利用平板試驗法探究提高混凝土保水性對降低水分蒸發速率和抑制混凝土早期塑性裂縫的作用

孫釗

（甘肅恒瑞工程檢測有限公司，甘肅 蘭州 730020）

0 前言

混凝土塑性裂縫通常出現在混凝土表面積較大的水平構件或結構中，發生在混凝土澆筑成型后混凝土硬化前的時段內。由于產生在混凝土硬化前，因此稱為塑性裂縫。

本文闡述通過制備保水性不同的混凝土拌合物，利用平板試驗法研究分析塑性裂縫的發生機理、機率及裂縫程度[1]。混凝土保水性能是評價混凝土拌合物質量的一項重要指標，不僅能反映拌合物在生產配制中各組成材料是否選用合理，還能反映混凝土澆筑過程中是否具有良好的工作性能，能否成型后得到均勻無缺陷的致密結構等性能。實踐證明，保水性好的混凝土拌合物不離析、不泌水，可以降低混凝土水分過度蒸發，有效抑制混凝土產生塑性裂縫，降低其對結構的危害程度。

1 原材料的選取

1）水泥選用甘肅祁連山P.O42.5級；

2）中砂用于基準混凝土，符合Ⅱ區細度模數2.7；粗砂用于對比混凝土，Ⅰ區細度模數3.4；

3）碎石：5-25mm；

4）減水劑：山西黃騰聚羧酸鹽減水劑，減水率28%；

5）粉煤灰Ⅰ級，用于基準混凝土；粉煤灰Ⅲ級，用于對比混凝土。

2 試驗設備與器具

參照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法和標準》早期抗裂試驗。

1）模具尺寸：磨具見圖1所示。混凝土試件的尺寸為600×600×63mm。

圖1 模具結構

圖2 電子放大鏡

2）風扇：調整風速；

3）溫度計（±0.5℃）、濕度計（±1%）、風速計（±0.5m/s）；

4）電子放大鏡：見圖2；

5）手電筒、燈泡；

6）鋼直尺。

3 試驗方法與測定

3.1 試驗環境的設定

混凝土早期塑性階段受到風速、濕度、溫度及太陽輻射等的影響，本試驗確定的影響因素中，不考慮太陽輻射。

1）溫度：（16-26℃）蘭州地區8月份室溫；

2）風速：5±1（m/s）相當于3級風力；

3）濕度：45%。

3.2 試驗方案與指標的確定

1）試驗方案

配制基準混凝土與對比混凝土，在設定的試驗環境下測定水分蒸發速率并觀察裂縫開展情況。其中，基準混凝土流動性應符合以下要求：坍落度：180-220mm；擴展度580-620mm；其保水性應符合本試驗的規定。

2） 本試驗規定的混凝土保水性指標

混凝土保水性用泌水率比、擴展度等指標評價；要求基準混凝土不離析不泌水。

3）早期塑性裂縫觀察參數

參照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法和標準》中第9節“早期抗裂試驗”結合本文試驗方案確定以下參數：水分蒸發速率、首次開裂時間、最大裂縫寬度（mm）、最大裂縫長度（mm）、單位面積上總裂縫面積/（mm2/m2）等。

3.3 實驗與觀察

1）基準與對比混凝土配制

表1 基準混凝土的保水性與硬化時間測定結果

表2 基準混凝土的保水性與硬化時間測定結果

2）12h蒸發量及速率與測定

圖3 A-1與B-1水分蒸發量的測定

（1）水同條件下12h的蒸發量測定，經測定水的蒸發率：16.4%。

（2）基準混凝土與對比混凝土拌合物中水分12h蒸發量及速率的測定

①A-1與B-1水分蒸發量的測定

②A-2與B-2水分蒸發量的測定

圖4 A-2與B-2水分蒸發量的測定

③A-3與B-3水分蒸發量的測定

圖5 A-3與B-3水分蒸發量的測定

3）A組與B組中水分12h總蒸發量及單位面積水分平均蒸發速率見表3。

表3 A組與B組中水分12h總蒸發量及單位面積水分平均蒸發速率

4）塑性裂縫的測定

3.4 試驗分析

1）混凝土中水分蒸發速率與保水性能優劣相關表1表2表明A組泌水率小于B組泌水率，A組流動性好，不離析不泌水，具有優良的保水性能。B組離析泌水較嚴重，B組與A組泌水率比在160%以上。由圖3、圖4、圖5、圖6看出，水的蒸發速率＞B組中水分的蒸發速率＞A組中水分的蒸發速率；其次，還可以看出混凝土試件水分蒸發速率前3小時基本接近水的蒸發速率，以后蒸發速率逐漸放緩，10h以后水分蒸發量明顯減少。說明混凝土拌合物前期自由水較多，混凝土處于流動狀態。此時水分蒸發速率較快，后期混凝土明顯稠化，10h以后混凝土接近初凝和終凝并向硬化方向發展，此時混凝土表面失水較多。對于前期失水過快的混凝土，中后期混凝土內部水分無法補充時，混凝土塑性裂縫就此出現。

表4 塑性裂縫的測定結果

2）混凝土水分蒸發速率與塑性裂縫程度相關

混凝土保水性越好，單位面積水分蒸發量、單位面積水分平均蒸發速率就越小，產生的塑性裂縫也越少；表3表明試件A組水分蒸發量、單位面積水分蒸發量、單位面積水分平均蒸發速率均小于B組。表4試驗結果表明：A組的裂縫的寬度和長度較小；保水性差的B組在塑性收縮和沉降兩者因素的共同作用下，其裂縫最大寬度和裂縫長度均大于A組。

3）水膠比對塑性裂縫程度實際影響不顯著

表3顯示，A組相互間單位面積水分平均蒸發速率基本接近，B組相互間單位面積水分平均蒸發速率基本接近，從表4看到A組相互間各自產生的塑性裂縫面積相差不大，B組塑性裂縫面積相互間同樣差異不大，但B組裂縫程度大于A組。這也可以解釋在實際施工中如果是保水性較好的混凝土無論是何強度等級，其塑性裂縫開展程度都較輕，而嚴重泌水的混凝土無論是何強度等級，均會出現程度嚴重的塑性裂縫，所以，塑性裂縫實際受水膠比大小的影響并不顯著。通過以上試驗可以較好地了解塑性裂縫與混凝土保水性能之間的相關性。當試驗環境發生變化時，塑性裂縫的產生也都將隨之發生變化。例如當風速設定為8±1（m/s）（5級風力）或更高時，此時僅依靠混凝土自身優良的保水性也難以抵抗塑性裂縫的進一步發展，必須要采取其他措施保持混凝土中的水分不散失，防止塑性裂縫產生。例如采用塑料布覆蓋的方法。對于混凝土表面觀感要求高的結構則采取表面噴霧或噴涂相關養護劑等方法。這些措施只要使用得當，都可以有效抑制塑性裂縫的產生和發展。

4 結語

提高混凝土的保水性能不僅僅局限于混凝土自身原材料及配合比質量這一概念。通過上述實驗，可以進一步認為混凝土的保水性與抑制混凝土塑性裂縫的問題，歸根結底是混凝土在塑性養護期內的保水保濕問題。GB 50164-2011《混凝土質量控制標準》第6.7.1-6.7.4款明確規定了混凝土養護的技術要求，如果我們在實際的施工中能認真解決好混凝土保水保濕問題，就可以有效地解決好混凝土產生塑性裂縫的問題。