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.新疆維吾爾自治區水利管理總站，烏魯木齊 830000； 2.新疆農業大學 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境的敏感性[2]，從而更容易發生早期塑性開裂。在不養護情況下，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。在實際施工的環境中，如何防止高強高性能混凝土發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，粗骨料用當地石材破碎的碎石，最大粒徑16 mm，水洗后含泥量0.1%，超徑、遜徑顆粒已剔除；細骨料用當地的砂，細度模數為2.7，屬中砂，級配屬Ⅱ區，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程要求進行試驗。試驗環境參照三屯河放水洞內溫度和濕度，在實驗室模擬施工現場情況：溫度為18℃，濕度為56%。

2.2 試驗方案

1) 不養護：試件成型后，不做任何養護措施。

2) 覆膜養護：試件成型后，30 min內進行覆膜養護。

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

3 試驗結果及分析

3.1 不養護條件下混凝土表面開裂情況

由試驗可知，暴露在環境中不做任何養護的混凝土試件，在抹面后15 min開始出現裂縫，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，不養護條件下高強高性能混凝土試件，15 min內就會發生塑性開裂，塑性開裂的高峰期發生在抹面后的3 h內，開裂面積占24 h的82%。與不養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，膨脹劑未能發揮補償優勢。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，各區域水化反應速率不同，水化速率快的區域硬化程度較高，相對于水化程度較低的區域便產生內部約束，當內部約束應力大于混凝土自身抗拉強度時，產生了不規律、垂直于導裂梁的裂縫。

3.2 覆膜養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覆蓋塑膜養護，觀測到試件表面已出現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內進行覆蓋塑膜養護，與比不養護混凝土相比，開裂面積減少89.3%。及時覆膜養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后覆蓋塑膜養護，試件均未發現裂縫，詳見表4。

表4 不同養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內進行覆蓋塑膜養護可以避免混凝土塑性開裂的現象發生。減蒸劑抑制了混凝土表層水分的蒸發，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護爭取寶貴的時間。

4 現場混凝土施工及運行情況

現場施工時間為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、干燥草墊養護。達到養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生塑性開裂，且開裂時間和開裂面積也比高性能混凝土發生的早、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護或噴涂減蒸劑、緩凝劑與覆蓋塑膜相結合養護，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。