改善高強高性能混凝土抗裂性能試驗研究

翟 超，唐新軍，肖 楊

(1.新疆維吾爾自治區(qū)水利管理總站，烏魯木齊 830000； 2.新疆農業(yè)大學 水利與土木工程學院，烏魯木齊 830052； 3.新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘察設計研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

高強高性能混凝土與普通混凝上相比，強度和耐久性上都有很大程度的提高，在國內外得到廣泛應用[1]。但是由于其水泥用量大、水膠比低以及加入多種超細摻和料，增加了高強高性能混凝土對環(huán)境的敏感性[2]，從而更容易發(fā)生早期塑性開裂。在不養(yǎng)護情況下，高強高性能混凝土的開裂面積是高性能混凝土的4倍[3]，使其在實際應用、推廣過程中遇到了很大阻力。在實際施工的環(huán)境中，如何防止高強高性能混凝土發(fā)生塑性開裂是工程建設中非常關注的問題。本文以新疆三屯河水庫放水洞閘底板混凝土作為研究對象，分析探討改善高強高性能混凝土抗裂性能的工程措施。

1 試驗材料及配合比

1) 水泥：新疆TS水泥廠生產的52.5R普通硅酸鹽水泥。

2) 粉煤灰：新疆MNS電廠生產的Ⅰ級粉煤灰。

3) 礦渣：新疆八鋼和屯河水泥廠聯(lián)合生產。

4) 硅粉：研科-Ⅲ。

5) 膨脹劑：研科-ZY。

6) 減水劑：江蘇南京蘇博特有限公司研制的聚羧酸型減水劑，最優(yōu)摻量1.5%(固體)。本次試驗配合比使用稀釋后(液體)減水劑。

7) 骨料：骨料采用一級配，粗骨料用當?shù)厥钠扑榈乃槭?，最大粒?6 mm，水洗后含泥量0.1%，超徑、遜徑顆粒已剔除；細骨料用當?shù)氐纳?，細度模?shù)為2.7，屬中砂，級配屬Ⅱ區(qū)，含泥量2.7%，已剔除大于5 mm顆粒。

8) 水：自來水。

9) 減蒸劑：江蘇南京蘇博特有限公司研制的減蒸劑，減蒸劑∶水=1∶9稀釋后使用，每平方米用量200 g。

10) 緩凝劑：新疆Sodium Gluconate ，與水的配合比為1∶10，每平方米用量200 g。

11) 塑膜：1.5 m×1.5 m的塑料薄膜。

試驗配合比見表1。

表1 C80高強高性能混凝土配合比

2 試驗方案

2.1 試驗方法與環(huán)境條件

按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GBT 50082-2009)[4]中混凝土早期抗裂試驗規(guī)程要求進行試驗。試驗環(huán)境參照三屯河放水洞內溫度和濕度，在實驗室模擬施工現(xiàn)場情況：溫度為18℃，濕度為56%。

2.2 試驗方案

1) 不養(yǎng)護：試件成型后，不做任何養(yǎng)護措施。

2) 覆膜養(yǎng)護：試件成型后，30 min內進行覆膜養(yǎng)護。

3) 噴減蒸劑或緩凝劑+覆膜養(yǎng)護：試件澆筑后，在試件表面噴減蒸劑或緩凝劑，待試件表面無液態(tài)水分時進行覆膜養(yǎng)護。

3 試驗結果及分析

3.1 不養(yǎng)護條件下混凝土表面開裂情況

由試驗可知，暴露在環(huán)境中不做任何養(yǎng)護的混凝土試件，在抹面后15 min開始出現(xiàn)裂縫，最終共產生4條裂縫。其中，沿導裂梁方向3條，垂直導裂梁方向1條，最大裂縫寬度2.6 mm，最大裂縫長度755 mm，單位面積總開裂面積2 620 mm2/m2，詳見表2。

表2 不同時間下試件的單位面積總開裂面積

試驗結果表明，不養(yǎng)護條件下高強高性能混凝土試件，15 min內就會發(fā)生塑性開裂，塑性開裂的高峰期發(fā)生在抹面后的3 h內，開裂面積占24 h的82%。與不養(yǎng)護的高性能混凝土相比，高強高性能土的塑性開裂時間提前大約45 min，這說明高強高性能混凝土需要在更早的時間實施抗裂措施。

原因分析：造成高強高性能混凝土塑性開裂嚴重的原因有兩個，一是水化速率快，膨脹劑未能發(fā)揮補償優(yōu)勢。高強高性能混凝土水膠比低，水化速率快，尤其是硅粉，水化更為迅速。水化消耗了表層混凝土的水分，導致膨脹劑在短時間內沒有足夠的水用于水化膨脹，影響了補償收縮的作用。二是摻和料阻塞了水分補給通道，表層混凝土失水嚴重。摻和料中硅粉、粉煤灰、礦渣細度較小，填充作用好，同時也阻塞了混凝土內部水分補給表層水分的通道，在實際環(huán)境中失水速率超過補給速率，加速干燥收縮。導裂梁約束了混凝土的水化收縮和失水收縮，當約束應力大于混凝土自身抗拉強度時，產生了沿導裂梁方向的裂縫。由于混凝土不是均質材料，各區(qū)域水化反應速率不同，水化速率快的區(qū)域硬化程度較高，相對于水化程度較低的區(qū)域便產生內部約束，當內部約束應力大于混凝土自身抗拉強度時，產生了不規(guī)律、垂直于導裂梁的裂縫。

3.2 覆膜養(yǎng)護對高強高性能混凝土塑性開裂的影響

由試驗可知，試件在抹面后30 min覆蓋塑膜養(yǎng)護，觀測到試件表面已出現(xiàn)1條裂縫，單位面積總開裂面積為313.4 mm2/m2。在隨后的24 h至48 h，裂縫呈現(xiàn)出減小的趨勢，直到48 h保持1條裂縫，寬度為0.82 mm，長度為312.6 mm，單位面積總開裂面積為267.0 mm2/m2，詳見表3。

試驗結果表明，高強高性能混凝土抹面后30 min內進行覆蓋塑膜養(yǎng)護，與比不養(yǎng)護混凝土相比，開裂面積減少89.3%。及時覆膜養(yǎng)護有助于裂縫的愈合，是因為覆蓋塑膜能夠有效降低混凝土表面水分的損失，使表層混凝土能夠充分水化，水化產物填補了裂縫末端細小的縫隙，加之膨脹劑也有足夠的水分水化膨脹，補償收縮，加快了裂縫愈合。另一方面，覆膜很大程度上減弱了混凝土水分蒸發(fā)的毛細作用，減少了毛細通道，增強了表層混凝土的整體性，提高抗拉強度，能夠有效抑制混凝土塑性開裂。

表3 試件隨養(yǎng)護時間延長單位面積總開裂面積變化情況

3.3 噴減蒸劑或緩凝劑+覆塑膜養(yǎng)護對高強高性能混凝土塑性開裂的影響

由試驗可知，試件澆筑成型后立即噴減蒸劑或緩凝劑，并在60 min后覆蓋塑膜養(yǎng)護，試件均未發(fā)現(xiàn)裂縫，詳見表4。

表4 不同養(yǎng)護方式下各試件單位面積總開裂面積

試驗結果表明，混凝土試件抹面后，立即噴減蒸劑和緩凝劑，在60 min內進行覆蓋塑膜養(yǎng)護可以避免混凝土塑性開裂的現(xiàn)象發(fā)生。減蒸劑抑制了混凝土表層水分的蒸發(fā)，有效延遲了表層混凝土的干燥；緩凝劑延緩了表層混凝土的硬化，從而延緩塑性收縮，在實際施工過程中能夠為覆蓋塑膜養(yǎng)護爭取寶貴的時間。

4 現(xiàn)場混凝土施工及運行情況

現(xiàn)場施工時間為3月上旬，先在閘前設置排水涵管，將來水引到施工面下游。同時，在涵管上游側布設擋水土袋，定時排出滲水，保證工作面干燥；在洞內設置門簾，架設火盆，保證施工溫度。對沖毀的混凝土閘底板進行處理，按照現(xiàn)場實際情況，調整施工配合比進行澆筑。抹面結束后，待表面無泌水，立即覆蓋塑膜養(yǎng)護，初凝后塑膜上覆蓋干燥的氈毯保溫，終凝后混凝土表面從下至上依次覆蓋濕毯、塑膜、干燥草墊養(yǎng)護。達到養(yǎng)護齡期后進行過水試驗，效果較好；運行一年后觀測磨損量，損失少，強度和耐久性均滿足要求。

5 結 論

在試驗過程中，高強高性能混凝土比高性能混凝土更容易發(fā)生塑性開裂，且開裂時間和開裂面積也比高性能混凝土發(fā)生的早、開裂的多。本次試驗的高強高性能混凝土按照早期抗裂等級劃分，屬于I級，抗裂性能不良。通過及時覆蓋塑膜養(yǎng)護或噴涂減蒸劑、緩凝劑與覆蓋塑膜相結合養(yǎng)護，能夠有效減少和避免高強高性能混凝土的塑性開裂，使結構滿足耐久性要求。