2）A1 250 0.18 0.28 165 25 1555 237.64 A3 225 0.38 0.48 121 57 2169 533.98 A4 180 0.36 0.64 142 43 1975 270.94 A5 165 0.54 0.70 343 50 4128 755.14 B3 210 0.42 0.44 157 49 2075 449.21 C3 275 0.13 0.16 99 17 654 57.13 C4 300 0.22 0.28 114 15 594 75.40 C5 265 0.21 0.26 118 19 783 108.37

隨水灰比降低，混凝土3d開裂總面積、最大縫寬隨齡期變化情況呈增大趨勢，初裂時間提前。說明水灰比越低混凝土越易開裂。因為水灰比降低使混凝土結(jié)構(gòu)中自由水減少，自內(nèi)結(jié)構(gòu)向表面遷移用以補充表面蒸發(fā)的自由水減少，早期開裂增強。相同養(yǎng)護條件下，混凝土早期自收縮增大，也是加劇早期開裂因素。由A、C兩系列的混凝土3d開裂總面積可知，水灰比是影響混凝土早期開裂重要因素。

隨硅灰摻量增加，混凝土的3d開裂面積增大，最大縫寬增大，初裂時間提前，說明硅灰的摻入會加劇混凝土的早期收縮開裂。硅灰混凝土的早期收縮大，彈性模量高，混凝土收縮約束時，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，而混凝土的拉伸徐變低，應(yīng)力松弛小，減小混凝土早期延性。另，水灰比的降低會增加混凝土的脆性。

水灰比0.28時，硅灰摻量9%的A4混凝土其3d開裂總面積略大于基準(zhǔn)混凝土A1，而硅灰摻量6%、12%的A3、A5開裂總面積明顯大于A1，即硅灰摻量為9%時，混凝土的抗裂性最好。這是由于雖然硅灰混凝土早期水化程度高，產(chǎn)生較大自收縮，但摻入硅灰會減少細(xì)觀結(jié)構(gòu)薄弱點，改善膠凝材料與粗骨料界面過渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)。而C系列里隨硅灰摻量增大，開裂面積增大。

3 結(jié)論

試驗以硅灰摻量、水灰比為變量驗證了其對混凝土開裂的影響，得出結(jié)論：水灰比減小，明顯增加混凝土早期收縮開裂，使混凝土更易發(fā)生開裂；混凝土的早期開裂隨硅灰摻量的提高而增加，對早期開裂不利；當(dāng)水灰比0.28，硅灰摻量9%時的混凝土較基準(zhǔn)混凝土略增長，即硅灰的摻入會增加混凝土早期收縮開裂，但這種不利影響不是隨硅灰摻量的增加單調(diào)增長；當(dāng)硅灰摻量為12%時，其早期開裂能力較低摻量硅灰混凝土明顯增強，故硅灰的最佳摻量為9%。

[1]張艷玲等．混凝土早期開裂因素的初探[J]．混凝土，2005.

[2]趙晶等．混雜纖維對混凝土早期開裂性能的影響[J]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007．

[3]張樹青等．混凝土早期抗裂性與強度的關(guān)系[J]．混凝土與水泥制品，2003．

[4]GB175―2007．硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥[S]．

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