砂率變化對混凝土塑性收縮裂縫的影響

摘要:研究了砂率變化對混凝土塑性收縮裂縫的影響，指出較小砂率和較大砂率混凝土拌合物的塑性收縮裂縫相對較小，而中間某一砂率對應(yīng)的裂縫相對最大，這一最大裂縫的砂率變化范圍大致在36%一43%之間，水分蒸發(fā)速率隨砂率的增大而減少。

關(guān)鍵詞:塑性收縮裂縫，砂率，蒸發(fā)速率

中圖分類號:TU755.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

塑性收縮裂縫是由新拌混凝土在塑性階段的各種收縮引起的〔1〕。這些收縮包括毛細(xì)管壓力收縮、塑性沉降收縮、早期化學(xué)收縮和早期自收縮等，而其中以毛細(xì)管壓力作用為主。

在水泥漿量一定的情況下，砂率主要影響混凝土的工作性川。對不同水灰比的混凝土拌合物，要獲得較好的工作性一般存在一個(gè)最優(yōu)砂率，超過該砂率后，坍落度減小。砂率的變化引起混凝土中粗細(xì)集料之間比例的改變，這一變化可能影響混凝土的塑性收縮及其裂縫性能。目前，有關(guān)砂率對混凝土塑性收縮裂縫的研究報(bào)道較少。

1 實(shí)驗(yàn)方法及原材料

1.1 模具、實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件及實(shí)驗(yàn)方法

約束應(yīng)力強(qiáng)烈地受到混凝土試件的幾何形狀、約束條件以及材料和環(huán)境因素的影響。本實(shí)驗(yàn)所用約束塑性收縮裝置，端約束生成器提供端約束，中心應(yīng)力生成器促使裂縫在試件的中部形成。試件成型后置于溫度為30 ℃，相對濕度為60%，風(fēng)速為sm/s的控制環(huán)境中。測試水分蒸發(fā)所用的鋼制模具表面積為225cm2早，深7.0cm，稱量用電子天平(最小感量為0.1g)，測量裂縫寬度用刻度放大鏡(放大10倍)。測試5h后的水分損失(計(jì)算蒸發(fā)速率)、裂縫最大寬度及裂縫總面積。

1.2 原材料

水泥為重慶騰輝水泥集團(tuán)公司生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥。細(xì)集料為四川簡陽中砂(細(xì)度模數(shù)為2.4);粗集料為石灰石碎石(粒徑5mm －20 mm )，其中，粒徑5 mm －10 mm 的碎石占粗集料總量的30%(質(zhì)量百分比)，10 mm －20 mm 的碎石占粗集料總量的70%。減水劑為重慶江北特種建材廠生產(chǎn)的FDN－0型。試驗(yàn)中各組拌合物通過調(diào)整減水劑的摻量而使坍落度控制在相當(dāng)?shù)乃?20cm一25cm)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

共4組試 驗(yàn)，即SP1,SP2，Sp3和SP4組，配合比設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果見表1。砂率的影響見圖1，圖20

從圖 2可 以看出，在試驗(yàn)研究的砂率范圍內(nèi)，較低和較高砂率對應(yīng)的混凝土塑性收縮裂縫總面積均相對較小，而中間某一砂率裂縫總面積最大。

從細(xì)觀尺度上看[2]:，水泥石和集料的界面并不是一個(gè)“面”，而是一個(gè)有一定厚度的“過渡層”，其厚度為0um－10um。“過渡層”是由于水泥漿體中的水在向集料表面遷移的方向形成水灰比的梯度而產(chǎn)生的。從集料表面向水泥石體系，水灰比逐漸減小，直到達(dá)到水泥石本體的水灰比。其他條件相同時(shí)，單個(gè)集料和漿體界面過渡層厚度隨集料表面積的大小而變化，粒徑小的集料過渡層厚度小。按照中心質(zhì)假說，各級中心質(zhì)和介質(zhì)之間都存在過渡層，中心質(zhì)以外所存在的組成、結(jié)構(gòu)和性能的變異范圍都屬于過渡層。混凝土的集料屬于大中心質(zhì)，大中心質(zhì)對周圍介質(zhì)所產(chǎn)生的吸附、化合、機(jī)械咬合、粘結(jié)、稠化、強(qiáng)化、晶核作用、晶體取向、晶體連生等一切物理、化學(xué)、物理化學(xué)的效應(yīng)均稱為大中心質(zhì)效應(yīng)。效應(yīng)所能達(dá)到的范圍稱之為“效應(yīng)圈”。過渡層是效應(yīng)圈的一部分。有利的中心質(zhì)效應(yīng)不僅可改善過渡層的大小和結(jié)構(gòu)，而且能使效應(yīng)圈中的大介質(zhì)在不同程度上具有大中心質(zhì)的某些性能;增加有利的效應(yīng)，減少不利的效應(yīng)，對改善混凝土的宏觀行為能起重要的作用。

在集料用量一定的情況下，砂率較小時(shí)，粗集料含量較大，由于集料表面積較大而使過渡層變厚，雖然較厚的過渡層存在較多的薄弱環(huán)節(jié)，但這些薄弱環(huán)節(jié)在較多粗集料所產(chǎn)生的較多且作用較強(qiáng)的大中心質(zhì)效應(yīng)圈范圍內(nèi)，其破壞作用由于較大中心質(zhì)的有利效應(yīng)而得到抑制，在宏觀上表現(xiàn)為塑性收縮裂縫相對較小(見圖1)。隨著砂率的增大，粗集料減少，粗集料的抑制作用減弱，表現(xiàn)為所測的塑性收縮裂縫面積有增大的趨勢。

但當(dāng)砂率增大到一定程度之后，“過渡層”的情況發(fā)生了較大的變化，即集料粒徑變小，集料的表面積變小，“過渡層”厚度變薄，過渡層薄弱環(huán)節(jié)相對減少。因此，在這種情況下，測試的塑性收縮裂縫面積較小。

從測試的4組試驗(yàn)中可以得出，較大裂縫所對應(yīng)的砂率變化范圍大致在36%一43%之間，而這一范圍為混凝土拌合物工作性較好的最佳砂率范圍。

圖2表明 ，隨砂率的增大，蒸發(fā)速率略有降低。裂縫面積與蒸發(fā)速率不存在直接的相關(guān)性，但在最大裂縫面積對應(yīng)的砂率以下，裂縫面積隨蒸發(fā)速率的減小而增大;在最大裂縫對應(yīng)的砂率以上時(shí)，裂縫面積隨蒸發(fā)速率的減小而減小。

砂率較小時(shí)的蒸發(fā)速率較大，主要原因是:1)集料的總表面積較小，集料所吸附的水分較少;2)蒸發(fā)所提供的供水通道較大，水分蒸發(fā)較快。砂率較大時(shí)情況則相反。

3 結(jié)語

1)在一定范圍內(nèi)，混凝土塑性收縮裂縫面積隨砂率的增大而增大，當(dāng)砂率超過某一臨界值后，裂縫隨砂率的增大反而減小。這一最大裂縫對應(yīng)的砂率范圍大致在36%一43%之間。2)其他條件一定時(shí)，隨砂率的增大，混凝土拌合物水分蒸發(fā)速率減小。在最大裂縫對應(yīng)的砂率下，裂縫面積隨蒸發(fā)速率的減小而增大;反之，裂縫面積隨蒸發(fā)速率的減小而減小。

參考文獻(xiàn):

[1]楊長輝，王川，吳芳.混凝土塑性收縮裂縫成因及防裂措施研 究綜述[J].混凝土，2002(5):25－27.

[2]吳中偉，嚴(yán)慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社，1999.