馬 琳

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 陜西 咸陽 712100）

外加劑對(duì)混凝土收縮與開裂性能影響的試驗(yàn)研究

馬 琳

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 陜西 咸陽 712100）

針對(duì)傳統(tǒng)混凝土中加入礦物外加劑會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂的問題，提出在傳統(tǒng)方法上加入粉煤灰和硅灰。為驗(yàn)證方法的可行性，采用不同實(shí)驗(yàn)配方比，并結(jié)合單摻和復(fù)摻方式，對(duì)上述方法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明：復(fù)摻 30%～40%的粉煤灰和礦粉可有效降低混凝土的開裂面積；硅灰與粉煤灰和礦粉在二元或三元復(fù)合下可降低砂漿自收縮和干燥收縮，且混凝土強(qiáng)度不會(huì)降低。由此得出混凝土收縮與開裂和砂漿收縮存在顯著相關(guān)性，砂漿的自收縮和干燥收縮是影響開裂的主要因素。

外加劑；混凝土；自收縮；開裂問題；摻和方式

混凝土收縮和開裂一直以來是影響高性能混凝土制備的重要技術(shù)瓶頸。混凝土在自由狀態(tài)下是不會(huì)開裂的。但是在實(shí)際的工程應(yīng)用中，對(duì)混凝土進(jìn)行約束不可避免。在這種約束狀態(tài)下，使得混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)這個(gè)拉應(yīng)力超過自身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生裂縫。通過研究表明，混凝土裂縫很容易出現(xiàn)在早期。在混凝土早期不斷硬化過程中，其強(qiáng)度不斷增加，同時(shí)彈性模量也顯著增加，從而使得混凝土微小的收縮都會(huì)使得產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力[1]。如彈性模量發(fā)展的速率超過混凝土的強(qiáng)度，則很容易出現(xiàn)混凝土開裂的問題。因此，為防止混凝土開裂，很多學(xué)者提出在混凝土中加入膨脹劑、減縮劑、礦物摻合料、聚丙烯纖維等原料，從而抑制混凝土出現(xiàn)裂縫的問題。而在加入礦物摻和料中，很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)單純加入礦物外加劑會(huì)加速混凝土開裂[2]。同時(shí)根據(jù)相關(guān)研究，加入粉煤灰可降低自收縮，增加混凝土強(qiáng)度。對(duì)此，本文結(jié)合上述的研究基礎(chǔ)，提出在傳統(tǒng)礦物外加劑中加入粉煤灰和硅灰，并就其對(duì)混凝土性能影響展開研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料選取

1.1.1 水泥

水泥選擇四川省川南特種水泥廠生產(chǎn)p.I 42.5水泥，主要成分為 S95 粒化高爐礦渣粉和具有火山灰活性的粉煤灰。具體化學(xué)構(gòu)成如表1。

表1 水泥化學(xué)成分Table 1Chemical composition of cement

1.1.2 礦物外加劑

在本實(shí)驗(yàn)中，本文選擇的礦物外加劑主要包括I級(jí)粉煤灰、礦粉、硅灰。其中，I級(jí)粉煤灰（FA）選自宜賓珙縣川南特種水泥廠，密度為 2.46 g/cm3,比表面積 404.9 m2/kg，需水量比為 93.7%；礦粉取自四川遂寧宏順建材有限公司，其密度為 2.78 g/cm3，比表面積 478.5 m2/kg；硅灰取自甘肅三元硅材料有限公司。各個(gè)外加劑的化學(xué)成分如表 2 所示。

表2 礦物外加劑化學(xué)成分Table 2 Chemical composition of mineral admixtures

1.1.3 集料

集料主要取自四川樂山馬邊混凝土攪拌站。細(xì)集料為河砂，Ⅱ區(qū)中砂，堆積密度為 1600 kg/m3,經(jīng)過篩選得出其細(xì)度模數(shù)為 2.8，級(jí)配良好；粗集料為顆粒直徑在 5～20 mm 的石灰石碎石，其中粒徑在5～10 mm 的石子占 40%，10～20 mm 的石子占到整體的 60%。

1.1.4 減水劑

本文所用的減水劑全部取自四川樂山馬邊攪拌站，選擇聚羧酸高效減水劑，其具體的參數(shù)如表 3所示。

表3 聚羧酸減水劑主要參數(shù)Table 3 Mainparameters ofpoly carboxylic acid water reducing agent

1.1.5 自來水

自來水全部取自樂山自來水公司。

1.2 試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

1.2.1 抗裂性能評(píng)價(jià)方法

根據(jù) GB/T50082-2009 關(guān)于《普通混凝長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》的要求，本文選擇平板刀口約束法對(duì)混凝土開裂性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。試件采用尺寸，試模由約束鋼板和裂縫誘導(dǎo)刀口組成。同時(shí)混凝土裂縫以 24h 內(nèi)的最大裂縫和單位面積的總裂縫，面積作為本文的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，單位面積上的總開開裂面積計(jì)算為：

N表示總開裂根數(shù)；

A表示平板面積；

wi表示第 i根的最大裂縫寬度，mm；

li表示第 i根裂縫的長度，mm。

1.2.2 收縮率評(píng)價(jià)方法

為避免因?yàn)楣橇戏N類引起的收縮率變化給實(shí)驗(yàn)帶來的誤差影響，本文則嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)配置的砂漿來測(cè)定水泥基的收縮率 。本文以第 28天齡期作為外加劑表征干縮影響。具體計(jì)算公式為：

其中，l0表示初始長度，lt為齡期測(cè)量長度，l為有效長度。

2 摻和外加劑對(duì)混凝土性能的影響試驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)配合比方案設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證不同比例礦物外加劑對(duì)混凝土收縮和開裂性能的影響，本文采用單摻和復(fù)摻的方法對(duì)其影響進(jìn)行驗(yàn)證，具體的配合比方案如表4和表5所示。

表4 混凝土配合比Table 4 Concrete mixture ratio

表5 砂漿配合比Table 5 Mortar mixture ratio

通過表4看出，本文配置的混凝土凝膠材料總量、砂率、水膠比是固定的。同時(shí)在表5中，采用了單摻和復(fù)摻的方式，其中編號(hào) 1～編號(hào) 10 全部為單摻方式，編號(hào) 11～編號(hào) 18 為復(fù)摻。在單摻時(shí)，粉煤灰和礦粉摻和的量分別為凝膠材料整體的 20%、30%、40%；硅灰的產(chǎn)量則為凝膠材料整體的 5%、8%、10%。在復(fù)摻的情況下，粉煤灰和礦粉的質(zhì)量為凝膠材料總質(zhì)量的 30%、40%。粉煤灰、硅灰和礦粉三者復(fù)合的質(zhì)量為凝膠材料總質(zhì)量的 35%、45%。兩兩復(fù)合時(shí)其質(zhì)量為總凝膠材料質(zhì)量的 30%。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 單摻方式下對(duì)混凝土性能的影響

通過上述的不同實(shí)驗(yàn)配方比，并根據(jù)混凝土開裂評(píng)價(jià)方法，可以得到如圖1所示的不同摻量下的結(jié)果。

圖1 單摻外加劑對(duì)混凝土性能影響Fig.1Effect of admixture onperformance of concrete

2.2.2 復(fù)摻下對(duì)混凝土性能影響

在復(fù)摻條件下，對(duì)混凝土在 24 h 內(nèi)的最大裂縫寬度和總開裂面積進(jìn)行計(jì)算，從而可以得到如圖 2所示的結(jié)果。

2.2.3 不同摻和方式下外加劑對(duì)砂漿收縮的影響

（1）單摻下對(duì)砂漿自收縮性能的影響

在單摻方式下，分別添加粉煤灰、礦粉和硅灰，從而可以得到砂漿的自收縮性能(圖 3)。

（2）復(fù)摻下對(duì)砂漿自收縮的影響

在復(fù)摻條件下，在砂漿中摻入粉煤灰、礦粉和硅灰，從而可以得到在 7 d 后的自收縮率(圖 4)。

2.2.4 混凝土開裂與自收縮的相關(guān)性

利用線性回歸方程對(duì)混凝土開裂與自收縮的關(guān)系進(jìn)行分析[5-7]，從而可以得到如圖 5 所示的相關(guān)系數(shù)。

圖2 復(fù)摻下的最大開裂寬度和總裂縫面積Fig.2 Maximum crack width and total crack area

圖3 單摻下砂漿自收縮性能Fig.3Self shrinkageperformance of cement mortar

圖4 粉煤灰、礦粉與硅灰復(fù)摻下的砂槳自收縮曲線Fig.4 Self shrinkage curve of the mortar with fly ash, slag and silica fume

圖5 總開裂面積與總收縮率的線性關(guān)系Fig.5 Linear relationship between total cracking area and total shrinkage

2.3 分析討論

根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在單摻方式下，分別在混凝土中加入粉煤灰、礦粉和硅灰，可以看到在加入粉煤灰和礦粉后，裂縫的寬度都在逐步下降，而在加入硅灰中，其裂縫的寬度卻在逐步上升。造成該原因主要是因?yàn)楣杌冶缺砻娣e大，在加入硅灰后，會(huì)加速水化速度，從而增加混凝土收縮。而在復(fù)摻條件下，加入粉煤灰、礦粉和硅灰后，通過圖 2 可以看出，當(dāng)三者比例加起來在 45%的時(shí)候，其裂縫總寬度最小，并且為空白混凝土的 60%。由此可以看出，通過復(fù)合的方式在降低混凝土開裂中具有明顯效果。

同時(shí)在單摻條件下，粉煤灰可有效降低混凝土的自收縮。但是與三元復(fù)合的條件下相比，其自收縮要明顯減少。如在 45%的比例條件下其自收縮降低 31%，而在相同條件下，單純采用粉煤灰對(duì)砂漿的自首率只有 13%。由此可以看出復(fù)摻下三元復(fù)合對(duì)降低混凝土的自收縮要優(yōu)于單摻下的自收縮。

另外，通過圖5可以看出，摻礦物外加劑混凝土的總開裂面積與砂漿的自收縮存在顯著相關(guān)性。因此，砂漿的自收縮是影響混凝土開裂的一個(gè)重要因素。要減少混凝土的開裂問題，可降低砂漿的自收縮出發(fā)。

3 結(jié)束語

本文通過實(shí)驗(yàn)證明了在單摻和復(fù)摻條件下對(duì)混凝土開裂性能和收縮性能的影響，并認(rèn)為在復(fù)摻條件下，可大大改善混凝土的開裂問題。同時(shí)在復(fù)摻條件下，可大大降低砂漿的自收縮，從而減少混凝土開裂。

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Experimental Study on Effect of Admixture on Shrinkage and Cracking of Concrete

MA Lin
（Yangling Vocational&technical College, Shaanxi Xianyang 712100, China )

Aiming at theproblem of concrete cracking caused by addition of mineral admixture in traditional concrete, the method of adding fly ash and silica fume in the concrete wasput forward. By using different experimental formula, combined with single and compound admixtures, the feasibility of above-mentioned method was verified. Experimental results show that the complex with 30% ～ 40% fly ash and slag can effectively reduce the cracking area of concrete; adding silica fume and fly ash and slag can reduce the self shrinkage and drying shrinkage in two-element or three-element compound, and the concrete strength is not reduced. So it is concluded that there is a significant correlation between concrete shrinkage and cracking with mortar shrinkage. The self shrinkage and drying shrinkage of mortar are the main factors to affect the cracking of concrete.

Admixture; Concrete; Self shrinkage; Cracking; Blending mode

TQ 178

： A

： 1671-0460（2017）02-0233-04

2016-09-23

馬琳（1980-），女，陜西西安人，講師，碩士研究生，研究方向：建筑技術(shù)。E-mail:546972132@qq.com。