利用平板試驗(yàn)法探究提高混凝土保水性對(duì)降低水分蒸發(fā)速率和抑制混凝土早期塑性裂縫的作用

孫釗

（甘肅恒瑞工程檢測有限公司，甘肅 蘭州 730020）

0 前言

混凝土塑性裂縫通常出現(xiàn)在混凝土表面積較大的水平構(gòu)件或結(jié)構(gòu)中，發(fā)生在混凝土澆筑成型后混凝土硬化前的時(shí)段內(nèi)。由于產(chǎn)生在混凝土硬化前，因此稱為塑性裂縫。

本文闡述通過制備保水性不同的混凝土拌合物，利用平板試驗(yàn)法研究分析塑性裂縫的發(fā)生機(jī)理、機(jī)率及裂縫程度[1]。混凝土保水性能是評(píng)價(jià)混凝土拌合物質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，不僅能反映拌合物在生產(chǎn)配制中各組成材料是否選用合理，還能反映混凝土澆筑過程中是否具有良好的工作性能，能否成型后得到均勻無缺陷的致密結(jié)構(gòu)等性能。實(shí)踐證明，保水性好的混凝土拌合物不離析、不泌水，可以降低混凝土水分過度蒸發(fā)，有效抑制混凝土產(chǎn)生塑性裂縫，降低其對(duì)結(jié)構(gòu)的危害程度。

1 原材料的選取

1）水泥選用甘肅祁連山P.O42.5級(jí)；

2）中砂用于基準(zhǔn)混凝土，符合Ⅱ區(qū)細(xì)度模數(shù)2.7；粗砂用于對(duì)比混凝土，Ⅰ區(qū)細(xì)度模數(shù)3.4；

3）碎石：5-25mm；

4）減水劑：山西黃騰聚羧酸鹽減水劑，減水率28%；

5）粉煤灰Ⅰ級(jí)，用于基準(zhǔn)混凝土；粉煤灰Ⅲ級(jí)，用于對(duì)比混凝土。

2 試驗(yàn)設(shè)備與器具

參照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)》早期抗裂試驗(yàn)。

1）模具尺寸：磨具見圖1所示。混凝土試件的尺寸為600×600×63mm。

圖1 模具結(jié)構(gòu)

圖2 電子放大鏡

2）風(fēng)扇：調(diào)整風(fēng)速；

3）溫度計(jì)（±0.5℃）、濕度計(jì)（±1%）、風(fēng)速計(jì)（±0.5m/s）；

4）電子放大鏡：見圖2；

5）手電筒、燈泡；

6）鋼直尺。

3 試驗(yàn)方法與測定

3.1 試驗(yàn)環(huán)境的設(shè)定

混凝土早期塑性階段受到風(fēng)速、濕度、溫度及太陽輻射等的影響，本試驗(yàn)確定的影響因素中，不考慮太陽輻射。

1）溫度：（16-26℃）蘭州地區(qū)8月份室溫；

2）風(fēng)速：5±1（m/s）相當(dāng)于3級(jí)風(fēng)力；

3）濕度：45%。

3.2 試驗(yàn)方案與指標(biāo)的確定

1）試驗(yàn)方案

配制基準(zhǔn)混凝土與對(duì)比混凝土，在設(shè)定的試驗(yàn)環(huán)境下測定水分蒸發(fā)速率并觀察裂縫開展情況。其中，基準(zhǔn)混凝土流動(dòng)性應(yīng)符合以下要求：坍落度：180-220mm；擴(kuò)展度580-620mm；其保水性應(yīng)符合本試驗(yàn)的規(guī)定。

2） 本試驗(yàn)規(guī)定的混凝土保水性指標(biāo)

混凝土保水性用泌水率比、擴(kuò)展度等指標(biāo)評(píng)價(jià)；要求基準(zhǔn)混凝土不離析不泌水。

3）早期塑性裂縫觀察參數(shù)

參照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)》中第9節(jié)“早期抗裂試驗(yàn)”結(jié)合本文試驗(yàn)方案確定以下參數(shù)：水分蒸發(fā)速率、首次開裂時(shí)間、最大裂縫寬度（mm）、最大裂縫長度（mm）、單位面積上總裂縫面積/（mm2/m2）等。

3.3 實(shí)驗(yàn)與觀察

1）基準(zhǔn)與對(duì)比混凝土配制

表1 基準(zhǔn)混凝土的保水性與硬化時(shí)間測定結(jié)果

表2 基準(zhǔn)混凝土的保水性與硬化時(shí)間測定結(jié)果

2）12h蒸發(fā)量及速率與測定

圖3 A-1與B-1水分蒸發(fā)量的測定

（1）水同條件下12h的蒸發(fā)量測定，經(jīng)測定水的蒸發(fā)率：16.4%。

（2）基準(zhǔn)混凝土與對(duì)比混凝土拌合物中水分12h蒸發(fā)量及速率的測定

①A-1與B-1水分蒸發(fā)量的測定

②A-2與B-2水分蒸發(fā)量的測定

圖4 A-2與B-2水分蒸發(fā)量的測定

③A-3與B-3水分蒸發(fā)量的測定

圖5 A-3與B-3水分蒸發(fā)量的測定

3）A組與B組中水分12h總蒸發(fā)量及單位面積水分平均蒸發(fā)速率見表3。

表3 A組與B組中水分12h總蒸發(fā)量及單位面積水分平均蒸發(fā)速率

4）塑性裂縫的測定

3.4 試驗(yàn)分析

1）混凝土中水分蒸發(fā)速率與保水性能優(yōu)劣相關(guān)表1表2表明A組泌水率小于B組泌水率，A組流動(dòng)性好，不離析不泌水，具有優(yōu)良的保水性能。B組離析泌水較嚴(yán)重，B組與A組泌水率比在160%以上。由圖3、圖4、圖5、圖6看出，水的蒸發(fā)速率＞B組中水分的蒸發(fā)速率＞A組中水分的蒸發(fā)速率；其次，還可以看出混凝土試件水分蒸發(fā)速率前3小時(shí)基本接近水的蒸發(fā)速率，以后蒸發(fā)速率逐漸放緩，10h以后水分蒸發(fā)量明顯減少。說明混凝土拌合物前期自由水較多，混凝土處于流動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)水分蒸發(fā)速率較快，后期混凝土明顯稠化，10h以后混凝土接近初凝和終凝并向硬化方向發(fā)展，此時(shí)混凝土表面失水較多。對(duì)于前期失水過快的混凝土，中后期混凝土內(nèi)部水分無法補(bǔ)充時(shí)，混凝土塑性裂縫就此出現(xiàn)。

表4 塑性裂縫的測定結(jié)果

2）混凝土水分蒸發(fā)速率與塑性裂縫程度相關(guān)

混凝土保水性越好，單位面積水分蒸發(fā)量、單位面積水分平均蒸發(fā)速率就越小，產(chǎn)生的塑性裂縫也越少；表3表明試件A組水分蒸發(fā)量、單位面積水分蒸發(fā)量、單位面積水分平均蒸發(fā)速率均小于B組。表4試驗(yàn)結(jié)果表明：A組的裂縫的寬度和長度較小；保水性差的B組在塑性收縮和沉降兩者因素的共同作用下，其裂縫最大寬度和裂縫長度均大于A組。

3）水膠比對(duì)塑性裂縫程度實(shí)際影響不顯著

表3顯示，A組相互間單位面積水分平均蒸發(fā)速率基本接近，B組相互間單位面積水分平均蒸發(fā)速率基本接近，從表4看到A組相互間各自產(chǎn)生的塑性裂縫面積相差不大，B組塑性裂縫面積相互間同樣差異不大，但B組裂縫程度大于A組。這也可以解釋在實(shí)際施工中如果是保水性較好的混凝土無論是何強(qiáng)度等級(jí)，其塑性裂縫開展程度都較輕，而嚴(yán)重泌水的混凝土無論是何強(qiáng)度等級(jí)，均會(huì)出現(xiàn)程度嚴(yán)重的塑性裂縫，所以，塑性裂縫實(shí)際受水膠比大小的影響并不顯著。通過以上試驗(yàn)可以較好地了解塑性裂縫與混凝土保水性能之間的相關(guān)性。當(dāng)試驗(yàn)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，塑性裂縫的產(chǎn)生也都將隨之發(fā)生變化。例如當(dāng)風(fēng)速設(shè)定為8±1（m/s）（5級(jí)風(fēng)力）或更高時(shí)，此時(shí)僅依靠混凝土自身優(yōu)良的保水性也難以抵抗塑性裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，必須要采取其他措施保持混凝土中的水分不散失，防止塑性裂縫產(chǎn)生。例如采用塑料布覆蓋的方法。對(duì)于混凝土表面觀感要求高的結(jié)構(gòu)則采取表面噴霧或噴涂相關(guān)養(yǎng)護(hù)劑等方法。這些措施只要使用得當(dāng)，都可以有效抑制塑性裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

4 結(jié)語

提高混凝土的保水性能不僅僅局限于混凝土自身原材料及配合比質(zhì)量這一概念。通過上述實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)一步認(rèn)為混凝土的保水性與抑制混凝土塑性裂縫的問題，歸根結(jié)底是混凝土在塑性養(yǎng)護(hù)期內(nèi)的保水保濕問題。GB 50164-2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》第6.7.1-6.7.4款明確規(guī)定了混凝土養(yǎng)護(hù)的技術(shù)要求，如果我們?cè)趯?shí)際的施工中能認(rèn)真解決好混凝土保水保濕問題，就可以有效地解決好混凝土產(chǎn)生塑性裂縫的問題。