起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)混凝土早期收縮的影響

1．引 言

      現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中早期開裂是當(dāng)前工程中一個(gè)普遍問題. 早期微裂縫在很大程度上將成為后期宏觀裂縫的源頭，危害結(jié)構(gòu)耐久性甚至安全性. 近年來(lái)，對(duì)混凝土早期收縮裂縫的成因和控制研究開展了大量研究^[1,2,3]，分別從設(shè)計(jì)、材料、施工和管理各方面提出很多措施，如增設(shè)構(gòu)造措施、摻膨脹劑和纖維、摻減縮劑等等，但裂縫問題并沒有從根本上得到有效遏制.

      灑水養(yǎng)護(hù)，對(duì)不摻減水劑的傳統(tǒng)普通混凝土來(lái)說(shuō)，其主要目的是使水泥充分水化，保證混凝土強(qiáng)度發(fā)展，因此我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范^[4]規(guī)定的起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間是混凝土澆筑后12h以內(nèi). 但對(duì)摻減水劑的現(xiàn)代普通混凝土，實(shí)際工程中最大量的板梁裂縫主要在混凝土初凝后的數(shù)小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生，如果繼續(xù)執(zhí)行這一條款，即等到12h再灑水養(yǎng)護(hù)，則可能失去對(duì)早期收縮裂縫的抑制作用.

      另一個(gè)重要的問題是，我國(guó)混凝土收縮和減水劑的收縮率比是根據(jù)《混凝土耐久性和長(zhǎng)期力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GBJ82）方法，在等坍落度條件下測(cè)定的. 該試驗(yàn)方法對(duì)混凝土3d之內(nèi)的早期收縮無(wú)法反映，對(duì)以往不摻外加劑的普通混凝土而言，由于早期收縮較小，對(duì)總收縮的影響并不太大，但對(duì)摻減水劑的混凝土，特別是對(duì)泵送法施工和低水膠比的高強(qiáng)高性能混凝土來(lái)說(shuō)，早期收縮的影響可能非常顯著. 因此，由于規(guī)范未考慮早期3d之內(nèi)的收縮，有可能在很大程度上弱化了化學(xué)外加劑對(duì)收縮的影響程度.

      本文在參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料^[5,6]的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)的一套早期收縮試驗(yàn)裝置，研究探討了摻減水劑混凝土不同養(yǎng)護(hù)起始時(shí)間的早期收縮，以定量闡明早期養(yǎng)護(hù)對(duì)減小收縮和抑制早期裂縫的重要性，并闡明減水劑不僅增大后期收縮，更重要的是極大地增加早期收縮.

2．原材料和配合比

2.1原材料

水　泥:浙江新都水泥有限公司生產(chǎn)的新都P.O.42.5級(jí)；

細(xì)集料:Ⅱ級(jí)河砂,細(xì)度模數(shù)為2.6；

粗集料:碎石,最大粒徑31.5mm；

減水劑:浙江吉龍化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)的FDN粉劑，摻量0.75%.

2.2試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)用混凝土配合比見表1.

表1　　混凝土配合比

                                          Table 1 Mixture ratio of concrete

3．試驗(yàn)方法

3.1早期收縮的測(cè)量方法

      混凝土早期收縮的測(cè)量裝置見圖1. 該裝置參考了國(guó)內(nèi)外測(cè)量早期收縮的試驗(yàn)設(shè)備^[2，3]，由混凝土試模、位移傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器和記錄系統(tǒng)組成. 位移傳感器采用的是成都成量工具有限公司生產(chǎn)的容柵式電子數(shù)顯千分表，分辨力0.001mm. 測(cè)量時(shí)，試件的端頭與固定在試模上的千分表接觸，千分表獲得的數(shù)據(jù)通過32通道的SZ-DA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器存儲(chǔ)于PC機(jī)。

3.2試件的成型與養(yǎng)護(hù)

      在試模底部及四周預(yù)先襯一層3㎜厚的特富綸板，再用潤(rùn)滑劑粘貼一層塑料薄膜，以減小測(cè)量時(shí)的摩擦阻力，并為試件密封作準(zhǔn)備. 然后將混凝土分兩次裝入試模，振搗密實(shí)，蓋上塑料薄膜，即刻移入養(yǎng)護(hù)室[(20±1)℃，(45±5)%]內(nèi). 初凝前抽去試件四周的特富綸板，使其與模壁脫離，裝表測(cè)量. 成型的試件尺寸為100mm×100mm×500mm. 試件采用塑料薄膜密封養(yǎng)護(hù)或者敞開養(yǎng)護(hù)。密封養(yǎng)護(hù)是指試件采用3層塑料薄膜包裹；敞開養(yǎng)護(hù)指從初凝開始上表面敞開，而四周則仍然以塑料薄膜包裹. 基準(zhǔn)混凝土與摻減水劑混凝土各成型6組試件，每組3塊，均以敞開養(yǎng)護(hù)試件作為基準(zhǔn)，其它5組分別從初凝、初凝后2h、4h、8h、12h開始密封養(yǎng)護(hù). 不同起始養(yǎng)護(hù)試件的編號(hào)見表2.

表2　各組試件的起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間

Table 2 The beginning curing time of samples

3.3凝結(jié)時(shí)間

凝結(jié)時(shí)間按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080)方法進(jìn)行.

4．試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 不摻減水劑的混凝土早期收縮

      不摻減水劑混凝土不同起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間的收縮試驗(yàn)結(jié)果見圖2. 試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)不摻減水劑的混凝土，無(wú)論是始終敞開或全程密封養(yǎng)護(hù)，其總的變形均很小. 從0h、2h和4h開始密封養(yǎng)護(hù)的試件均有較大的膨脹量，3d內(nèi)一直處于膨脹狀態(tài). 這可能與水化溫度變形和凝結(jié)在薄膜內(nèi)側(cè)的水重新被混凝土吸收產(chǎn)生濕脹有關(guān)^[7]. 敞開養(yǎng)護(hù)和從8h、12h開始密封養(yǎng)護(hù)的試件雖然在4h后開始收縮，但3d的變形量仍然小于70×10^-6m/m. 因此，對(duì)不摻減水劑的混凝土，由于早期收縮很小，如果單從抑制收縮的角度考慮，并不需要在早期采取特別的養(yǎng)護(hù)措施.

      圖3、圖4和圖5分別是水灰比為0.50、0.40和0.32摻減水劑混凝土，在不同起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間下從初凝開始的收縮. 試驗(yàn)結(jié)果表明，不同水灰比混凝土的收縮規(guī)律幾乎相同，只是早期收縮值隨著水灰比的下降而增大. 以敞開養(yǎng)護(hù)試件為例，水灰比為0.50、0.40和0.32的混凝土24h收縮分別為560×10^-6m/m、735×10^-6m/m和865×10^-6m/m. 一個(gè)最顯著的特點(diǎn)是，對(duì)初凝后未能及時(shí)密封養(yǎng)護(hù)的摻減水劑混凝土，8h以內(nèi)的收縮急劇增加，隨后的收縮增加速率趨緩.

      如果從初凝開始即保持良好的密封養(yǎng)護(hù)，摻減水劑的混凝土早期收縮很小. 水灰比為0.50時(shí)，72h內(nèi)的收縮幾乎為零，即使水灰比下降到0.32，總收縮也只有114×10^-6m/m.

      若初凝后2h再開始密封養(yǎng)護(hù)，則收縮急劇增大. 但水灰比為0.50時(shí)，總收縮并不大，72h的收縮率不足100×10^-6m/m. 而當(dāng)水灰比下降到0.32時(shí)，8h的收縮就高達(dá)290×10^-6m/m，完全有可能導(dǎo)致混凝土開裂. 因此，對(duì)低水灰比的混凝土，初凝后立即開始養(yǎng)護(hù)是必要的.

      初凝后4h再開始養(yǎng)護(hù)，收縮進(jìn)一步增大，此時(shí)，即使水灰比為0.50的混凝土，8h收縮也達(dá)到300×10^-6m/m以上. 如果初凝后8h才開始養(yǎng)護(hù)，從早期收縮來(lái)看，與不養(yǎng)護(hù)幾乎沒有差異. 水灰比為0.50、0.40和0.32的混凝土8h收縮率分別達(dá)到518×10^-6m/m、682×10^-6m/m和770×10^-6m/m. 這一收縮值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土的開裂極限.

      因此，從初凝開始養(yǎng)護(hù)，對(duì)于抑制摻減水劑混凝土的早期收縮，有著至關(guān)重要的作用，特別是對(duì)水灰比較小的高強(qiáng)混凝土，從初凝之前開始及時(shí)養(yǎng)護(hù)是控制混凝土早期收縮裂縫的最關(guān)鍵措施. 如果養(yǎng)護(hù)遲于初凝后8h，有可能失去任何養(yǎng)護(hù)效果.

圖3　摻減水劑混凝土不同起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間的早期收縮(W/C=0.50)

圖4　摻減水劑混凝土不同起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間的早期收縮(W/C=0.40)

       表明，當(dāng)起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間 ＜8h時(shí)，早期收縮隨 的增加快速增大，圖6是水灰比0.32時(shí)的早期收縮試驗(yàn)結(jié)果與擬合曲線，相關(guān)系數(shù)為0.975.

圖6　水灰比為0.32時(shí)的混凝土早期收縮與起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系

4.3　早期養(yǎng)護(hù)停止后混凝土后的收縮變形

      密封試件養(yǎng)護(hù)至3d，拆除表面薄膜，與基準(zhǔn)試件JSC和SSC放置在同一養(yǎng)護(hù)室中. 試驗(yàn)結(jié)果表明，起始養(yǎng)護(hù)齡期越早，后續(xù)4d的收縮率相對(duì)增加越大，但由于此時(shí)收縮的總量較小，因此只要試件早期采取過養(yǎng)護(hù)措施，后續(xù)4d的收縮值都是相近的. 圖7、圖8是兩組典型的試驗(yàn)曲線. 對(duì)不摻減水劑的混凝土，即使早期沒有密封養(yǎng)護(hù)，7d的收縮值也僅100×10^-6m/m左右，開裂風(fēng)險(xiǎn)較小. 而摻減水劑的混凝土，初凝后8h內(nèi)的收縮在7d總收縮中處于支配地位，因此，早期應(yīng)及時(shí)采取合理的養(yǎng)護(hù)措施，以有效降低收縮，減少開裂風(fēng)險(xiǎn).

5.      結(jié) 論

(1)　對(duì)不摻減水劑的混凝土，由于早期收縮很小，起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)早期開裂的影響較小，單從抑制收縮的角度來(lái)考慮，并不需要采取特別的養(yǎng)護(hù)措施. 但對(duì)摻減水劑的混凝土，起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)早期收縮的影響十分顯著，特別是初凝后的8h，是收縮的急劇增加期，若根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范在澆筑后12h才開始養(yǎng)護(hù)，有可能失去最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間.

(2)　對(duì)摻減水劑的混凝土，由于初凝后8h內(nèi)的收縮急劇增加，因此，不同起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)混凝土的早期收縮影響十分顯著. 特別是對(duì)水灰比較小的高強(qiáng)混凝土，即使僅僅推遲2h，均有可能導(dǎo)致混凝土的早期開裂. 若初凝后8h才開始養(yǎng)護(hù)，從早期收縮裂縫的控制來(lái)說(shuō)，將失去任何作用. 因此，必須在混凝土初凝之前開始養(yǎng)護(hù).

(3)　對(duì)摻減水劑的混凝土，即使水灰比為0.50的混凝土，初凝后8h內(nèi)的收縮值可達(dá)到500×10^-6m/m以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過混凝土的開裂極限，且這一收縮值隨水灰比的減小急劇增大. 而通過及時(shí)的早期養(yǎng)護(hù)，可使收縮值減小到開裂極限以內(nèi). 因此，對(duì)摻減水劑的混凝土，起始養(yǎng)護(hù)時(shí)間的絕對(duì)強(qiáng)調(diào)是控制早期收縮裂縫的關(guān)鍵.