牛艷飛，劉玲玲

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣州 510006）

0 引言

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生難以完全防止。混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫會對耐久性能產(chǎn)生不利影響。根據(jù)國內(nèi)外研究資料，混凝土收縮變形引起的變形裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)開裂的主要原因，約占全部裂縫的80%，荷載引起的裂縫約占20%［1］。其中，干燥收縮引起的裂縫引起了廣泛關(guān)注，迄今為止已經(jīng)有很多學(xué)者對其進(jìn)行了大量的研究［2］。部分研究技術(shù)成果已經(jīng)投入實際工程應(yīng)用，其中一種有效的方法是使用各種摻合料，以減少干燥收縮。在以往的研究成果［3-7］中，以下幾種有效方法可降低混凝土干縮：①摻入膨脹材料；②使用干燥減縮混合料；③使用礦粉；④摻入纖維。

然而，在混凝土攪拌站中使用摻合料會導(dǎo)致設(shè)備成本和勞動力成本的增加，還會因材料數(shù)量的增加帶來管理問題。因此，限制了使用摻合料來減少干燥收縮這種方法的普及。

在過去的研究結(jié)果中，據(jù)報道，當(dāng)尿素作為混凝土摻合料使用量為50 kg∕m3時，干燥收縮降低約60%［8］。然而，混凝土的干燥主要發(fā)生在混凝土的表層部分，混凝土內(nèi)部保持相對濕潤狀態(tài)。為了抑制干燥收縮，在整個混凝土中使用摻合料的方法有著材料利用率低的缺點。因此，僅對發(fā)生干燥收縮的表層部分使用具有減縮效果的材料才更為合理有效。

考慮到上述情況，本研究開發(fā)了一種廉價且易于降低干燥收縮的方法，使用尿素溶液涂抹在混凝土表面來減少干燥收縮。在過去的研究中，根據(jù)砂漿試塊硬化脫模后干燥收縮測量結(jié)果，證實尿素溶液對砂漿具有減縮效果和抗壓強度提高效果［9］。因此，本研究旨在確認(rèn)尿素溶液是否對混凝土試塊同樣具有減縮效果和強度提高效果。本研究初步探索尿素溶液涂抹混凝土表層改善收縮性能。然而，針對長期涂抹尿素溶液混凝土表層，其長期耐久性問題值得探索。

1 試驗方案

混凝土的設(shè)計配合比如表1所示。坍落度目標(biāo)值為8.0±2.0 cm，含氣量目標(biāo)值為4.5%±1.5%。

表1 混凝土配合比Tab.1 Concrete Mix Ratio

本研究中的試驗條件如表2 所示，每個試驗的步驟如下所述：

表2 試驗條件Tab.2 Test Conditions

⑴收縮試驗：混凝土試塊成型后第1 d（從混凝土攪拌加水時算起）拆掉模具，移至恒溫恒濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，并立即測定其初始長度。在第4 d 齡期時將試塊浸泡于尿素溶液或用尿素溶液對試塊表面進(jìn)行刷涂，并在浸泡或刷涂前后測試其長度。此后按照規(guī)定齡期測試其長度。

⑵抗壓強度試驗：混凝土試塊成型后第1 d（從混凝土攪拌加水時算起）拆掉模具，移至恒溫恒濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)。在第4 d 齡期時將試塊浸泡于尿素溶液，然后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，按照規(guī)定齡期測試其抗壓強度。

本研究中尿素溶液的浸泡和刷涂方法如下所述：

⑴本研究采用自來水、50%濃度的尿素溶液（尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%）作為浸泡液。然而，僅在收縮試驗中進(jìn)行自來水浸泡，用于對比試驗。

⑵為了模擬在實際工程中的應(yīng)用，對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行刷涂，在20±3 ℃、相對濕度為60%±5%的恒溫室內(nèi)養(yǎng)護(hù)3 d后，將混凝土試塊浸泡在不同的溶液中。浸泡時間分為1 min、10 min和30 min。

⑶ 為了檢驗?zāi)蛩厝芤核⑼繉炷恋臏p縮效果，使用寬度為70 mm 的毛刷，每30 min 向硬化后的混凝土試塊的整個表面刷涂36 g 尿素溶液，刷涂次數(shù)分別為3、6和9次。

2 試驗結(jié)果與分析

混凝土試塊浸泡于濃度50%的尿素溶液之后的抗壓強度如圖1 所示?？梢钥闯?，與未經(jīng)處理的試塊相比，在尿素溶液中浸泡過的試塊強度有所增加。這一結(jié)果有兩個可能的原因：①尿素溶液從試塊表面的空隙進(jìn)到混凝土表層的空隙，隨著水分的蒸發(fā)，溶液中的尿素結(jié)晶析出，填充了混凝土結(jié)構(gòu)的表層空隙，結(jié)晶產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力抵消了部分收縮應(yīng)力，干燥收縮減??；②尿素的保水效應(yīng)可以有效抑制水分的蒸發(fā)，有利于混凝土保持濕潤狀態(tài)，從而一定程度上提高了抗壓強度。

此外，抗壓強度隨浸泡時間的延長而增加。這是因為時間越長，進(jìn)入混凝土內(nèi)部的尿素溶液就越多。然后，更多的尿素在干燥失水后結(jié)晶析出，留在混凝土表層孔隙中。

圖1的結(jié)果確認(rèn)了尿素溶液對混凝土試塊同樣具有強度提高效果。

圖1 混凝土抗壓強度Fig.1 Compressive Strength of Concrete

混凝土試塊在尿素溶液中浸泡之后的干燥收縮試驗結(jié)果［3］如圖2?所示。當(dāng)尿素溶液的浸泡時間越長，減縮效果越大。與抗壓強度一樣，浸泡時間越長，進(jìn)入混凝土內(nèi)部的尿素溶液量越多，更多尿素在干燥后殘留并結(jié)晶，減縮效果更好。

用尿素溶液刷涂混凝土試塊之后的干燥收縮試驗結(jié)果如圖2?所示，刷涂法的減縮效果與浸泡法基本相同。隨著刷涂次數(shù)的增加，減縮效果也隨之增加。

圖2的結(jié)果均確認(rèn)了尿素溶液對混凝土試塊同樣具有減縮效果。

圖2 混凝土長度變化Fig.2 Change of Length of Concrete

3 結(jié)論

⑴尿素溶液浸泡處理過的混凝土試塊的抗壓強度高于未處理試塊。這可能是因為尿素溶液進(jìn)入內(nèi)部，重新結(jié)晶析出后，填充了硬化結(jié)構(gòu)的空隙，結(jié)晶的膨脹應(yīng)力抵消了一部分壓縮應(yīng)力，抗壓強度增加。還可能是因為尿素的保水性有效防止水分的散失，使得混凝土內(nèi)部保持濕潤狀態(tài)，從而增加了抗壓強度。

⑵尿素溶液浸泡處理過的混凝土試塊的干燥收縮比未處理試塊的干燥收縮小。并且隨著浸泡時間的延長，干燥收縮減小的幅度就越大。與抗壓強度試驗一樣，這可能是因為尿素的結(jié)晶壓力和保水效應(yīng)，從而減少了干燥收縮。

⑶與浸泡相比，反復(fù)刷涂的方法也具有相同的減縮效果。刷涂的方法操作簡單，這有利于現(xiàn)場施工，可為實際工程應(yīng)用提供參考。