顏廣，馬坡，黃健，黃江山

（廈門(mén)市集美區(qū)鴻銘建材有限公司，福建 廈門(mén) 361024）

預(yù)拌混凝土早期抗裂性能研究

顏廣，馬坡，黃健，黃江山

（廈門(mén)市集美區(qū)鴻銘建材有限公司，福建 廈門(mén) 361024）

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

預(yù)拌混凝土；早期抗裂性；塑性收縮；裂縫

0 前言

預(yù)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(guò)程中水分從混凝土表面蒸發(fā)損失，導(dǎo)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(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，不足以抵抗由于塑性收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而直接引起混凝土表面開(kāi)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(shè)計(jì)參數(shù)、混凝土養(yǎng)護(hù)方式等方面入手，研究其對(duì)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(dǎo)作用。

1 試驗(yàn)方法及過(guò)程綜述

1.1 抗裂試驗(yàn)?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)

本試驗(yàn)采用平板抗裂試驗(yàn)?zāi)＞邷y(cè)試混凝土的早期抗裂性能，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，該模具共 6 個(gè)一套。

圖1 抗裂試驗(yàn)?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)圖

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)過(guò)程按以下步驟進(jìn)行：

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

（2）當(dāng)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(shí)間。

（3）當(dāng)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(yàn)，仔細(xì)觀察并記錄每塊板面的裂縫出現(xiàn)時(shí)間、數(shù)量、長(zhǎng)度和寬度。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算方法。

根據(jù) 24h 的開(kāi)裂情況，計(jì)算下列三個(gè)參數(shù)：

式中：

a——裂縫的平均開(kāi)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(kāi)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(zhǎng)度，mm；

N——總裂縫條數(shù)，根；

A——平板試件的面積，此試驗(yàn) A=0.36m2。

2 試驗(yàn)用原材料及設(shè)備

2.1 原材料

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

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

拌合用水 (W)：自來(lái)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(lèi) Ⅱ 級(jí)粉煤灰(F)，細(xì)度 17.4%；漳州金力建材有限公司生產(chǎn)的 S95 級(jí)磨細(xì)礦粉 (K)。

減水劑 (A)：發(fā)盛（廈門(mén)）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(hù)劑：廈門(mén)某外加劑公司生產(chǎn)的養(yǎng)護(hù)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(mén)某公司生產(chǎn)的聚炳烯纖維。

2.2 生產(chǎn)設(shè)備

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

3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

3.1 設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究不同砂品種對(duì)混凝土抗裂性能的影響

設(shè)置三個(gè)配合比，三個(gè)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(jí)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(gè)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(yàn)，溫度 27.8℃，濕度 63%，調(diào)整風(fēng)速 5.0m/s 進(jìn)行試驗(yàn)。配合比數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同砂品種試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)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(kāi)裂面積最少，其次是使用河砂的，開(kāi)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(guò)水汽篩選等手段進(jìn)行質(zhì)量控制。

3.2 配合比參數(shù)對(duì)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(yàn)分別設(shè)計(jì)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(jī)坍落度控制在 180～200mm，其配合比及結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同礦物摻合料摻量的試驗(yàn)配合比及結(jié)果

表2 中每個(gè)配合比成型 1 件抗裂試件，成型后立即暴露在現(xiàn)場(chǎng)并開(kāi)風(fēng)扇進(jìn)行試驗(yàn)，白天溫度 39.5℃、濕度 35%，晚間溫度 28.2℃、濕度 92%，風(fēng)速調(diào)整為 5.0m/s。

試驗(yàn)結(jié)果分析：KL004 試件與 KL005 試件為相同配合比數(shù)據(jù)時(shí)在不摻礦物摻合料情況對(duì)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(kāi)裂，且總開(kāi)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?？傮w上 KL004、KL005 試件均比 KL006、KL007 和 KL008、KL009 試件開(kāi)裂面積少很多，說(shuō)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(yàn)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(kāi)裂面積更小。但對(duì)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(yàn)結(jié)果得知：復(fù)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(kāi)裂面積隨礦粉的摻量成倍增加（摻 40% 礦粉的混凝土開(kāi)裂面積約為摻 20% 礦粉混凝土的兩倍）?？梢?jiàn)摻加礦粉后會(huì)增加混凝土的早期收縮量。

3.3 養(yǎng)護(hù)方式對(duì)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(hù)方式：①?lài)姙B(yǎng)護(hù)劑；②成型后立即覆蓋薄膜；③不蓋薄膜，臨近初凝反復(fù)抹壓澆水養(yǎng)護(hù)。前面已經(jīng)研究試件成型后若暴露在現(xiàn)場(chǎng)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?，F(xiàn)設(shè)計(jì)在大摻量粉煤灰和礦粉的條件下考查上述 3 種養(yǎng)護(hù)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(jiàn)表3。

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

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

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

對(duì)表3 試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出，采取上述 3 種養(yǎng)護(hù)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(jì)又容易 操作的施工養(yǎng)護(hù)方式。若方式 ②、③ 結(jié)合使用則效果更佳。

表3 不同養(yǎng)護(hù)方式的試驗(yàn)配合比及結(jié)果

3.4 特殊外加劑對(duì)混凝土早期塑性收縮性能的影響。

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

表4 摻特殊外加劑的試驗(yàn)配合比及結(jié)果

配比參數(shù)：KL016、KL017 兩盤(pán)等量取代 20% 粉煤灰和 30% 礦粉，為空白試驗(yàn)配合比，KL018、KL019 兩盤(pán)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(pán)等量取代 22% 粉煤灰和 24% 礦粉并摻入 8% 膨脹劑。試驗(yàn)環(huán)境：白天溫度 39.2℃，濕度48%，晚間溫度 27.8℃，濕度 84%，風(fēng)速為 5.3m/s。養(yǎng)護(hù)方式為：KL016、KL018、KL020 試驗(yàn)過(guò)程中不覆蓋、不澆水、不抹壓、現(xiàn)場(chǎng)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(gè)試件也暴露于現(xiàn)場(chǎng)條件下。每個(gè)配合比成型 1 個(gè)抗裂試件并立即進(jìn)行試驗(yàn)。數(shù)據(jù)分析：與空白試驗(yàn)對(duì)比，無(wú)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(chǎng)暴曬條件下時(shí)均會(huì)開(kāi)裂，空白試驗(yàn)開(kāi)裂面積最大，摻纖維的與空白試驗(yàn)混凝土開(kāi)裂面積相差不大，摻膨脹劑的開(kāi)裂面積較少?？瞻自囼?yàn)、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(kāi)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(kāi)裂，摻入粉煤灰后其開(kāi)裂面積增大，粉煤灰的摻量不宜超過(guò) 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(kāi)裂。

（3）對(duì)于控制混凝土的早期塑性收縮性能，養(yǎng)護(hù)方式比配合比參數(shù)更重要，混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑，覆蓋薄膜保濕，臨近初凝反復(fù)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(duì)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(kāi)裂及收縮應(yīng)變的分布[J]．混凝土，2002(5)：79-85.

[2] GB/T50082－2009．普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

［通訊地址］廈門(mén)市集美區(qū)后溪大道 1637 號(hào)（361024）

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