抗裂防水剂对面板混凝土性能的影响

吴伟，李春茂，王龙，刘昭洋，刘欢

（1. 石家庄市长安育才建材有限公司，河北 石家庄 050000；2. 中国水利水电第五工程局有限公司中心试验室，四川 成都 610015）

0 前言

与普通的水工大体积混凝土不同，面板混凝土是典型的薄型长条板状结构，长、宽、厚三向尺寸相差悬殊，其产生裂缝的几率比普通水工大体积混凝土更大。抗裂防水剂作为一种有效抗裂手段，在很多有防水要求工程都进行了应用，并取得了较好效果。但目前的研究主要是针抗裂防水剂对混凝土的抗渗以及收缩补偿的影响[1-3]，对其他性能的影响关注较少。本文结合工程特点研究抗裂防水剂对面板混凝土性能的影响，关注其对抗压、抗拉以及抗裂性能的影响。

1 原材料

（1）水泥：选用叶城天山 P·O42.5 水泥，渤氏法比表面积 355m2/kg，密度 3.08g/cm3，按 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥标准》检测数据见表 1。

表1 水泥物检数据

（2）粉煤灰：选用喀什华电Ⅰ级粉煤灰，按 DL/T 5055—2007《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》检测数据见表 2。

表2 粉煤灰物检数据

（3）细骨料：天然骨料破碎混合掺配人工骨料，细度模数 2.66，表观密度 2710kg/m3，堆积密度1610kg/m3，吸水率 1.1%。

（4）粗骨料：天然骨料 5～20mm（小石）表观密度 2720kg/m3，堆积密度 1580kg/m3，吸水率 0.5%，针片状含量 5%；20～40mm 骨料（大石）表观密度2730kg/m3，堆积密度 1590kg/m3，吸水率 0.42%，针片状含量 3%。

（5）减水剂：石家庄市长安育才建材有限公司 GK-3000 磷酸基改性聚羧酸减水剂[1-2]，依据 GB 8076—2008《混凝土外加剂》检测，掺量 1%，减水率32.4%。

引气剂：石家庄市长安育才建材有限公司 GK-9A，依据 GB 8076—2008《混凝土外加剂》检测，掺量0.01%，含气量 5.2%，减水率 8.6%。

抗裂防水剂：选用石家庄市长安育才建材有限公司 GK-6A[3]，依据 JC/T 474—2008《砂浆、混凝土防水剂》检测，掺量 2%，吸水量比 42%，泌水率比 46%，渗透高度比 22%。

面板坝混凝土设计等级为 C30W12F300，其施工配合比见表 3。

表3 面板坝混凝土基准施工配比 kg/m3

2 试验方法

本文所有试件均采用标准养护，成型后室内20℃±5℃ 静置 24h，然后拆模放入标准养护室，分别养护混凝土至 3d、7d 和 28d 龄期，取出后进行混凝土性能测试。对混凝土性能的测试均依据 DL/T 5150—2017《水工混凝土试验规程》，测试内容包括：抗压强度、劈拉强度、弹性模量和体积变形。

对混凝土抗裂性能评定，早期抗裂采用 CCES 01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中的平板法以及采用劈拉强度/抗压强度和弹性模量/抗压强度[4]进行。

3 结果与讨论

3.1 抗裂防水剂对混凝土

在基准配比上分别外加 6%，8% 和 10% 抗裂防水剂并等量替代粉煤灰，同时调节减水剂和引气剂掺量保证混凝土出机坍落度 70～90mm，含气量 5.0%～5.5%。在此条件下验证抗裂防水剂对混凝土性能的影响。

表4 不同抗裂防水剂掺量坍落度和含气量

3.1.1 抗压强度影响

分别考察 6%～10% 掺量抗裂防水剂对面板坝配比抗压强度的影响，试验结果见表 5 和图 1。

由表 5 和图 1 可以看出，随着抗裂防水剂掺量增加，7d 和 28d 强度呈现下降趋势，在 10% 掺量强度降低幅度最大为 5%。但是在 90d 龄期混凝土强度随着抗裂防水剂掺量增加，最大增幅为 7%。以上加入抗裂防水剂配比均满足 C30W12F300 强度设计要求。

表5 不同掺量抗裂防水剂对抗压强度的影响 MPa

图1 抗裂防水剂对抗压强度的影响

3.1.2 劈拉强度影响

分别考察 6%～10% 掺量抗裂防水剂对面板坝配比抗压强度的影响，试验结果见表 6 和图 2。

表6 不同掺量抗裂防水剂对劈拉强度的影响 MPa

图2 抗裂防水剂对劈拉强度的影响

由表 6 和图 2 可以看出，劈拉强度发展与抗压强度发展类似，7d 和 28d 均随着抗裂防水剂掺量增加强度下降，最大降幅为 7.6%（10% 掺量）；90d 劈拉强度随抗裂防水剂掺量增加而增长，最大增幅为 4.7%（10% 掺量 ）。

3.1.3 弹性模量的影响

弹性模量反映了面板坝混凝土形变的能力。试验检测不同量的抗裂防水剂对弹性模量的影响，结果见表 7和图 3。

表7 不同掺量抗裂防水剂对弹性模量的影响 GPa

图3 抗裂防水剂对弹性模量的影响

由表 7 和图 3 可以看出，加入抗裂防水剂后弹性模量与基准差异不大，偏差幅度在 5% 以内。

3.1.4 抗裂性能的影响

对于面板坝而言，抗裂能力是混凝土重要的性能之一。混凝土具有优异抗裂性能[5]需具备较高的抗拉强度、较大的极限拉伸以及较低的弹性模量。为了探索抗裂防水剂对混凝土抗裂性能的影响，以 6%～10% 掺量的抗裂防水剂研究其对极限拉伸值、劈拉强度/抗压强度、弹性模量/抗压强度以及干缩率进行对比分析。混凝土的极限拉伸值如表 8 所示。

由表 8 可以看出，随着抗裂防水剂用量增加，在7d 和 28d 极限拉伸值出现下降的趋势，在 90d 龄期极限拉伸值出现小幅上涨的趋势。抗裂防水剂对混凝土早期极限拉伸有小幅度的负面影响，但在长期龄期对极限拉伸有小幅增强作用。

表8 不同掺量抗裂防水剂极限拉伸值 ×10-6

由表 5～7 数据可以得出不同掺量抗裂防水剂对拉压比和弹压比的影响，见表 9。

表9 不同掺量抗裂防水剂对拉压和弹压比的影响

随着掺量增加，拉压比出现小幅下降，说明抗裂防水剂加入并未改善混凝土脆性。随着掺量增加，7d 和28d 弹压比与基准基本持平，90d 弹压比随掺量增加出现下降趋势，说明开裂防水剂加入有利于长龄期混凝土的抗变形能力。

对混凝土 3～28d 干缩测试结果见表 10。

表10 不同掺量抗裂防水剂对干缩率的影响

由表 10 测试数据可知，随着抗裂防水剂掺量增加，混凝土 3～28d 干缩率随之减小，说明抗裂防水剂对混凝土的干缩有一定抑制作用。

为了验证抗裂防水剂对塑性阶段混凝土开裂的抑制作用，采用基准配比与掺加 10% 抗裂防水剂的混凝土进行平板开裂试验，数据见表 11。

表11 抗裂防水剂平板开裂试验

由平板试验可以看出，加入抗裂防水剂后，混凝土的开裂时间延长 118min，抗裂面积下降 61%，开裂数目减少 3 根/mm2，开裂面积下降 50%，但是抗裂等级并未变化，抗裂防水剂对塑性阶段裂缝抑制作用并不明显。

4 结论

本文考察了抗裂防水剂对混凝土性能的影响，其结论如下：

（1）在此掺量范围内，混凝土抗压、劈拉强度在7～28d 强度随抗裂防水剂掺量增加出现小幅降低，但90d 龄期强度随抗裂防水剂掺量增加而提高。

（2）抗裂防水剂掺量对混凝土弹性模量影响较小。

（3）随着抗裂防水剂用量增加，在 7d 和 28d 极限拉伸值出现下降的趋势，在 90d 龄期极限拉伸值出现小幅上涨的趋势。

（4）随着抗裂防水剂掺量增加，拉压比出现小幅下降，说明其并未改善混凝土脆性；随着掺量增加，7d和 28d 弹压比与基准基本持平，90d 弹压比随掺量增加出现下降趋势，说明开裂防水剂加入有利于长龄期混凝土的抗变形能力。

（5）抗裂防水剂可以明显改善混凝土干缩，但其对塑性阶段裂缝抑制效果并不明显。