不同水泥及摻和料對高性能混凝土塑性開裂的影響

王秀東

(新疆卡拉貝利水利樞紐工程建設管理局，新疆 喀什 844000)

混凝土面板堆石壩防滲體是混凝土面板，其裂縫的多少、寬度和深度都影響著混凝土面板的防滲效果。嚴寒、干旱的新疆地區(qū)，晝夜溫差大，氣候干燥、多風等，在諸多對抑制混凝土裂縫不利的環(huán)境下，如何配制出抗裂性最佳的混凝土，是研究的重點。選擇性能好的外加劑或纖維等抗裂摻加物，可以有效地提高混凝土的抗裂性能。本文根據(jù)卡拉貝利水利樞紐工程特點，分別選用聚乙烯醇纖維和WHDF抗裂減滲劑(又名WHDF增密劑，簡稱WHDF)進行混凝土抗裂試驗，從材料角度優(yōu)選大壩抗裂混凝土。

1 試驗方法及評定辦法

采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GB/T 50082—2009)標準[1]中的方法進行早期抗裂試驗。規(guī)范要求測試24h為試驗結果，本試驗研究為了對比長時間效果，故延長到48h，觀察裂縫的發(fā)展情況。依據(jù)《混凝土質(zhì)量控制標準》(GB 50164—2011)[2]規(guī)定對試驗結果進行質(zhì)量評定(見表1)。

表1 混凝土早期抗裂性能等級劃分

2 試驗材料

2.1 水泥

本次按委托方要求，對不同部位的混凝土進行試驗，分別采用P·HSR42.5水泥和P·O42.5水泥，其物理力學性能、化學成分指標均符合《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)[3]中相應等級技術要求。

2.2 粉煤灰

粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰，它是在火電廠排出的煙氣中收集到的細顆粒粉末。粉煤灰在混凝土中具有火山灰活性作用，它吸收氫氧化鈣后生成硅酸鈣凝膠，成為膠凝材料的一部分；微珠球狀顆粒，具有增大混凝土流動性、減少泌水、改善混凝土和易性的作用；粉煤灰的水化反應很慢，它在混凝土中長期以固體顆粒形態(tài)存在，具有填充骨料空隙的作用，可提高混凝土密實性；同時通過大量國內(nèi)外試驗文獻資料證明，摻入適量的粉煤灰可提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力及抑制堿骨料反應的作用。經(jīng)檢測，粉煤灰各項指標符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)[4]中Ⅱ級粉煤灰技術要求。

2.3 粗細骨料

細骨料為當?shù)睾哟采?，為Ⅱ區(qū)中砂，粗骨料為當?shù)芈咽?，骨料除堿活性外(已通過摻粉煤灰拌和解決)，其余檢測項目均符合《水工混凝土施工規(guī)范》(SL 677—2014)[5]中技術要求。

2.4 外加劑和纖維

本配合比試驗使用了高效減水劑AX-1、引氣劑AOXIN和JK-7型聚乙烯醇纖維、混凝土抗裂減滲劑WHDF。經(jīng)檢測，其性能均符合相應標準規(guī)范的要求。

2.5 水

本次混凝土配合比試驗研究拌和用水為地下水，水質(zhì)較好，符合《混凝土用水標準》(JGJ 63—2006)技術要求。

3 試驗方案

本次試驗主要測試對比面板(趾板)混凝土摻用增密劑WHDF、纖維和兩者均不摻在約束條件下的早期抗裂性能，6組試驗中均摻入30%粉煤灰(方案分組見表2)。

表2 試驗組合

4 試驗結果分析

通過對6組試件結果進行分析(見表3)，單位面積的裂縫數(shù)目指標，在抗硫酸鹽水泥配置的高性能混凝土試件中，K1>K3>K2；在普通硅酸鹽水泥配置的混凝土試件中，P1>P2>P3。且兩種水泥的試件中24h和48h單位面積的裂縫數(shù)目相同?？傮w結果表現(xiàn)為P1>K1>P2>K3>K2>P3。

單位面積上總開裂面積指標，在抗硫酸鹽水泥配置的高性能混凝土試件中，24hK1的單位面積總開裂面積較K2少7%，較K3少64%，K2的單位面積總開裂面積較K3少61%；48hK1的單位面積總開裂面積較K2多3%，較K3少68%，K2的單位面積總開裂面積較K3少69%?？傮w結果表現(xiàn)為P3>K3>P1>K2>K1>P2。

在普通硅酸鹽水泥配置的混凝土試件中，24h P2的單位面積總開裂面積較P1少83%，較P3少95%，P1的單位面積總開裂面積較P3少67%；48h P2的單位面積總開裂面積較P1少83%，較P3少95%，P1的單位面積總開裂面積較P3少70%。

只摻入30%粉煤灰的抗硫酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥試件相比，單位面積上總開裂24h減少57%，48h減少55%；摻1%纖維普通硅酸鹽水泥與抗硫酸鹽水泥試件相比，單位面積上總開裂24h減少64%，48h減少62%；摻2%WHDF抗硫酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥試件相比，單位面積上總開裂24h減少64%，48h減少62%。

表3 試驗結果

由表3數(shù)據(jù)可知：從單位面積的裂縫數(shù)目指標來看，抗硫酸鹽水泥+1%纖維與普通硅酸鹽水泥+2%WHDF的組合裂縫數(shù)目最少。

從單位面積上總開裂面積指標看，普通硅酸鹽水泥+1%纖維組合的抗裂效果最好，這是因為混凝土試件在硬化過程中，體積收縮，受到試驗模板約束時，便產(chǎn)生拉應力，當拉應力大于混凝土本身的抗拉強度時，混凝土被拉開，形成塑性裂縫，而摻入纖維后，拌和物之間的整體性增強，提高了混凝土的抗拉強度，能夠有效抵御收縮產(chǎn)生的拉應力，從而減少混凝土的塑性開裂。

當普通硅酸鹽水泥摻增密劑時，單位面積的裂縫數(shù)目最少，但單位面積上總開裂面積是最高的，從試件開裂情況看，裂縫的寬度大且深，多發(fā)生在導裂梁上方，說明增密劑能在水化初期提高混凝土的抗拉強度，在約束少的區(qū)域不會產(chǎn)生裂縫，但在約束多的區(qū)域，混凝土開裂的風險很高。

5 結 論

試驗結果表明，6組試件中，單位面積上總開裂面積由大到小的排列為P3>K3>P1>K2>K1>P2。普通硅酸鹽水泥+1%纖維組合的單位面積上總開裂面積最小，抗裂等級為Ⅴ，抗裂性能最好，因此，推薦P2組合。在施工過程中，應注意對混凝土進行早期養(yǎng)護，通過覆蓋塑料薄膜等方式，減小不利環(huán)境因素對混凝土開裂的影響。