外加劑對混凝土收縮與開裂性能影響的試驗研究

馬 琳

（楊凌職業技術學院, 陜西 咸陽 712100）

外加劑對混凝土收縮與開裂性能影響的試驗研究

馬 琳

（楊凌職業技術學院, 陜西 咸陽 712100）

針對傳統混凝土中加入礦物外加劑會導致混凝土開裂的問題，提出在傳統方法上加入粉煤灰和硅灰。為驗證方法的可行性，采用不同實驗配方比，并結合單摻和復摻方式，對上述方法進行驗證。實驗表明：復摻 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合下可降低砂漿自收縮和干燥收縮，且混凝土強度不會降低。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瓶頸?；炷猎谧杂蔂顟B下是不會開裂的。但是在實際的工程應用中，對混凝土進行約束不可避免。在這種約束狀態下，使得混凝土的內部產生拉應力，當這個拉應力超過自身的抗拉強度時，就會在混凝土中產生裂縫。通過研究表明，混凝土裂縫很容易出現在早期。在混凝土早期不斷硬化過程中，其強度不斷增加，同時彈性模量也顯著增加，從而使得混凝土微小的收縮都會使得產生很大的拉應力[1]。如彈性模量發展的速率超過混凝土的強度，則很容易出現混凝土開裂的問題。因此，為防止混凝土開裂，很多學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裂縫的問題。而在加入礦物摻和料中，很多學者發現單純加入礦物外加劑會加速混凝土開裂[2]。同時根據相關研究，加入粉煤灰可降低自收縮，增加混凝土強度。對此，本文結合上述的研究基礎，提出在傳統礦物外加劑中加入粉煤灰和硅灰，并就其對混凝土性能影響展開研究。

1 實驗部分

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p.I 42.5水泥，主要成分為 S95 ?；郀t礦渣粉和具有火山灰活性的粉煤灰。具體化學構成如表1。

表1 水泥化學成分Table 1Chemical composition of cement

1.1.2 礦物外加劑

在本實驗中，本文選擇的礦物外加劑主要包括I級粉煤灰、礦粉、硅灰。其中，I級粉煤灰（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。各個外加劑的化學成分如表 2 所示。

表2 礦物外加劑化學成分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。細集料為河砂，Ⅱ區中砂，堆積密度為 1600 kg/m3,經過篩選得出其細度模數為 2.8，級配良好；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，其具體的參數如表 3所示。

表3 聚羧酸減水劑主要參數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 試驗評價方法

1.2.1 抗裂性能評價方法

根據 GB/T50082-2009 關于《普通混凝長期性能和耐久性能試驗方法》的要求，本文選擇平板刀口約束法對混凝土開裂性能進行評價[3]。試件采用尺寸，試模由約束鋼板和裂縫誘導刀口組成。同時混凝土裂縫以 24h 內的最大裂縫和單位面積的總裂縫，面積作為本文的主要評價指標。其中，單位面積上的總開開裂面積計算為：

N表示總開裂根數；

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 收縮率評價方法

為避免因為骨料種類引起的收縮率變化給實驗帶來的誤差影響，本文則嚴格按照標準配置的砂漿來測定水泥基的收縮率 。本文以第 28天齡期作為外加劑表征干縮影響。具體計算公式為：

其中，l0表示初始長度，lt為齡期測量長度，l為有效長度。

2 摻和外加劑對混凝土性能的影響試驗

2.1 實驗配合比方案設計

為驗證不同比例礦物外加劑對混凝土收縮和開裂性能的影響，本文采用單摻和復摻的方法對其影響進行驗證，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。同時在表5中，采用了單摻和復摻的方式，其中編號 1～編號 10 全部為單摻方式，編號 11～編號 18 為復摻。在單摻時，粉煤灰和礦粉摻和的量分別為凝膠材料整體的 20%、30%、40%；硅灰的產量則為凝膠材料整體的 5%、8%、10%。在復摻的情況下，粉煤灰和礦粉的質量為凝膠材料總質量的 30%、40%。粉煤灰、硅灰和礦粉三者復合的質量為凝膠材料總質量的 35%、45%。兩兩復合時其質量為總凝膠材料質量的 30%。

2.2 實驗結果

2.2.1 單摻方式下對混凝土性能的影響

通過上述的不同實驗配方比，并根據混凝土開裂評價方法，可以得到如圖1所示的不同摻量下的結果。

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

2.2.2 復摻下對混凝土性能影響

在復摻條件下，對混凝土在 24 h 內的最大裂縫寬度和總開裂面積進行計算，從而可以得到如圖 2所示的結果。

2.2.3 不同摻和方式下外加劑對砂漿收縮的影響

（1）單摻下對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）復摻下對砂漿自收縮的影響

在復摻條件下，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性

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

圖2 復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系Fig.5 Linear relationship between total cracking area and total shrinkage

2.3 分析討論

根據上述的實驗結果可以看出，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為硅灰比表面積大，在加入硅灰后，會加速水化速度，從而增加混凝土收縮。而在復摻條件下，加入粉煤灰、礦粉和硅灰后，通過圖 2 可以看出，當三者比例加起來在 45%的時候，其裂縫總寬度最小，并且為空白混凝土的 60%。由此可以看出，通過復合的方式在降低混凝土開裂中具有明顯效果。

同時在單摻條件下，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，單純采用粉煤灰對砂漿的自首率只有 13%。由此可以看出復摻下三元復合對降低混凝土的自收縮要優于單摻下的自收縮。

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性。因此，砂漿的自收縮是影響混凝土開裂的一個重要因素。要減少混凝土的開裂問題，可降低砂漿的自收縮出發。

3 結束語

本文通過實驗證明了在單摻和復摻條件下對混凝土開裂性能和收縮性能的影響，并認為在復摻條件下，可大大改善混凝土的開裂問題。同時在復摻條件下，可大大降低砂漿的自收縮，從而減少混凝土開裂。

［1］曹元超,金祖權,張巧芬. 聚丙烯纖維對犧牲混凝土強度及早期抗裂性能的影響[J]. 混凝土與水泥制品,2012,02:38-40.

［2］白文輝,張金龍. 低摻量聚丙烯纖維混凝土塑性收縮性能試驗及其工程應用[J]. 四川建筑科學研究,2012,01:194-197.

［3］閆振鵬,安 明喆 ,李化建,韓松. 高抗裂低收縮纖維混凝土性能研究[J].混凝土與水泥制品,2012,08:43-47.

［4］秦荷成. 聚丙烯纖維對再生混凝土早期抗裂性能影響的試驗研究[J].廣西水利水電,2013,03:9-11.

［5］郭捷菲,劉國建,秦鴻根,崔東霞. 功能外加劑對混凝土長期耐久性的影響[J]. 硅酸鹽通報,2014,08:2047-2051.

［6］杜文龍,梁鴻,周天平,曹前鋒. 水灰比及外加劑對混凝土抗凍性能的影響[J]. 內蒙古農業大學學報(自然科學版),2013,05:129-131.

［7］江濤,田瑞霞,馬國儒. 不同品種外加劑對噴射混凝土性能影響的試驗研究[J]. 混凝土世界,2015,04:70-74.

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。E-mail:546972132@qq.com。