改善高强高性能混凝土抗裂性能试验研究

翟 超，唐新军，肖 杨

(1.新疆维吾尔自治区水利管理总站，乌鲁木齐 830000； 2.新疆农业大学 水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052； 3.新疆维吾尔自治区水利水电勘察设计研究院，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

高强高性能混凝土与普通混凝上相比，强度和耐久性上都有很大程度的提高，在国内外得到广泛应用[1]。但是由于其水泥用量大、水胶比低以及加入多种超细掺和料，增加了高强高性能混凝土对环境的敏感性[2]，从而更容易发生早期塑性开裂。在不养护情况下，高强高性能混凝土的开裂面积是高性能混凝土的4倍[3]，使其在实际应用、推广过程中遇到了很大阻力。在实际施工的环境中，如何防止高强高性能混凝土发生塑性开裂是工程建设中非常关注的问题。本文以新疆三屯河水库放水洞闸底板混凝土作为研究对象，分析探讨改善高强高性能混凝土抗裂性能的工程措施。

1 试验材料及配合比

1) 水泥：新疆TS水泥厂生产的52.5R普通硅酸盐水泥。

2) 粉煤灰：新疆MNS电厂生产的Ⅰ级粉煤灰。

3) 矿渣：新疆八钢和屯河水泥厂联合生产。

4) 硅粉：研科-Ⅲ。

5) 膨胀剂：研科-ZY。

6) 减水剂：江苏南京苏博特有限公司研制的聚羧酸型减水剂，最优掺量1.5%(固体)。本次试验配合比使用稀释后(液体)减水剂。

7) 骨料：骨料采用一级配，粗骨料用当地石材破碎的碎石，最大粒径16 mm，水洗后含泥量0.1%，超径、逊径颗粒已剔除；细骨料用当地的砂，细度模数为2.7，属中砂，级配属Ⅱ区，含泥量2.7%，已剔除大于5 mm颗粒。

8) 水：自来水。

9) 减蒸剂：江苏南京苏博特有限公司研制的减蒸剂，减蒸剂∶水=1∶9稀释后使用，每平方米用量200 g。

10) 缓凝剂：新疆Sodium Gluconate ，与水的配合比为1∶10，每平方米用量200 g。

11) 塑膜：1.5 m×1.5 m的塑料薄膜。

试验配合比见表1。

表1 C80高强高性能混凝土配合比

2 试验方案

2.1 试验方法与环境条件

按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT 50082-2009)[4]中混凝土早期抗裂试验规程要求进行试验。试验环境参照三屯河放水洞内温度和湿度，在实验室模拟施工现场情况：温度为18℃，湿度为56%。

2.2 试验方案

1) 不养护：试件成型后，不做任何养护措施。

2) 覆膜养护：试件成型后，30 min内进行覆膜养护。

3) 喷减蒸剂或缓凝剂+覆膜养护：试件浇筑后，在试件表面喷减蒸剂或缓凝剂，待试件表面无液态水分时进行覆膜养护。

3 试验结果及分析

3.1 不养护条件下混凝土表面开裂情况

由试验可知，暴露在环境中不做任何养护的混凝土试件，在抹面后15 min开始出现裂缝，最终共产生4条裂缝。其中，沿导裂梁方向3条，垂直导裂梁方向1条，最大裂缝宽度2.6 mm，最大裂缝长度755 mm，单位面积总开裂面积2 620 mm2/m2，详见表2。

表2 不同时间下试件的单位面积总开裂面积

试验结果表明，不养护条件下高强高性能混凝土试件，15 min内就会发生塑性开裂，塑性开裂的高峰期发生在抹面后的3 h内，开裂面积占24 h的82%。与不养护的高性能混凝土相比，高强高性能土的塑性开裂时间提前大约45 min，这说明高强高性能混凝土需要在更早的时间实施抗裂措施。

原因分析：造成高强高性能混凝土塑性开裂严重的原因有两个，一是水化速率快，膨胀剂未能发挥补偿优势。高强高性能混凝土水胶比低，水化速率快，尤其是硅粉，水化更为迅速。水化消耗了表层混凝土的水分，导致膨胀剂在短时间内没有足够的水用于水化膨胀，影响了补偿收缩的作用。二是掺和料阻塞了水分补给通道，表层混凝土失水严重。掺和料中硅粉、粉煤灰、矿渣细度较小，填充作用好，同时也阻塞了混凝土内部水分补给表层水分的通道，在实际环境中失水速率超过补给速率，加速干燥收缩。导裂梁约束了混凝土的水化收缩和失水收缩，当约束应力大于混凝土自身抗拉强度时，产生了沿导裂梁方向的裂缝。由于混凝土不是均质材料，各区域水化反应速率不同，水化速率快的区域硬化程度较高，相对于水化程度较低的区域便产生内部约束，当内部约束应力大于混凝土自身抗拉强度时，产生了不规律、垂直于导裂梁的裂缝。

3.2 覆膜养护对高强高性能混凝土塑性开裂的影响

由试验可知，试件在抹面后30 min覆盖塑膜养护，观测到试件表面已出现1条裂缝，单位面积总开裂面积为313.4 mm2/m2。在随后的24 h至48 h，裂缝呈现出减小的趋势，直到48 h保持1条裂缝，宽度为0.82 mm，长度为312.6 mm，单位面积总开裂面积为267.0 mm2/m2，详见表3。

试验结果表明，高强高性能混凝土抹面后30 min内进行覆盖塑膜养护，与比不养护混凝土相比，开裂面积减少89.3%。及时覆膜养护有助于裂缝的愈合，是因为覆盖塑膜能够有效降低混凝土表面水分的损失，使表层混凝土能够充分水化，水化产物填补了裂缝末端细小的缝隙，加之膨胀剂也有足够的水分水化膨胀，补偿收缩，加快了裂缝愈合。另一方面，覆膜很大程度上减弱了混凝土水分蒸发的毛细作用，减少了毛细通道，增强了表层混凝土的整体性，提高抗拉强度，能够有效抑制混凝土塑性开裂。

表3 试件随养护时间延长单位面积总开裂面积变化情况

3.3 喷减蒸剂或缓凝剂+覆塑膜养护对高强高性能混凝土塑性开裂的影响

由试验可知，试件浇筑成型后立即喷减蒸剂或缓凝剂，并在60 min后覆盖塑膜养护，试件均未发现裂缝，详见表4。

表4 不同养护方式下各试件单位面积总开裂面积

试验结果表明，混凝土试件抹面后，立即喷减蒸剂和缓凝剂，在60 min内进行覆盖塑膜养护可以避免混凝土塑性开裂的现象发生。减蒸剂抑制了混凝土表层水分的蒸发，有效延迟了表层混凝土的干燥；缓凝剂延缓了表层混凝土的硬化，从而延缓塑性收缩，在实际施工过程中能够为覆盖塑膜养护争取宝贵的时间。

4 现场混凝土施工及运行情况

现场施工时间为3月上旬，先在闸前设置排水涵管，将来水引到施工面下游。同时，在涵管上游侧布设挡水土袋，定时排出渗水，保证工作面干燥；在洞内设置门帘，架设火盆，保证施工温度。对冲毁的混凝土闸底板进行处理，按照现场实际情况，调整施工配合比进行浇筑。抹面结束后，待表面无泌水，立即覆盖塑膜养护，初凝后塑膜上覆盖干燥的毡毯保温，终凝后混凝土表面从下至上依次覆盖湿毯、塑膜、干燥草垫养护。达到养护龄期后进行过水试验，效果较好；运行一年后观测磨损量，损失少，强度和耐久性均满足要求。

5 结 论

在试验过程中，高强高性能混凝土比高性能混凝土更容易发生塑性开裂，且开裂时间和开裂面积也比高性能混凝土发生的早、开裂的多。本次试验的高强高性能混凝土按照早期抗裂等级划分，属于I级，抗裂性能不良。通过及时覆盖塑膜养护或喷涂减蒸剂、缓凝剂与覆盖塑膜相结合养护，能够有效减少和避免高强高性能混凝土的塑性开裂，使结构满足耐久性要求。