减蒸剂对减免高性能混凝土塑性开裂的影响

翟 超，唐新军

（1.新疆水利管理总站，新疆乌鲁木齐830000；2.新疆农业大学水利与土木工程学院 ，新疆乌鲁木齐830052）

减蒸剂对减免高性能混凝土塑性开裂的影响

翟 超1，唐新军2

（1.新疆水利管理总站，新疆乌鲁木齐830000；2.新疆农业大学水利与土木工程学院 ，新疆乌鲁木齐830052）

摘要:高性能混凝土在塑性阶段早期很容易发生开裂 ，适宜的早期养护措施是防止或减免高性能混凝土塑性开裂的重要途径。通过早期抗裂试验研究了减蒸剂对高性能混凝土塑性开裂的影响。结果表明:采用混凝土抹面后立即喷减蒸剂方法可以减小混凝土表面水分散失，将养护起始时间提前到混凝土塑性阶段的起点，弥补混凝土表面未及时覆盖造成快速失水的不足。但是，单独使用减蒸剂来抵抗混凝土塑性开裂的效果不明显，由于减蒸剂减缓水分蒸发的作用存在时效性，减蒸剂与覆盖塑膜养护（或涂刷养护剂）相结合才能更好的防止高性能混凝土塑性开裂。

关键词:减蒸剂；高性能混凝土；塑性开裂；养护方式

高性能混凝土由于自身配制要求比普通混凝土更容易引起塑性收缩开裂［1］。目前工程中主要通过洒水、覆盖等［2］养护措施来防止混凝土早期开裂，已有研究表明:在初凝后有效养护，混凝土早期收缩将得到有效控制［3］，但始终无法避免早期开裂。高性能混凝土塑性开裂始于塑性收缩阶段的早期（混凝土表面开始干燥），且早于混凝土初凝时间，高性能混凝土起始养护时间缺乏控制，在施工现场，混凝土成型抹面后往往来不及提早覆盖塑膜养护（或及时涂刷养护剂），致使高性能混凝土在塑性阶段容易发生开裂，如何在塑性阶段早期对混凝土进行适时养护，达到防止开裂的目的，已成为工程界十分关注的问题。减蒸剂作为一种新型的混凝土“养护剂”，对抑制混凝土塑性收缩开裂有积极的作用。为探讨减蒸剂在塑性阶段早期对减免高性能混凝土塑性开裂的影响 ，本文以新疆甘河子水库的面板混凝土作为研究对象，通过混凝土早期抗裂试验，研究了减蒸剂对防止高性能混凝土早期塑性开裂的效果及其合理的使用方法。

1　试验材料及配合比

（1）水泥:新疆青松水泥厂生产的42.5R普通硅酸盐水泥，物理性能指标见表1，化学成分见表2。

（2）粉煤灰:新疆诚和伟业有限公司的Ⅱ级粉煤灰，技术性质见表3。

（4）外加剂:新疆格辉科技有限公司生产的萘系高效减水剂。新疆格辉科技有限公司生产的松香类引气剂，混凝土配合比中掺量为万分之三。

（5）骨料:粗骨料为新疆甘河子水库砂石料场的卵石，最大粒径31.5 mm，经水洗后含泥量为0.2%，细骨料为新疆甘河子水库砂石料场的砂，细度模数3.3，经水洗后含泥量为0.3%，试验用砂剔除＞5 mm的颗粒。

（6）水:实验室自来水。

（7）养护剂:新疆科能防水防护材料有限公司生产的KN养护剂，用量为250 g/m2。

（8）养护用塑膜:表面平整、密封性好、完整的、厚度为0.05 mm的塑料薄膜。

（9）减蒸剂:江苏博特新材料有限公司生产的Ereducer-101塑性混凝土高效水分蒸发抑制剂，试验用量为200 g/m2。

（10）混凝土试件配合比:本试验混凝土试件的配合比见表4。

表1　青松42.5R普通硅酸盐水泥各项物理性能指标

表2　青松42.5R 普通硅酸盐水泥化学成分及熟料矿物成分

表3　粉煤灰技术指标

表4　混凝土配合比

2　试验方案

2.1试验方法

按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》［4］（GBT 50082-2009）中“早期抗裂试验”的要求制作混凝土平板试件。试件用尺寸800 mm× 600 mm×100 mm的平面薄板型模具制作。试验时间从混凝土搅拌加水开始计算，于24 h用读数显微镜（放大倍数为100倍）观测裂缝宽度，用钢直尺测量裂缝长度，并计算试件表面的单位面积总开裂面积，计算公式如下:

（1）每条裂缝的平均开裂面积应按下式计算 :

（2）单位面积的裂缝数目应按下式计算:

（3）单位面积上的总开裂面积应按下式计算 :

式中:Wi为第i条裂缝的最大宽度（mm），精确到0.01 mm；Li为第i条裂缝的长度（mm），精确到1 mm；N为总裂缝数目（条）；A为平板的面积（m2），精确到小数点后两位；a为每条裂缝的平均开裂面积（mm2/条）；精确到1 mm2/条；b为单位面积的裂缝数目（条/m2），精确到0.1条/m2；c为单位面积上的总开裂面积（mm2/m2），精确到1 mm2/m2。

减蒸剂使用前须加水稀释 ，稀释比例为:减蒸剂:水=1∶9，对稀释后的溶液充分搅拌均匀，以确保使用前无分层现象。用压力喷壶均匀喷洒在抹面成型后的混凝土试件表面。

2.2试验环境

根据水库面板混凝土施工环境的实测气象数据，本试验模拟夏季混凝土施工现场可能出现的最不利环境，气温为35℃，最大平均风速为5.0 m/s，湿度为20%。在最不利环境下，测得混凝土的初凝时间为5小时50分钟，终凝时间为7小时16分钟。

2.3试验方案

（1）不养护:试件浇筑成型抹面后，完全暴露在试验环境中 ，于24 h观测、统计试件开裂情况。此方案作为对比方案。

（2）只喷减蒸剂养护:试件浇筑成型抹面后立即喷减蒸剂（试件表面尚处于湿润状态），于24 h观测、统计试件开裂情况。

（3）减蒸剂+覆塑膜养护:试件浇筑成型抹面后立即喷减蒸剂，分别于1.5 h、3 h覆盖塑膜养护，于24 h观测、统计、对比不同养护起始时间下试件的开裂情况。

（4）减蒸剂+涂养护剂养护:试件浇筑成型抹面后立即喷减蒸剂，分别于1.5 h、3 h再涂刷养护剂养护，于24 h观测、统计、对比不同养护起始时间下试件的开裂情况。

3　试验结果与分析

3.1不养护条件下试件的表面裂缝情况

对不做任何养护、完全暴露在试验环境中的试件，试验观测表明:试件浇筑成型抹面后，1 h左右混凝土试件表面开始干燥，到2 h试件表面已出现细而短的裂缝，3 h左右试件表面裂缝逐步扩展，裂缝沿平板模具导裂梁方向规则排列 ，部分裂缝宽度已经明显可见，于24 h统计试件开裂情况［5］:产生4条裂缝，最大裂缝宽度为0.60 mm，最大裂缝长度为515 mm，单位面积总开裂面积为681.77 mm2/m2。试验结果说明:在高温、干燥、大风的施工环境中，对于不做任何养护混凝土板，表层混凝土失水收缩加快，当收缩受到周围混凝土约束时，产生约束应力，一旦约束应力大于混凝土自身的抗拉强度，混凝土在初凝前就会产生塑性收缩开裂。

3.2只喷减蒸剂养护对试件塑性开裂的影响

试件浇筑成型抹面后，在混凝土表面处于湿润的状态时，仅进行喷减蒸剂养护的试验观测结果是:试件浇筑成型抹面后，2 h左右试件表面开始干燥，3 h试件表面已出现微小裂缝，于24 h统计试件开裂情况:试件表面共产生3条裂缝，最大裂缝宽度为0.38 mm，最大裂缝长度为600 mm，单位面积总开裂面积为515.25 mm2/m2。试验结果表明:单独使用减蒸剂不能防止混凝土塑性裂缝的产生，与不养护试件相比能减小开裂面积，但是抗裂效果不明显。

与不做任何养护的混凝土相比，抹面后喷减蒸剂能推迟混凝土表面干燥时间近1 h，是因为减蒸剂独特的“两亲分子”结构在潮湿混凝土表面（水和空气界面）形成一层不溶于水的单分子膜，尽可能占据水界面上有限的蒸发面积，有效的减少水界面蒸发面积，从而达到抑制和减缓水分蒸发的效果。但随时间延长，混凝土表面逐渐干燥，“两亲分子”存在的环境消失，减蒸剂失去其作用，混凝土发生塑性开裂。

3.3减蒸剂与覆盖塑膜养护相结合对试件塑性开裂的影响

喷减蒸剂+覆塑膜养护试件表面裂缝观测结果是:试件浇筑成型抹面后立即喷减蒸剂，于1.5 h覆盖塑膜养护，直至24 h，试件表面未出现裂缝；但试件浇筑成型抹面后立即喷减蒸剂，于3 h覆盖塑膜养护，此时试件表面已产生裂缝，至24 h观测统计试件表面共产生1条裂缝，最大裂缝宽度为0.30 mm，最大裂缝长度为570 mm，单位面积总开裂面积为178.13 mm2/m2。减蒸剂+覆塑膜与仅覆盖塑膜［5］不同起始养护时间对试件单位面积总开裂面积的影响情况以及与不养护试件对比见表5。

表5　减蒸剂+覆塑膜养护措施下混凝土单位面积总开裂面积

由表5可知:抹面后立即喷减蒸剂并在1.5 h内及时覆盖塑膜养护可以有效避免混凝土塑性开裂。喷减蒸剂并在3 h后再进行覆盖塑膜则效果不佳。与1 h内仅覆盖塑膜试件相比，喷减蒸剂试件覆盖养护时间推迟30 min，试件并未开裂，在实际施工过程中使用减蒸剂能为覆盖养护争取宝贵的时间。与3 h仅覆盖塑膜相比，单位面积总开裂面积减少62%，说明减蒸剂在混凝土塑性阶段早期（覆盖养护之前）起到非常重要的作用，抹面后立即喷洒减蒸剂 ，将养护起始时间提前到混凝土塑性阶段的起点，填补了混凝土抹面结束到最早可覆盖塑膜［5］这段时间内养护的空白，并及时、适时与覆盖养护衔接，使高性能混凝土在整个塑性阶段都能得到养护，有效的防止了高性能混凝土塑性开裂。

3.4减蒸剂与养护剂相结合对试件塑性开裂的影响

喷减蒸剂+涂养护剂养护方式试验观测结果是:1.5 h涂刷养护剂情况与覆塑膜相同，3 h再涂刷涂养护剂养护，涂刷前混凝土表面也已经出现裂缝，养护至24 h，观测、统计试件共产生4条裂缝，最大裂缝宽度为0.20 mm，最大裂缝长度为405 mm，单位面积总开裂面积为176.88 mm2/m2。不同起始养护时间对试件表面单位面积总开裂面积的影响情况的对比见表6。

表6　减蒸剂+涂养护剂养护措施下混凝土单位面积总开裂面积

由表6可知:喷减蒸剂与覆塑膜相结合的养护方式和喷减蒸剂与涂养护剂相结合的养护方式效果相近。减蒸剂与养护剂结合使用时需要注意以下几点:①减蒸剂均匀喷洒在混凝土表面。②混凝土斜面施工时，采取总量控制，多次喷洒。③减蒸剂和养护剂都是液体，在养护过程中应注意正确的使用顺序，即抹面后先喷减蒸剂，后涂养护剂。④养护剂干燥后在混凝土表面形成不透水膜 ，能有效的防止混凝土水分散失，但对后期补水养护会造成困难［5］。

4　结 语

（1）在高温、大风、干燥的施工现场，混凝土若无法及时进行覆盖养护，采取抹面后立即喷减蒸剂的方法可以减小混凝土表面水分的快速散失，将养护起始时间提前到混凝土塑性阶段的起点，填补混凝土抹面结束到最早可覆盖塑膜这段时间内养护的空白，为后续覆盖养护争取宝贵时间。

（2）单独使用减蒸剂来抵抗塑性开裂的效果不明显。由于减蒸剂减缓水分蒸发的作用存在时效性，要把握减蒸剂养护与覆盖养护在时间上的衔接，因此，抹面结束后立即喷减蒸剂，并在混凝土表面干燥前及时进行覆塑膜或者刷养护剂，才能有效防止和避免高性能混凝土发生塑性开裂。

减蒸剂能有效的抑制混凝土水分的散失，推迟塑性收缩发生的时间。目前已有的研究［6-7］均使用单一稀释比例，在西部地区高温、干燥、大风的恶劣环境下研究减蒸剂不同稀释浓度对高性能混凝土初始开裂时间影响，对科学控制减蒸剂与覆盖养护相结合的时间，避免高性能混凝土塑性开裂具有实际的工程意义。

参考文献:

［1］ 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京:中国铁道出版社，1999:306-311.

［2］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50204—2011.混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.北京:中国建筑工业出版社 ，2011.

［3］ 钱晓倩，詹树林，周富荣，等.早期养护时间对混凝土早期收缩的影响［J］.沈阳建筑大学学报:自然科学版，2007，23（4）:610-614.

［4］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T50082-2009.普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，2010.

［5］ 翟 超，唐新军，胡 全，等.早期养护方式对高性能混凝土塑性开裂的影响［J］.水利与建筑工程学报，2013，11（6）:90-93.

［6］ 林 玮，石 亮，李 磊，等.减蒸剂在泰州大桥混凝土工程的应用研究［C］//纤维混凝土学术会议暨第二届海峡两岸三地混凝土技术研讨会论文集 .2010:884-888.

［7］ 刘仍光，王力尚，周 康，等.燥热环境中混凝土早期开裂的改善措施研究［J］.硅酸盐通报，2013，32（4）:748-753.

中图分类号:TU528.042

文献标识码:A

文章编号:1672—1144（2015）01—0126—04

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2015.01.026

收稿日期 :2014-09-30修稿日期:2014-10-24

基金项目 :新疆水利水电工程重点学科项目资助（xjzdxk-2009-10-05）

作者简介 :翟 超（1986—），男 ，新疆奇台人 ，硕士 ，主要从事水工混凝土材料方面的研究工作。E-mail:494419789@qq.com

通信作者 :唐新军（1959—），男，陕西蒲城人，博士 ，教授。主要从事水工结构工程方面的教学与科研工作。E-mail:tangxj59@sina.com

The Effect of Evaporation Reducing Agent on the Reduction of High Performance Concrete Plastic Cracking

ZHAI Chao1，TANG Xin-jun2
（1.Xinjiang General Station of Water Conservancy Management，Urumqi，Xinjiang 830000，China；2.College of Hydraulic and Civil Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi，Xinjiang 830052，China）

Abstract:High performance concrete cracking is likely to occur at the early plastic stage，applications of appropriate early curing measures are important approaches of preventing or reducing the cracking.Here，the impact of evaporation reducing agent on the plastic cracking of high performance concrete was studied through early crack resistance tests.The results suggest that the application of evaporation reducing agent right after the coating of the concrete can reduce the surface moisture loss，and advance the maintenance starting time to the starting point of the concrete plastic stage，which will prevent the rapid water loss due to the exposure of concrete surface which isn’t covered in time.However，the application of evaporation reducing agent alone has little impact on cracking control.Due to the timeliness of its effect on reducing the evaporation，the combination of the agent and plastic film curing（or coating curing agent）should be applied in order to better prevent the occurrence of the cracking.

Keywords:evaporation reducing agent；high performance concrete；plastic cracking；curing methods