防裂剂对混凝土综合抗裂性能的影响

田普辉

中建八局轨道交通建设有限公司  江苏省南京210003

摘要：为探究防裂剂对混凝土综合性能的影响,研究掺不等量防裂剂条件下混凝土的工作性、力学性能,并且采用平板开裂、温度-应力试验方法分析防裂剂对混凝土抗裂性能的影响。

关键词：防裂剂;混凝土;综合抗裂性;温度-应力试验;收缩

1对混凝土工作性影响

外掺不等量防裂剂(按胶材质量百分比计,后同),混凝土拌和物性能如表1所列。各组混凝土初始坍落度、含气量结果总体上相近,坍落度在195~210mm之间,含气量在2.0%~2.4%范围内,其中掺防裂剂混凝土F6、F8和F10的坍落度、含气量均略高于基准组JZ,这是由于配制时适当增加了减水剂用量所致。密度测试结果与含气量具有较好的相关性,总体上在2370~2420kg/m3之间。掺防裂剂混凝土1h坍落度损失较大,如F10混凝土1h坍落度从200mm降至55mm,这与防裂剂中复配的膨胀剂有关。

表1　混凝土拌和物性能

总体来说,掺与不掺防裂剂混凝土坍落度、含气量、密度等变化不明显,这说明防裂剂对混凝土工作性影响不大,仅需略增加减水剂用量改善混凝土坍落度即可。

2对混凝土力学性能影响

2.1抗压强度

不同龄期下,掺防裂剂混凝土抗压强度均略高于基准组JZ,JZ混凝土7d、28d、60d抗压强度分别为26.3MPa、39.4MPa和45.9MPa,7d达到了28d强度的67%。与基准组JZ相比,掺防裂剂混凝土7d强度可提高2~4MPa,28d提高3~7MPa,这是由于外掺防裂剂后降低了混凝土有效水胶比,适量膨胀组分的掺入也对强度提高有利。相同龄期下,随防裂剂掺量(6%~10%)的增加,混凝土抗压强度均先升高后降低,防裂剂掺量为6%、8%时较为合适。F8混凝土各龄期强度均最高,7d、28d、60d抗压强度较JZ组分别提高了16.0%、17.3%和9.2%,这说明适量防裂剂的掺入对混凝土强度有一定改善作用。

2.2轴拉性能

考察防裂剂掺入对混凝土轴拉性能影响,试验结果如表2所列。由轴拉强度结果可知,各组混凝土的7d和28d轴拉强度分别在2.27~2.64MPa和2.74~3.14MPa之间,与抗压强度规律相似,F6、F8和F10三组混凝土各龄期轴拉强度较基准组JZ均有所提高,且防裂剂掺量为8%时效果最佳,7d、28d、60d轴拉强度较JZ组分别提高16.3%、14.6%和19.8%,掺入防裂剂对混凝土抗拉强度提高明显。各组混凝土极限拉伸值均随龄期延长而不断增大,7d时混凝土极限拉伸值在77×10-6~89×10-6之间,28d时在90×10-6~103×10-6之间,60d时在96×10-6~109×10-6之间。掺入防裂剂后,混凝土极限拉伸值较基准组增大了4.4%~15.6%,其中对混凝土7d极限拉伸值提高尤为明显,且防裂剂掺量为8%时,各龄期下混凝土极限拉伸值均最大。掺防裂剂混凝土抗拉弹性模量结果规律与轴拉强度、极限拉伸值相似,掺6%、8%和10%防裂剂混凝土各龄期下轴拉弹性模量较基准组均有所增大。综上所述,防裂剂的掺入可改善混凝土的轴拉性能,这对提高混凝土抗裂能力有利。

表2　混凝土轴拉性能

3对混凝土收缩、开裂性能影响

3.1干燥收缩

混凝土在非载荷作用下产生的裂缝80%以上是因为混凝土的收缩,而对混凝土早期开裂影响较大的是干燥收缩和自收缩。对比分析了掺不等量防裂剂对混凝土干燥收缩的影响。各组混凝土早龄期干缩变化速率较快,随着龄期的增加趋势逐渐变缓,60d后混凝土干缩趋于平稳。各龄期下,F6、F8和F10三组混凝土干缩值均小于基准组JZ,掺防裂剂混凝土28d干缩值较基准组减小21%~30%,60d时减小24%~31%,改善效果明显。相同龄期下,防裂剂掺量越大,混凝土干缩值越小,这是由于防裂剂内含膨胀组分,水化过程中膨胀组分发挥了微膨胀功能,膨胀变形抵消了混凝土的收缩变形,此外纤维对混凝土早期收缩也有一定抑制效果。总体来说,防裂剂的掺入改善了混凝土的干缩性能,有利于提高混凝土抗裂性。

3.2平板开裂试验

基准混凝土裂缝最多,达到26条,而掺6%和8%防裂剂混凝土裂缝数量明显减少,分别减少至10条和9条。测量每条裂缝最大宽度后,计算可得每条裂缝平均开裂面积及单位面积上的总开裂面积,结果如表3所列。6%、8%防裂剂掺入后,混凝土单位面积总开裂面积明显减小,较基准组分别减小了72.4%和83.3%,每条裂缝平均开裂面积也随着防裂剂掺量的增加而逐渐减小,说明防裂剂的掺入对混凝土抵抗塑性开裂有显著效果。结合以往试验结果可知,防裂剂中的纤维组分可抵消部分混凝土塑性收缩引起的拉应力,从而改善混凝土抗裂性能。

表3混凝土平板开裂试验结果

3.3温度-应力试验

掺防裂剂后,混凝土第一零应力(升温阶段)出现时间略有提前,对应的压应力更大,且防裂剂掺量越大效果越明显,这主要是由于防裂剂中的膨胀组分使混凝土产生了膨胀压应力;而温降初始阶段,掺防裂剂混凝土应力下降速率要低于基准混凝土,第二零应力出现时间有所延后,其中F8混凝土第二零应力时间较JZ组延后了28h,过第二零应力点后,三组混凝土应力下降的速率大致相当,混凝土应力与温度呈线性关系发展。这说明,在强约束条件下,防裂剂中的膨胀组分水化产生膨胀应力,以及纤维的抗拉性,均可抵消收缩受约束后形成的拉应力,从而有效提高混凝土抗裂性。

4对混凝土抗冻性能影响

表4为JZ、F6和F8三组混凝土的抗冻试验结果。结果可知,相同冻融循环次数条件下,掺防裂剂的F6和F8两组混凝土的质量损失率均小于基准混凝土(JZ),而相对动弹模量则均高于JZ组;从图8可观察到,200次冻融循环后F6和F8两组混凝土表面浆体剥落、骨料松散情况均明显优于JZ组;JZ组混凝土的抗冻等级为F150,F6和F8两组混凝土的抗冻等级均达到F200。上述结果表明,自制防裂剂的掺入可有效改善混凝土抗冻性能。

表4　混凝土抗冻试验结果

结语：

①防裂剂对新拌混凝土工作性影响不大,仅需略增加减水剂用量改善混凝土坍落度。②防裂剂的掺入,可改善混凝土力学性能和抗冻性能;混凝土7d、28d、60d抗压强度、轴拉强度、抗拉弹性模量均有所提高,掺8%防裂加混凝土7d、28d、60d抗压强度较基准混凝土分别提高16.0%、17.3%和9.2%。③防裂剂可增大混凝土极限拉伸值4.4%~15.6%,降低混凝土干缩20%~30%,且防裂剂掺量越大,效果越明显。④防裂剂的掺入对混凝土抵抗塑性开裂有显著效果,裂缝数量明显减少,单位面积总开裂面积较基准混凝土减小72.4%~83.3%。⑤与基准混凝土相比,掺防裂剂混凝土有更大的压应力,第二零应力出现时间延后,开裂温降增大5~15℃,抗裂性得到显著改善。

参考文献:

[1]覃维祖.混凝土的收缩、开裂及其评价与防治[J].混凝土,2001(7):3-7.

[2]周世华,董芸,杨华全.混凝土收缩开裂测试技术的研究现状与评述[J].水力发电,2008,34(3):40-43.