中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北省宜昌市 443002
摘要：为定量研讨典型湿度环境工况下补偿收缩混凝土（砼）的抗裂性，本课题研究中配制了3种类型不同的补偿收缩砼，膨胀剂掺和量分别是5.7%、7.5%、9.0%，检测不同湿度环境中砼的变形力，分别测算出砼的抗裂指数。通过分析本次试验结果，不难发现环境湿度对掺和膨胀剂的砼补偿收缩性能会形成较明显的影响，这也是当下补偿收缩砼进行差异性设计的主要原因之一。
关键词：混凝土；湿度环境；抗裂性；膨胀剂；水工项目
引言
砼结构一旦开裂就会弱化其承载性能、促进腐蚀及介质扩散过程，进而短缩其使用年限，故而改善抗裂性是延长砼服役时间的有效措施之一。将膨化剂添加至砼内，当其发生水化反应后会促使砼出现一定的膨胀变形，有助于抵抗消除砼的化学减缩与自体收缩变形程度，实质是就是业内谈及的补偿收缩。
水分是影响膨胀剂效能发挥情况的主要因素之一，故而在水利工程建设阶段，应加大砼内外部湿度的控制。既往有研究发现，即便是针对同种膨胀剂砼，调整环境湿度指标很可能引起收缩开裂、适度膨胀或膨胀开裂三种不同结局[1]。为弥补当下针对在不同湿度环境下膨胀剂砼抗裂性的定量研究不多的现状，本文展开如下分析探究。
1、主要原材料
本课题研究采用P•O42.5水泥，其初、终凝结时间分别为150、205min，细度0.8%、标准稠度用水量28.3%，3d、28d抗折强度分别为5.5、8.8MPa，抗压强度依次为25.1、46.7MPa。
选用II级粉煤灰，细度、需水量比、烧失量分别为13%、100%、2.2%。
硫铝酸钙类I型膨胀剂，对应的初、终凝结时间为200、265min，水中7d、空气中21d的限制膨胀率分别为0.037、-0.006，7d、28d抗折强度28.5、47.5MPa。
取河砂作为细骨料，细度模数、表观密度分别为2.9、3620㎏/m³[2]。
2、补偿收缩混凝土的材料构成与力学性能
2.1砼材料构成
本试验共计配置了3种不同的补偿收缩砼。统计分析砼材料构成后，发现各种砼内的粉煤灰掺量均是15.0%；采用编号R5、R7、R9分别代表砼内膨胀剂掺量分别是5.7%、7.5%、9.0%，3种砼的坍落度均（200±12）mm，实际检测到含气量分别是4.2%、4.5%、4.8%。
2.2力学性能
统计发现，3种砼7d抗压强度27.0~29.4MPa，28d为41.3~44.3MPa，60d为47.8~49.2MPa。各龄期内3种砼抗压强度的极差值均不超出其均值的10%，且均符合C30砼的配制强度要求。3种砼的轴向抗压强度、抗拉弹性模量差异不明显。站在力学性能的角度分析，3种补偿收缩砼属于同一个强度等级。
3、具体研究方法
3.1试验检测砼的变形性能
（1）空气养护
试验中选用的砼构件规格为100mm×100mm×510mm，成型24h后拆除模具并将其安放在温度（20±2）℃、相对湿度（60±5）%环境内，严格依照相关规程检测其纵向变形。
（2）绝湿养护
自有变形砼试件 100×510mm，内部埋置150mm的DI-15电阻应变计，将砼直接浇筑于可密封处理的铁皮桶内。参照SL 352检测构件在纵向的变形量，取用浇筑后24h的检测值作为基准值。
约束变形构件100mm×100mm×300mm，利用限制器实现有效管束。当检测到砼抗压强度达3~5MPa时可拆模，利用塑料薄膜予以密封处理，测量原始长度值。
（3）水内养护
约束变形构件尺寸、成型方法及拆模时机，同（2），拆模后检测其原始长度，将其浸泡在（20±2）℃内，检测到21d。
3.2测算抗裂指数
为定量比较不同湿度环境下补偿收缩砼的抗裂性能，本课题采用抗裂指数（ ）作为测评抗裂性的定量指标，用下式计算 [3]：
拉强度、弹性模量、膨胀系数、最后绝热温升值、自有变形。
4、结果和讨论分析
4.1差异化湿度环境下砼的变形性
（1）空气即绝湿养护
利用R5、R7、R9补偿收缩砼在湿度环境下进行对比试验，比较两种养护条件下砼的自由变形测试结果。发现在两种工况下3种砼的自由变形均是收缩。并且达到72d龄期时，各种砼的空气养护自由收缩变形310×10-6~330×10-6，绝湿养护时为81×10-6~95×10-6，前者是后者的3倍有余。
（2）绝湿和水内养护
水内养护时砼的约束变形都表现为膨胀，二在绝湿养护中出现先膨胀后收缩的表现，水内养护砼的膨胀变形大概是绝湿养护下的1.3倍。
4.2比较差异化湿度环境中砼收缩应力的起始点
当水内养护21d转至空气养护以后，伴随龄期改变其约束变形改变情况见图1[4]。
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图1 砼约束变形图示
伴随龄期的延长，砼约束变形有一定衰减表现，由膨胀变形逐渐过渡至收缩变形，失水收缩是变形的主要成因。可以将砼约束变形曲线和横轴形成的交点看做为砼收缩应力的起始点，水内养护下30d时砼试件开始形成收缩应力；绝湿养护下砼收缩应力的起始点大概在6d前后，空气养护时砼收缩应力的起始点延迟了6d左右，水内养护转向到空气养护时起始点延迟了30d。如若把砼轴向抗拉强度定义为开裂抗力，分析后认为延长砼构件的养护时间，有助于强化其抗裂能力。
4.3抗裂性研究
参照①式测算砼的抗裂指数，检测结果被统计在表1内：
表1 砼的变形及热学性能检测结果统计表
在测算砼的抗裂指数阶段，带入养护28d的轴向抗拉强度、极限拉伸值等，使用21d时检测到的自由变形，发现R5在空气、绝湿、水内养护环境下的抗裂指数分别为0.97、1.35、1.86，R7为1.15、1.58、2.37，R9为1.07、1.48、2.37。
通过分析如上数据，不难发现水内养护条件下砼的抗裂指数是空气养护的1.88~2.18倍，绝湿养护下是空气养护的1.36~1.40倍。由此可见，不同养护环境下补偿收缩砼的抗裂性能存在较大差异，水内养护最高，绝湿养护次之，空气养护最低。
当下，业内在规划设计补偿收缩砼时，习惯使用水内养护砼的限制膨胀率作为测评指标。但综合本文研究内容，发现绝湿和空气养护同样是砼构建应用的典型环境条件，这就预示着只采用水内养护的测试结果作为设计指标难以对现实水利工程施工形成全面、科学的指导
结束语
和绝湿养护条件相比较，空气养护混凝土自由收缩、约束膨胀变形均有一定提升，这预示着适度环境对膨胀剂的效能会形成较明显的影响。不同养护环境下砼出现收缩应力的起始点不同、抗裂性形成显著差异。本文研究的内容较为浅显，不能深刻揭示湿度环境对砼抗裂性形成的影响规律，后期应对湿度设计作出更细致的规划，为水利工程设计提供更科学、可靠依据。
参考文献：
[1]李田心，王滨，宋肇磊，等.桥面铺装用聚氨酯混凝土性能试验研究[J].山西建筑，2020，46（15）：93-96.
[2]韩路，杨成连，张建忠，等.抗裂耐久性低排放复合改性橡胶沥青研究[J].山西建筑，2020，46（19）：87-89.
[3]李挺，李双喜，王成祥.早期强度对混凝土抗裂性能研究[J].粉煤灰综合利用，2020，34（04）：59-63+102.
[4]赵丽华，曾勇银，高亮.盐雾环境作用周期变化对沥青混合料性能影响研究[J].公路工程，2020，45（04）：183-188.