缓凝剂对橡胶混凝土路面抗裂性能研究

熊军 1 于海 1 朱涵 2 刘富森 3

1天津市市政工程设计研究院； 2天津大学； 3河北工程大学

摘 要：混凝土的早期塑性开裂是现代混凝土建设工程中一直存在的普遍现象，裂缝的防治同时也成为施工过程中至关重要的一点。引起混凝土开裂主要有水化热产生的温度裂缝，以及混凝土硬化收缩时拉应力大于抗拉强度的极限时产生的自身裂缝。基于上述分析，可用缓凝剂来推迟水化热的峰值，预防早期的温度裂缝的出现，同时用橡胶颗粒来改善混凝土自身延性；通过两者同时掺入来双重提高混凝土抗开裂性能，目前关于缓凝剂和橡胶掺入混凝土的联合效应的试验研究较少，本文首次提出双掺法来提升混凝土抗开裂性能并进行研究，同时通过圆环试验法对橡胶混凝土路面中加入缓凝剂后收缩开裂性能进行实验并分析数据，实验表明橡胶混凝土路面中加入缓凝剂后能提高混凝土的抗裂性以及缩小其裂缝开裂宽度。

关键字：混凝土；缓凝剂；抗裂性；橡胶混凝土路面

1试验方法

抑制水泥基材料收缩一直以来是学者研究的重要方向，材料收缩会使得混凝土建筑出现微观和宏观裂缝，会影响混凝土自身结构，进而直接影响建筑质量，降低其耐久性。基于此要改善此固有属性，要添加合适的外加剂。

在测量混凝土开裂时间的试验中，本文采用了外方内圆偏心约束法进行测量，这种方法可以预估裂缝的大致位置，便于裂缝的观察；利用偏心的作用，可以缩短试件开裂时间，提高试验工作效率和缩短周期。模具形状与尺寸如图所示。模具由正方形钢材料底座和四边钢槽组成，采用螺栓连接，内部钢圈镶嵌在单向偏心的位置，钢制模具具有耐磨性好，可塑性强等优点，便于制作和使用。

模具形状与尺寸

本试验中，在记录开裂时间使运用了自动检测装置，如图所示，由于开裂位置在混凝土厚度较薄一侧，在开裂位置附近涂一层导电性粘附材料，所述的银膏导电涂料是一种脆性导电材料，用于在试件表面进行涂覆，银胶粘剂其物理性质如表所示。用吹风机将粘剂烘干。之后将导线与闹钟形成可导电的环路，把闹钟时间调试为当前时间，记录间隔为半天，并观测电路是否通电以及表针是否转动，如果闹钟停止，则证明试件开裂，开裂时间即为指针所指的时刻，这样就能较准确地记录开裂时间。

试件开裂装置开裂检测实图

导电银胶粘剂的物理性能

固体含量(%)	比重(g/cm³)	抵抗 (Ω/ sq)	粘稠度 (CPS)	干燥条件(40°C)
68-70	1.46-1.49	<0.01	>20.000	10min

本试验共有 10 种不同的配合比，每种配合比 3 个试件，混凝土灌入模具后，放到振动台震动 15s 左右，并在混凝土表面铺上塑料薄膜，并开始记录时间，试验记录第一个试件的开裂时间和试件开裂的平均开裂时间。

2试验步骤

进行抗开裂试验前首先清理模具，以及在模具内部涂抹上机油以方便拆解和脱模处理。

砂浆制作时向砂浆搅拌机投料顺序为：首先水泥集料和缓凝剂、其次粗细骨料以及橡胶颗粒，缓凝剂和橡胶颗粒均为外掺法掺入，搅拌机搅拌时间为3min。

本试验共有 10 种不同的配合比，每种配合比 3 个试件，成型后用塑料膜密封具体如图所示，并将其搁置于养护室，每 3 小时进行 1 次抹面处理，共计进行 2 次便于及时观测裂纹，一天后进行拆模处理。

拆模完成后观察试块的完整性，进行自动检测设备安装，首先将导线于闹钟相连，检测闹钟是否可用，其次用胶水将导线和偏心位置固定，用小刀将导线的胶水残留刮去避免其出现不通电情况，最后涂上导电银胶剂完成闭合回路， 并用吹风机将其吹干。

自动检测装备安装完成后，观察闹钟指针是否工作；如工作，调动其时间，使得所有闹钟与当前时间相同，方便记录时间变化。每隔 10-12 小时对闹钟进行观察，并做好试验记录。

搅拌砂浆与密封试块

3试验结果及分析

不同混凝土的开裂时间见、不同混凝土裂缝实测见图所示。

不同混凝土的开裂时间

试验组号	第一个试件开裂时间/h	平均开裂时间/h
PM	76	78
OM	112	118
5%RM+OM	145	164
10%RM+OM	167	185
15%RM+OM	183	196
20%RM+OM	202	225

不同属性混凝土试块裂缝

由上图可以清晰的看出，橡胶缓凝混凝土的裂缝宽度最小，其次是橡胶颗粒混凝土，相比之下普通混凝土的裂缝更加明显；由表可知，缓凝剂和橡胶颗粒的加入均能延缓试件的开裂时间。其中单独掺加缓凝剂时有效的改善了水化热产生的温度裂缝，开裂时间明显延缓，此次试验中缓凝剂的加入相比普通混凝土开裂时间提高了约 1.5 倍；不同橡胶颗粒掺量的 RM 组可以看 出：橡胶颗粒可以明显起到阻裂的作用，并且随着橡胶颗粒掺量的增多开裂时间也得到延长；由双掺组可看出，同时掺加橡胶颗粒和缓凝剂后提高了混凝土的抗裂性，而且因为缓凝剂的加入，使得橡胶的作用得到了更好的发挥， RM+OM 组的混凝土试块相对于单掺橡胶颗粒组的混凝土试块，第一次出现裂缝时间和平均开裂时间都随橡胶颗粒的增多而延长，开裂时间要比单掺缓凝剂组延缓。综上所述，掺加不同配合比外加剂的混凝土开裂性能由优到劣依次 是：双掺橡胶缓凝混凝土、橡胶颗粒混凝土、缓凝剂颗粒混凝土和普通混凝 土。

引起混凝土开裂主要有水化热引起的温度裂缝和自身脆性裂缝。因此，如果想提高混凝土的抗开裂性，就要加入抗裂组分来消减这两个因素。掺入缓凝剂是为了推迟和降低水化热的峰值，进而推迟早期温度裂缝的出现；橡胶颗粒具有柔性材质的特性，加入到混凝土中后，可以改变混凝土的破坏形态，增强混凝土抵御外力的能力，减少了混凝土内部空隙和表面裂缝的数量和宽度，橡胶颗粒可以有效改善混凝土本身材料内部的薄弱点，能过有效起到预防裂缝产

生的效果，提升抗开裂能力。此外，混凝土在早期收缩时，缓凝剂的加入可以有效提高水泥水化的效率，使得混凝土内部产物分散的更均衡，避免集中现 象，使得产生的凝胶体网架结构更坚固，结构缺陷数量下降；而且缓凝剂兼具部分减水剂的功能，可以有效减少混凝土搅拌用水量，减小其水灰比，有助于提高混凝土内部的密实度，进一步提高抗压和抗折等强度。综上，同时掺入橡胶颗粒和缓凝剂后，可以有效的作为抗裂组分对温度裂缝和脆性这两个因素进行抑制，双重提高混凝土的抗开裂性能。

基于此试验可以得出，单独掺入橡胶颗粒时，会降低混凝土脆性以及其弹性模量，而且橡胶颗粒等体积取代细骨料，会造成混凝土整体强度下降，当自身收缩应力达到峰值时，混凝土会发生局部的开裂。橡胶颗粒不能降低水化热产生的热动力峰值，此时缓凝剂的加入能够有效的改善温度引起的裂缝，并使得橡胶颗粒可以充分缓解混凝土内部所产生的应力集中想象，发挥其材料的韧性，较大程度的增强混凝土的抗开裂性。

4结论

通过本文研究，相关结论如下：

（1）缓凝剂的掺加提高了橡胶混凝土部分的抗压和抗折强度，但总体影响不大，减小了混凝土的压折比，混凝土强度因橡胶颗粒的加入降低的部分得到了补充。

（2）橡胶颗粒和缓凝剂的加入可以提高混凝土的抗裂性以及缩小其裂缝开裂宽度，其中同时掺入一定量的橡胶颗粒和缓凝剂效果最佳和裂缝宽度最小，优于单独加入橡胶颗粒混凝土、缓凝剂混凝土和基准混凝土。

参考文献

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