潘旭晨　覃茂挺　李順凱

摘要：文章針對夏季高溫季節(jié)澆筑的C50預(yù)制箱梁混凝土出現(xiàn)分層色差及冷縫的問題，系統(tǒng)研究了混凝土澆筑間隔時間和施工振搗方式對C50混凝土外觀及力學(xué)性能的影響規(guī)律，并采用光學(xué)顯微鏡對新拌混凝土表面隨澆筑隔間時間的變化進(jìn)行微觀分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：硬化混凝土色差隨澆筑間隔時間越長而顏色越深，插搗成型方式有利于改善混凝土外觀；混凝土力學(xué)性能隨著澆筑間隔時間的延長而逐步降低，澆筑間隔時間對混凝土抗壓強(qiáng)度影響較小，而對混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度影響較大?；炷帘砻嫖⒂^分析表明，混凝土表面出現(xiàn)的龜裂紋是導(dǎo)致混凝土冷縫和劈裂抗拉強(qiáng)度下降的主要原因。

關(guān)鍵詞：C50混凝土；預(yù)制箱梁；冷縫；力學(xué)性能

0引言

近年來，隨著我國高速公路交通建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁在我國高速公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用［1-2］。目前，對于預(yù)制箱梁的要求已不僅僅限于梁體要具有足夠的力學(xué)性能和耐久性，還對梁體外觀質(zhì)量有著更高的要求［3-5］。夏季高溫時期澆筑C50混凝土?xí)r，容易受到天氣原因、設(shè)備故障或其他人為等因素的影響而暫停連續(xù)澆筑［6-7］，很容易產(chǎn)生澆筑分層色差，從而導(dǎo)致冷縫問題，這些問題不僅嚴(yán)重影響箱梁的外觀質(zhì)量，還會影響混凝土對鋼筋的握裹力、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性以及使用壽命［8-10］。

某預(yù)制梁場夏季高溫季節(jié)生產(chǎn)的30 m跨C50箱梁腹板外側(cè)中間位置出現(xiàn)分層色差及冷縫的問題［11-12］。根據(jù)箱梁腹板處分層色差及冷縫出現(xiàn)的位置和當(dāng)時澆筑情況可以判斷，分層位置為腹板混凝土施工時的澆筑面，由于后澆筑混凝土與開始的澆筑混凝土未能有效形成良好的整體，從而導(dǎo)致箱梁混凝土色差和冷縫現(xiàn)象［13-14］。

本文主要從室內(nèi)模擬試驗(yàn)著手，考慮到夏季高溫季節(jié)混凝土澆筑間隔時間和施工振搗情況，通過室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證C50箱梁混凝土出現(xiàn)色差和冷縫的現(xiàn)象，研究澆筑間隔時間對不同齡期C50混凝土外觀和力學(xué)性能的影響規(guī)律，并采用光學(xué)顯微鏡觀察新拌混凝土表面隨澆筑隔間時間的變化情況，分析澆筑間隔時間對混凝土外觀及力學(xué)性能的影響，為合理控制澆筑間隔時間和改善箱梁混凝土外觀質(zhì)量提供參考。

1 混凝土原材料及試驗(yàn)方法

1.1 混凝土原材料及配合比

1.1.1 混凝土原材料

水泥采用強(qiáng)度等級為P·O42.5的普通硅酸鹽水泥其主要物理和力學(xué)性能指標(biāo)如表1和表2所示；機(jī)制砂采用石灰?guī)r機(jī)制砂，表觀密度為2 680 kg/m3，堆積密度為1 630 kg/m3，細(xì)度模數(shù)為3.1；碎石采用5～25 mm連續(xù)級配碎石；減水劑為聚羧酸減水劑，固含量為20%，減水率≥25%。

1.1.2 混凝土配合比及拌和物性能

混凝土配合比及拌和物性能如表3所示。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試件成型

試件采用150 mm×150 mm×150 mm塑料試模。試件分兩種方式成型：（1）澆筑第一層（試模高度的一半，75 mm），采用振搗棒不插入第一層混凝土的方式振搗，分別間隔0 min、30 min、60 min和90 min澆筑第二層75 mm；（2）澆筑第一層（試模高度的一半，75 mm），分別間隔0 min、30 min、60 min和90 min澆筑第二層，澆筑時采用振搗棒插入第一層混凝土的方式振搗。

1.2.2 混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)

按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2019）測試混凝土不同澆筑間隔時間和不同振搗方式的混凝土28 d抗壓及劈裂抗拉強(qiáng)度。

1.2.3 新拌混凝土表面變化

采用立體顯微鏡觀察新拌混凝土表面隨澆筑隔間時間的變化情況，測試環(huán)境為溫度30 ℃，相對濕度65%；儀器為Leica Stereo Microscope M205A，其具有變倍比為20.5∶1和光學(xué)分辨率高達(dá)0.952 μm等特點(diǎn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同澆筑間隔時間的硬化混凝土外觀

如圖1所示為不同澆筑間隔時間（0 min、30 min、60 min和90 min）對硬化后混凝土外觀的影響。從圖1可以看出，硬化混凝土色差隨間隔時間越長而顏色越深。其中，在間隔時間為0 min時，混凝土試塊上下層顏色一致；當(dāng)間隔時間為30 min時，混凝土試塊上下層顏色有輕微的差別；而在間隔時間為60 min和90 min時，混凝土試塊上下層顏色差別明顯，這正好驗(yàn)證了現(xiàn)場工程C50箱梁混凝土出現(xiàn)的色差現(xiàn)象。因此，對于未插搗混凝土，為避免出現(xiàn)混凝土色差，澆筑間隔時間必須＜30 min。

2.2 不同振搗方式的硬化混凝土外觀

如圖2所示為在不同澆筑間隔時間（0 min、30 min、60 min和90 min）采用不同的振搗方式對硬化后混凝土外觀的影響。從圖2可以看出，在澆筑第二層混凝土?xí)r，采用插入第一層混凝土的振搗成型方式可以改善混凝土色差，其中，在間隔時間為30 min時，混凝土試塊沒有出現(xiàn)色差，與一次性成型的試塊外觀相當(dāng)；當(dāng)間隔時間為60 min時，混凝土試塊出現(xiàn)輕微色差；當(dāng)間隔時間為90 min時，混凝土試塊出現(xiàn)了明顯的色差，說明在高溫和低濕度條件下，采用插入式振搗方式（以下簡稱插搗）可以改善混凝土色差，但也存在一定的范圍。為避免出現(xiàn)混凝土色差，即使采用插入式振搗方式成型，澆筑間隔時間也必須＜60 min。

2.3 澆筑間隔時間對混凝土力學(xué)性能的影響

如下頁圖3所示為不同澆筑間隔時間（0 min、30 min、60 min和90 min）和不同成型方式（未插搗和插搗）對C50混凝土28 d抗壓強(qiáng)度的影響。從圖3可以看出，不同澆筑間隔時間內(nèi)混凝土抗壓強(qiáng)度值相差不大，其中最大值為67.8 MPa，最小值為65.7 MPa，可以認(rèn)為澆筑間隔時間對混凝土抗壓強(qiáng)度影響較小。由圖3可知，在澆筑第二層混凝土?xí)r，采用插搗方式的混凝土抗壓強(qiáng)度值均大于不插搗的混凝土，其中在間隔時間為30 min時，采用插搗方式的混凝土抗壓強(qiáng)度增大1.1 MPa，在間隔時間為90 min時，采用插搗方式的混凝土抗壓強(qiáng)度增大1.2 MPa，說明采用插搗成型方式略微增加了混凝土抗壓強(qiáng)度。

如圖4所示，表示C50混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨澆筑間隔時間的變化情況。從圖4可以看出，C50混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨著澆筑間隔時間的延長而逐步降低，由大到小順序是0 min＞30 min＞60 min＞90 min。在未考慮插搗的情況下，C50混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度最大值為4.15 MPa，最小值僅為3.24 MPa。相比于一次性澆筑試件，澆筑間隔時間為30 min、60 min和90 min試件的劈裂抗拉強(qiáng)度分別降低11.5%、16.6%和21.9%，而采用插搗試件的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度僅降低了5.5%、8.9%和14.4%。

在相同的澆筑間隔時間情況下，采取插搗成型方式的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均高于未插搗混凝土，這歸功于插搗成型方式使第一層澆筑混凝土與第二層混凝土形成良好的整體，減少了混凝土內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，從而得到相對較高的劈裂抗拉強(qiáng)度。因此，為了保證不同澆筑間隔時間混凝土能形成良好的整體，如果未采取插搗方式，最佳間隔澆筑時間必須＜30 min；若采取插搗成型方式措施，最佳澆筑間隔時間應(yīng)＜60 min。

3 混凝土表面的微觀分析

影響C50混凝土外觀和力學(xué)性能主要是不同澆筑層混凝土及與上一層混凝土的粘結(jié)，而粘結(jié)與混凝土表面相關(guān)。采用LEICA顯微鏡將混凝土表面放大80倍，觀察混凝土澆筑表面特征隨時間的變化情況。

如圖5所示為采用LEICA顯微鏡放大80倍觀察到混凝土表面隨時間的變化情況。從圖5可以看出，在高溫和低濕度環(huán)境下，隨著時間的延長，混凝土表面逐漸產(chǎn)生了龜裂紋的現(xiàn)象，其中，初始時混凝土表面比較光滑，有一些小氣泡，在30 min時混凝土表面即開始產(chǎn)生龜裂，而在60 min和90 min時，龜裂紋更為密集且裂紋寬度隨時間延長逐漸變寬。分析其原因，主要是本試驗(yàn)采用C50混凝土水膠比較低和粘聚性較好，沒有出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，在高溫和低濕度條件下不能彌補(bǔ)表面蒸發(fā)損失的水，導(dǎo)致C50混凝土出現(xiàn)龜裂紋；隨著時間延長，表面水份散失越多，裂紋寬度越大。這些表面龜裂紋會阻礙不同澆筑間隔期混凝土的形成良好的整體，導(dǎo)致混凝土冷縫的形成，降低混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，在實(shí)際工程實(shí)施時應(yīng)盡量避免出現(xiàn)。

4 結(jié)語

根據(jù)夏季高溫季節(jié)澆筑間隔時間對C50混凝土外觀和力學(xué)性能的研究，分析混凝土表面隨澆筑間隔時間的變化情況，可以得出以下結(jié)論：

（1）硬化混凝土色差隨澆筑間隔時間越長而顏色越深，插搗成型方式有利于改善混凝土外觀，因此，為避免出現(xiàn)混凝土色差，澆筑間隔時間應(yīng)盡量縮短。

（2）混凝土力學(xué)性能隨著澆筑間隔時間的延長而逐步降低，澆筑間隔時間對混凝土抗壓強(qiáng)度影響較小，而對混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度影響較大；相比于一次性澆筑試件，澆筑間隔時間為30 min、60 min和90 min的未插搗混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度分別降低11.5%、16.6%和21.9%，而采用插搗方式的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度僅降低了5.5%、8.9%和14.4%。

（3）混凝土表面微觀分析表明，在高溫和低濕度環(huán)境下，澆筑間隔時間為30 min時混凝土表面即開始產(chǎn)生龜裂，且隨時間延長混凝土表面龜裂紋更為密集，且裂紋寬度變得越寬，這些龜裂紋是導(dǎo)致混凝土冷縫出現(xiàn)和劈裂抗拉強(qiáng)度下降的主要原因。

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作者簡介：潘旭晨（1990—），研究方向：橋梁工程施工技術(shù)。