導(dǎo)語(yǔ)：低收縮抗裂混凝土性能研究及應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

[摘要]試驗(yàn)研究了基準(zhǔn)與采用水化速率與膨脹歷程協(xié)同調(diào)控技術(shù)制備的抗裂混凝土水化放熱、體積變形等性能。結(jié)果表明，抗裂混凝土早期水化放熱速率顯著降低，1d絕熱溫升值降低約63.0%，7d值則接近基準(zhǔn)，42d自生膨脹體積變形超過200με，抗裂性能有效提升。將抗裂混凝土技術(shù)應(yīng)用于蘇州市某隧道工程，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，隧道側(cè)墻結(jié)構(gòu)最高溫升較采用對(duì)比技術(shù)時(shí)降低約4.3℃，溫升階段膨脹增大超過60%，溫降階段收縮減小約36.7%，裂縫控制效果顯著。

[關(guān)鍵詞]收縮開裂；抗裂混凝土；協(xié)同調(diào)控；絕熱溫升；自生體積變形

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市人口劇增，在道路下方修建下穿隧道已成為解決交通擁堵的重要方式之一[1]。城市下穿隧道采用明挖現(xiàn)澆法施工時(shí)，受所處環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式及施工工藝等因素影響，容易在施工期即出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象，工程調(diào)研結(jié)果表明，地下工程混凝土施工期收縮引起的開裂約占裂縫總量的80%以上[2-3]。為加快施工周轉(zhuǎn)與效率，近半個(gè)世紀(jì)水泥細(xì)度增加超過1倍，水化速率顯著加快，短期內(nèi)熱量聚集導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫升與自收縮劇增，導(dǎo)致這一問題在現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)中更為突出[4-6]。蘇州市新建某隧道工程全長(zhǎng)2860m，其中暗埋段2520m，東西兩側(cè)敞開段分別175m與165m，標(biāo)準(zhǔn)段按兩孔一管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，凈寬13.1m，管廊寬1.8m，雙向六車道。隧道主體結(jié)構(gòu)底板、側(cè)墻和頂板厚度分別為1.0m~1.5m、0.9m~1.2m及0.9m~1.3m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C35P8，分段澆筑長(zhǎng)度20m~30m。由上述設(shè)計(jì)參數(shù)并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)可知，本工程隧道主體結(jié)構(gòu)尺寸大，混凝土施工期溫度收縮與自收縮疊加引起的開裂及滲漏風(fēng)險(xiǎn)較為突出，必須予以足夠重視[7-9]。有鑒于此，工程參建單位通過試驗(yàn)研究，提出采用水化速率與膨脹歷程協(xié)同調(diào)控技術(shù)制備低收縮抗裂混凝土并應(yīng)用于實(shí)體結(jié)構(gòu)，取得了良好效果。

1試驗(yàn)研究

1.1試驗(yàn)原材料。試驗(yàn)研究采用的混凝土原材料如下：無錫天山水泥有限公司P•O42.5水泥，比表面積377m2/kg；常熟蘇虞天潤(rùn)粉煤灰有限公司F類Ⅱ級(jí)煤灰，比表面積455m2/kg；浙江五龍新材料股份有限公司聚羧酸減水劑；江蘇蘇博特新材料股份有限公司HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑；細(xì)度模數(shù)為2.6的中砂；5mm~10mm與10mm~26.5mm按2:8比例混合的二級(jí)配石子。HME-V混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑根據(jù)不同實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土溫度、收縮與力學(xué)性能發(fā)展規(guī)律，設(shè)計(jì)水泥水化調(diào)控材料與多元鈣鎂膨脹材料組成協(xié)同調(diào)控結(jié)構(gòu)混凝土溫度場(chǎng)并匹配其收縮歷程，減小收縮拉應(yīng)力及其引起的開裂風(fēng)險(xiǎn)[10-12]。采用X射線熒光半定量法測(cè)定水泥與粉煤灰氧化物含量見表1，依據(jù)GB/T23439—2017《混凝土膨脹劑》與GB/T12959—2008《水泥水化熱測(cè)試方法》測(cè)定抗裂劑關(guān)鍵性能指標(biāo)見表2。1.2混凝土配合比。工程提供的基準(zhǔn)配合比主要根據(jù)工作性、強(qiáng)度要求確定，但存在膠凝材料用量多，水膠比偏高，使用礦粉等問題，不利于控制水化熱，抑制早期變形開裂，已有研究表明，摻入少量礦粉并不降低水化放熱反而增大混凝土自收縮[12]，為此綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性原則優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，在降低膠凝材料用量與水膠比、單摻粉煤灰的基礎(chǔ)上，將抗裂劑取代部分膠凝材料制備抗裂混凝土，從材料上最大程度降低開裂風(fēng)險(xiǎn)。具體配合比基本參數(shù)見表3，其中A1是基準(zhǔn)混凝土配合比，A2是抗裂混凝土配合比。1.3試驗(yàn)方法。膠凝材料水化放熱試驗(yàn)采用美國(guó)TA公司生產(chǎn)的TAM-AIR等溫微量熱儀，測(cè)試溫度為30℃，按配合比中膠凝材料的比例稱取物料，加水后采用機(jī)械攪拌器先慢后快分別各攪拌1min停止，稱取漿體適量放入試驗(yàn)塑料瓶中，放入相應(yīng)通道內(nèi)系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)?；炷两^熱溫升試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5150—2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》開展。自生體積變形測(cè)試采用Φ100mm×400mm內(nèi)壁光滑PVC管試模，混凝土澆筑后放入恒溫（32±0.5）℃的試驗(yàn)室，表面覆蓋塑料薄膜，約2h~3h后揭開塑料薄膜安裝接觸式測(cè)試釘頭，初凝后用石蠟將表面密封處理，在試件架上用精度1μm的千分表測(cè)試，終凝開始定期讀數(shù)?；炷凉ぷ餍詼y(cè)試依據(jù)GB50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，混凝土力學(xué)性能依據(jù)GB50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，混凝土耐久性能測(cè)試依據(jù)GB/T50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能與耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。1.4試驗(yàn)結(jié)果與分析。1.4.1膠凝材料水化放熱與絕熱溫升如表3所示配合比的混凝土膠凝材料水化放熱速率與放熱總量試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，由圖可見，與純水泥放熱曲線相比，摻入礦物摻和料在一定程度上降低了膠凝材料放熱量與放熱速率峰值，但減小幅度有限，因摻和料早期水化程度較小，7d放熱量仍低于純水泥約6.7%。在此基礎(chǔ)上摻類型CaOSiO2020年第6期（總第209期）入抗裂劑進(jìn)一步顯著降低最大放熱速率2.69×10-3W/g,，延緩峰值出現(xiàn)時(shí)間約10h，1d放熱量降低率59.6%，7d降低率小于2.5%，基本不影響放熱總量，且放熱速率曲線平緩，放熱更加均勻，更有利于內(nèi)部熱量散失，減少溫度應(yīng)力集中，降低開裂風(fēng)險(xiǎn)。在膠凝材料熱學(xué)性能研究基礎(chǔ)上，為表征混凝土放熱歷程，測(cè)試了如表3所示配合比混凝土的絕熱溫升，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖可見，基準(zhǔn)混凝土A1與抗裂混凝土A2澆筑成型后分別約0.35d與0.71d左右進(jìn)入快速水化放熱期，溫升值迅速增長(zhǎng)，約3.21d與5.36d基本進(jìn)入溫升穩(wěn)定期，在此放熱期間，抗裂混凝土水化溫升增長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間顯著較長(zhǎng)，早期絕熱溫升值始終小于普通混凝土，1d絕熱溫升值降低率63.0%，3d絕熱溫升值降低率為17.9%，7d絕熱溫升相差幅度低于0.3%，可見摻加抗裂劑能顯著地抑制早期水化溫升速率，對(duì)7d絕熱溫升值基本沒有影響，具有持續(xù)水化放熱特性，在非絕熱實(shí)體結(jié)構(gòu)中能有效降低溫升值與降溫速率。1.4.2自生體積變形性能混凝土收縮變形產(chǎn)生約束拉應(yīng)力超過其瞬時(shí)抗拉強(qiáng)度就會(huì)開裂，體積穩(wěn)定性能是影響開裂關(guān)鍵要素之一，測(cè)試了如表3所示配合比混凝土的自生體積變形，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖可見，普通混凝土成型后持續(xù)收縮，7d與28d體積變形分別為-95με與-165.4με，而抗裂混凝土在補(bǔ)償自收縮后始終處于微膨脹狀態(tài)，4d達(dá)到最大變形248.02με，隨后體積變形開始減小，7d與28d變形值243.8με與217.1με，抗裂混凝土從4d到42d最大變形減小約32με，普通混凝土同齡期收縮約105με，通過膨脹歷程優(yōu)化設(shè)計(jì)，抗裂混凝土實(shí)現(xiàn)了全過程補(bǔ)償收縮，顯著降低結(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險(xiǎn)。1.4.3工作、力學(xué)與耐久性能按表3中配合比制備混凝土工作、力學(xué)與耐久性能測(cè)試結(jié)果見表5與表6，結(jié)果可知，混凝土保水性能良好，粘聚性、流動(dòng)性及粘度滿足現(xiàn)場(chǎng)泵送施工要求，含氣量＜2.5%，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失＜20mm，容重偏差滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求2%以內(nèi)，因抗裂劑中水化溫升抑制材料對(duì)放熱速率調(diào)控影響，終凝時(shí)間延長(zhǎng)2.63h，7d抗壓強(qiáng)度比普通混凝土低2.5MPa，28d強(qiáng)度基本沒有影響，滿足試配強(qiáng)度富裕值，抗裂劑的微膨脹特性細(xì)化了水化微觀孔隙，降低了56d電通量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)，抗侵蝕滲透能力進(jìn)一步提升。

2工程實(shí)施效果對(duì)比分析

選取該隧道工程暗埋段首段南、北兩側(cè)側(cè)墻，長(zhǎng)、寬、高均為20.5m、0.9m和4.8m，使用表3中A2配合比進(jìn)行施工，抗裂劑分別采用HME-V及某市售品牌，對(duì)比實(shí)施效果。為保證施工質(zhì)量，拌合物坍落度控制在180mm±20mm，以300mm~500mm厚度分層澆筑，混凝土下落高差不超2.0m，根據(jù)澆筑高度提升泵管。振搗過程遵循“快插慢拔”原則，插入深度需穿透下一層，保證層間混凝土均質(zhì)性，加強(qiáng)邊角處振搗，時(shí)間控制在30s~40s，防止過振或漏振。拆模時(shí)間根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果確定，溫峰值過后24h拆除模板，拆模后及時(shí)做好保溫保濕養(yǎng)護(hù)不少于14d。在開裂風(fēng)險(xiǎn)較高的墻體中部中心預(yù)埋正弦式應(yīng)變計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土溫度、應(yīng)變歷程進(jìn)行原位、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，以評(píng)估抗裂混凝土技術(shù)應(yīng)用效果，同時(shí)設(shè)置環(huán)境溫度測(cè)點(diǎn)。主要監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4所示。由圖4（a）溫度歷程監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，側(cè)墻混凝土入模溫度均在20℃左右，較日均氣溫高約5.0℃。凝結(jié)后水泥等膠凝材料水化放熱，結(jié)構(gòu)混凝土快速升溫，與某市售品牌抗裂劑相比，摻加HME-V的混凝土中心最高溫升降低約4.3℃，溫峰后水泥水化速率減緩，表面散熱速率超過水泥水化放熱速率，側(cè)墻結(jié)構(gòu)中心溫度開始下降，5d時(shí)間內(nèi)平均降溫速率較前者減小約0.36℃/d。由圖4（b）體積變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，摻加HME-V的側(cè)墻結(jié)構(gòu)混凝土溫升階段最大膨脹變形約560με，較某市售品牌高約210με，有利于膨脹預(yù)壓應(yīng)力的存儲(chǔ)；溫降階段收縮變形則減小了約130με，降低率為36.7%，由混凝土溫峰降低，溫降收縮減小以及膨脹組分在該階段的補(bǔ)償收縮共同作用引起。上述結(jié)構(gòu)混凝土溫度場(chǎng)與體積變形雙重調(diào)控效果可顯著抑制其早期收縮開裂風(fēng)險(xiǎn)，拆模后對(duì)墻體裂縫的持續(xù)觀測(cè)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，澆筑結(jié)束后迄今半年時(shí)間內(nèi)未見開裂滲漏，而對(duì)比段于澆筑后9d時(shí)即出現(xiàn)數(shù)條豎向、平行、等間距分布的裂縫并在回填土后有滲漏現(xiàn)象。

3結(jié)語(yǔ)

（1）相較普通混凝土，抗裂混凝土1d絕熱溫升值降低率達(dá)63.0%，7d值則相近，即水泥水化速率調(diào)控技術(shù)在有效抑制混凝土早期水化放熱的同時(shí)，基本不影響放熱總量。（2）抗裂混凝土自生體積變形始終處于微膨脹狀態(tài)，最大膨脹變形約244με，出現(xiàn)在4d時(shí)，從4d至42d相較基準(zhǔn)混凝土收縮減小了73με，即仍有膨脹補(bǔ)償收縮作用產(chǎn)生。抗裂混凝土的工作、力學(xué)與耐久性能與基準(zhǔn)混凝土差異不大或略有提升。（2）將抗裂混凝土技術(shù)應(yīng)用于某隧道工程試驗(yàn)段側(cè)墻結(jié)構(gòu)中，并進(jìn)行了與某市售抗裂劑品牌應(yīng)用效果的對(duì)比監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，抗裂混凝土中心最高溫升降低了約4.3℃，溫升階段膨脹變形增加了約210με，溫降階段收縮變形減小了約130με，顯著改善了混凝土抗裂性能，關(guān)于實(shí)體結(jié)構(gòu)裂縫的施工期觀測(cè)結(jié)果與此吻合。

作者:任景陽(yáng) 徐文 張堅(jiān) 李歡歡 單位:1.江蘇蘇博特新材料股份有限公司 2.東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 3.上海城建物資有限公司