起始養(yǎng)護時間對混凝土早期收縮的影響

1．引 言

現(xiàn)澆混凝土結構中早期開裂是當前工程中一個普遍問題. 早期微裂縫在很大程度上將成為后期宏觀裂縫的源頭，危害結構耐久性甚至安全性. 近年來，對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]，分別從設計、材料、施工和管理各方面提出很多措施，如增設構造措施、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，對不摻減水劑的傳統(tǒng)普通混凝土來說，其主要目的是使水泥充分水化，保證混凝土強度發(fā)展，因此我國混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范[4]規(guī)定的起始養(yǎng)護時間是混凝土澆筑后12h以內. 但對摻減水劑的現(xiàn)代普通混凝土，實際工程中最大量的板梁裂縫主要在混凝土初凝后的數(shù)小時內產生，如果繼續(xù)執(zhí)行這一條款，即等到12h再灑水養(yǎng)護，則可能失去對早期收縮裂縫的抑制作用.

另一個重要的問題是，我國混凝土收縮和減水劑的收縮率比是根據(jù)《混凝土耐久性和長期力學性能試驗方法》方法，在等坍落度條件下測定的. 該試驗方法對混凝土3d之內的早期收縮無法反映，對以往不摻外加劑的普通混凝土而言，由于早期收縮較小，對總收縮的影響并不太大，但對摻減水劑的混凝土，特別是對泵送法施工和低水膠比的高強高性能混凝土來說，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之內的收縮，有可能在很大程度上弱化了化學外加劑對收縮的影響程度.

本文在參考國內外相關資料[5,6]的基礎上，通過設計的一套早期收縮試驗裝置，研究探討了摻減水劑混凝土不同養(yǎng)護起始時間的早期收縮，以定量闡明早期養(yǎng)護對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的新都P.O.42.5級；

細集料:Ⅱ級河砂,細度模數(shù)為2.6；

粗集料:碎石,最大粒徑31.5mm；

減水劑:浙江吉龍化學建材有限公司生產的FDN粉劑，摻量0.75%.

2.2試驗配合比

試驗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．試驗方法

3.1早期收縮的測量方法

混凝土早期收縮的測量裝置見圖1. 該裝置參考了國內外測量早期收縮的試驗設備[2，3]，由混凝土試模、位移傳感器、數(shù)據(jù)轉接器和記錄系統(tǒng)組成. 位移傳感器采用的是成都成量工具有限公司生產的容柵式電子數(shù)顯千分表，分辨力0.001mm. 測量時，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)轉接器存儲于PC機。

3.2試件的成型與養(yǎng)護

在試模底部及四周預先襯一層3㎜厚的特富綸板，再用潤滑劑粘貼一層塑料薄膜，以減小測量時的摩擦阻力，并為試件密封作準備. 然后將混凝土分兩次裝入試模，振搗密實，蓋上塑料薄膜，即刻移入養(yǎng)護室[(20±1)℃，(45±5)%]內. 初凝前抽去試件四周的特富綸板，使其與模壁脫離，裝表測量. 成型的試件尺寸為100mm×100mm×500mm. 試件采用塑料薄膜密封養(yǎng)護或者敞開養(yǎng)護。密封養(yǎng)護是指試件采用3層塑料薄膜包裹；敞開養(yǎng)護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)護試件作為基準，其它5組分別從初凝、初凝后2h、4h、8h、12h開始密封養(yǎng)護. 不同起始養(yǎng)護試件的編號見表2.

表2　各組試件的起始養(yǎng)護時間

Table 2 The beginning curing time of samples

3.3凝結時間

凝結時間按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T 50080)方法進行.

4．試驗結果與分析

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)護時間的收縮試驗結果見圖2. 試驗結果表明，對不摻減水劑的混凝土，無論是始終敞開或全程密封養(yǎng)護，其總的變形均很小. 從0h、2h和4h開始密封養(yǎng)護的試件均有較大的膨脹量，3d內一直處于膨脹狀態(tài). 這可能與水化溫度變形和凝結在薄膜內側的水重新被混凝土吸收產生濕脹有關[7]. 敞開養(yǎng)護和從8h、12h開始密封養(yǎng)護的試件雖然在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)護時間下從初凝開始的收縮. 試驗結果表明，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. 一個最顯著的特點是，對初凝后未能及時密封養(yǎng)護的摻減水劑混凝土，8h以內的收縮急劇增加，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，摻減水劑的混凝土早期收縮很小. 水灰比為0.50時，72h內的收縮幾乎為零，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，則收縮急劇增大. 但水灰比為0.50時，總收縮并不大，72h的收縮率不足100×10-6m/m. 而當水灰比下降到0.32時，8h的收縮就高達290×10-6m/m，完全有可能導致混凝土開裂. 因此，對低水灰比的混凝土，初凝后立即開始養(yǎng)護是必要的.

初凝后4h再開始養(yǎng)護，收縮進一步增大，此時，即使水灰比為0.50的混凝土，8h收縮也達到300×10-6m/m以上. 如果初凝后8h才開始養(yǎng)護，從早期收縮來看，與不養(yǎng)護幾乎沒有差異. 水灰比為0.50、0.40和0.32的混凝土8h收縮率分別達到518×10-6m/m、682×10-6m/m和770×10-6m/m. 這一收縮值遠遠大于混凝土的開裂極限.

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

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

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

表明，當起始養(yǎng)護時間 ＜8h時，早期收縮隨 的增加快速增大，圖6是水灰比0.32時的早期收縮試驗結果與擬合曲線，相關系數(shù)為0.975.

圖6　水灰比為0.32時的混凝土早期收縮與起始養(yǎng)護時間的關系

4.3　早期養(yǎng)護停止后混凝土后的收縮變形

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

5. 結 論

(1)　對不摻減水劑的混凝土，由于早期收縮很小，起始養(yǎng)護時間對早期開裂的影響較小，單從抑制收縮的角度來考慮，并不需要采取特別的養(yǎng)護措施. 但對摻減水劑的混凝土，起始養(yǎng)護時間對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，有可能失去最佳養(yǎng)護時間.

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

(3)　對摻減水劑的混凝土，即使水灰比為0.50的混凝土，初凝后8h內的收縮值可達到500×10-6m/m以上，遠遠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. 而通過及時的早期養(yǎng)護，可使收縮值減小到開裂極限以內. 因此，對摻減水劑的混凝土，起始養(yǎng)護時間的絕對強調是控制早期收縮裂縫的關鍵.