硅灰混凝土早期收缩开裂研究

王东红单长武刘玉娟(山东科技大学土木工程与建筑学院，山东 青岛 66590 北京热华能源科技有限公司，北京 海淀 00089)

硅灰混凝土早期收缩开裂研究

王东红1单长武2刘玉娟1
(1山东科技大学土木工程与建筑学院，山东 青岛 266590 2北京热华能源科技有限公司，北京 海淀 100089)

通过平板约束实验，研究了不同硅灰掺量和水灰比的混凝土早期收缩开裂情况，主要得到以下结论：水灰比0.32、硅灰掺量12%的混凝土其3d开裂总面积比硅灰掺量6%和硅灰掺量9%的混凝土分别增加89.7%和43.7%；而水灰比0.28、硅灰掺量12%的混凝土，其3d开裂总面积较硅灰掺量6%和硅灰掺量9%的混凝土均有所增加。混凝土中硅灰掺量宜控制在3%～9%。

混凝土；硅灰；水灰比；早期收缩开裂

混凝土的早期开裂既影响建筑物美观，且早期抗裂性差的混凝土后期更易开裂，早期的裂缝会损伤混凝土，是后期有害介质侵入混凝土的通道[1]。混凝土的早期开裂，已成为影响其综合性能的重要因素[2]。采取有效措施来抵抗混凝土早期开裂是混凝土探究的热点问题之一[3]。

本文采用平板约束的试验方法从3d开裂总面积、初裂时间、裂缝宽度随龄期的变化三个指标来进行分析比较，探究硅灰掺量、水灰比对混凝土早期收缩开裂的影响。

1 试验配合比及方法

用量（kg/m3）编号 水灰比 水泥 硅灰 砂 石子 水高效减水剂（%）A1 535.7 0 0.88 A3 503.6 32.1 1.10 0.28 A4 487.5 48.2 1.24 600 1 114.3 150 A5471.4 64.31.40 B3 0.30 503.6 32.1 600 1 114.3 160.7 1.08 C3 503.6 32.1 1.00 C4 487.5 48.2 1.10 0.32600 1 114.3 171.4 C5471.4 64.31.21

本试验用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，符合国家标准[4]。粗集料为石灰石碎石，粒径为10～20mm，细集料为天然河砂，细度模数为2.4，砂率为0.35。试验选用的硅灰SiO2的含量为94%，采用聚羧酸高效减水剂。试验配合比见下表。

试验装置四边为具有一定刚度的焊接钢板，尺寸为600mm×600mm×50mm。每边分别焊接上、中、下三排一定尺寸的短螺纹钢筋，上、下钢筋齿的尺寸为φ 6.5×65mm，中间钢筋的尺寸为φ8×80 mm，间距为60mm。混凝土发生早期收缩，会受钢筋齿约束。

试验流程：将配制好的混凝土装入此装置后振动，待表面光滑后用塑料薄膜将试件包裹，2h后去掉薄膜并在试件上方装恒定转速小风扇，观察试件表面。记录每个混凝土板上裂缝的初裂时间、24h板上每条裂缝的宽度、72h板上每条裂缝的长度及宽度。

试件浇筑24h后用裂缝测宽仪读取裂缝宽度，测定1d裂缝最大宽度值；72h后用铅笔画出平板上每条裂缝扩展趋势，用直尺量取裂缝两端点之间的直线距离，当裂缝出现明弯折，以折线长度之和记录裂缝的长度，用裂缝测宽仪测量每条裂缝的最大宽度进行比较。

2 试验结果

初裂时间反映混凝土收缩约束产生的拉应力大于其极限抗拉强度的程度。开裂面积是体现混凝土收缩产生的拉应力与其抗拉强度之间的平衡度。裂缝总条数和裂缝总长度随机性高且不稳定，故在评价混凝土早期收缩开裂时开裂面积为主要指标，初裂时间和最大裂缝宽度为辅助指标，而3d裂缝总数目和裂缝总长度作为参考。试验结果见下表。

由上表可知，水灰比相同的A系列，随硅灰掺量提高，初裂时间提前；C系列，随硅灰掺量提高混凝土抗开裂能力减弱。对于A系列，掺加硅灰的混凝土3d开裂总面积均大于基准混凝土，且混凝土开裂总面积随硅灰掺量提高而增大；对C系列同样如此。另，随水灰比减小，混凝土开裂面积增大，水灰比从0.32降为0.30时，开裂面积增长明显，提高6.86倍。对于A系列和C系列混凝土，1d和3d最大缝宽均大于基准混凝土，随硅灰掺量增加，最大缝宽增大。另，随水灰比的降低，混凝土同龄期最大缝宽明显增大。

最大缝宽（mm）初裂时间（min） 1d 3d编号3d最大缝长(mm) 3d裂缝总数(条) 3d裂缝总长（mm）3d裂缝总面积（mm2）A1 250 0.18 0.28 165 25 1555 237.64 A3 225 0.38 0.48 121 57 2169 533.98 A4 180 0.36 0.64 142 43 1975 270.94 A5 165 0.54 0.70 343 50 4128 755.14 B3 210 0.42 0.44 157 49 2075 449.21 C3 275 0.13 0.16 99 17 654 57.13 C4 300 0.22 0.28 114 15 594 75.40 C5 265 0.21 0.26 118 19 783 108.37

随水灰比降低，混凝土3d开裂总面积、最大缝宽随龄期变化情况呈增大趋势，初裂时间提前。说明水灰比越低混凝土越易开裂。因为水灰比降低使混凝土结构中自由水减少，自内结构向表面迁移用以补充表面蒸发的自由水减少，早期开裂增强。相同养护条件下，混凝土早期自收缩增大，也是加剧早期开裂因素。由A、C两系列的混凝土3d开裂总面积可知，水灰比是影响混凝土早期开裂重要因素。

随硅灰掺量增加，混凝土的3d开裂面积增大，最大缝宽增大，初裂时间提前，说明硅灰的掺入会加剧混凝土的早期收缩开裂。硅灰混凝土的早期收缩大，弹性模量高，混凝土收缩约束时，产生较大的拉应力，而混凝土的拉伸徐变低，应力松弛小，减小混凝土早期延性。另，水灰比的降低会增加混凝土的脆性。

水灰比0.28时，硅灰掺量9%的A4混凝土其3d开裂总面积略大于基准混凝土A1，而硅灰掺量6%、12%的A3、A5开裂总面积明显大于A1，即硅灰掺量为9%时，混凝土的抗裂性最好。这是由于虽然硅灰混凝土早期水化程度高，产生较大自收缩，但掺入硅灰会减少细观结构薄弱点，改善胶凝材料与粗骨料界面过渡区的微结构。而C系列里随硅灰掺量增大，开裂面积增大。

3 结论

试验以硅灰掺量、水灰比为变量验证了其对混凝土开裂的影响，得出结论：水灰比减小，明显增加混凝土早期收缩开裂，使混凝土更易发生开裂；混凝土的早期开裂随硅灰掺量的提高而增加，对早期开裂不利；当水灰比0.28，硅灰掺量9%时的混凝土较基准混凝土略增长，即硅灰的掺入会增加混凝土早期收缩开裂，但这种不利影响不是随硅灰掺量的增加单调增长；当硅灰掺量为12%时，其早期开裂能力较低掺量硅灰混凝土明显增强，故硅灰的最佳掺量为9%。

[1]张艳玲等．混凝土早期开裂因素的初探[J]．混凝土，2005.

[2]赵晶等．混杂纤维对混凝土早期开裂性能的影响[J]．哈尔滨工业大学学报，2007．

[3]张树青等．混凝土早期抗裂性与强度的关系[J]．混凝土与水泥制品，2003．

[4]GB175―2007．硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥[S]．

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1007-6344（2016）04-0335-01