砂率变化对混凝土塑性收缩裂缝的影响

摘要:研究了砂率变化对混凝土塑性收缩裂缝的影响，指出较小砂率和较大砂率混凝土拌合物的塑性收缩裂缝相对较小，而中间某一砂率对应的裂缝相对最大，这一最大裂缝的砂率变化范围大致在36%一43%之间，水分蒸发速率随砂率的增大而减少。

关键词:塑性收缩裂缝，砂率，蒸发速率

中图分类号:TU755.7 文献标识码:A

　　塑性收缩裂缝是由新拌混凝土在塑性阶段的各种收缩引起的〔1〕。这些收缩包括毛细管压力收缩、塑性沉降收缩、早期化学收缩和早期自收缩等，而其中以毛细管压力作用为主。

　　在水泥浆量一定的情况下，砂率主要影响混凝土的工作性川。对不同水灰比的混凝土拌合物，要获得较好的工作性一般存在一个最优砂率，超过该砂率后，坍落度减小。砂率的变化引起混凝土中粗细集料之间比例的改变，这一变化可能影响混凝土的塑性收缩及其裂缝性能。目前，有关砂率对混凝土塑性收缩裂缝的研究报道较少。

1 实验方法及原材料

1.1 模具、实验环境条件及实验方法

　　约束应力强烈地受到混凝土试件的几何形状、约束条件以及材料和环境因素的影响。本实验所用约束塑性收缩装置，端约束生成器提供端约束，中心应力生成器促使裂缝在试件的中部形成。试件成型后置于温度为30 ℃，相对湿度为60%，风速为sm/s的控制环境中。测试水分蒸发所用的钢制模具表面积为225cm2早，深7.0cm，称量用电子天平(最小感量为0.1g)，测量裂缝宽度用刻度放大镜(放大10倍)。测试5h后的水分损失(计算蒸发速率)、裂缝最大宽度及裂缝总面积。

1.2 原材料

　　水泥为重庆腾辉水泥集团公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥。细集料为四川简阳中砂(细度模数为2.4);粗集料为石灰石碎石(粒径5mm －20 mm )，其中，粒径5 mm －10 mm 的碎石占粗集料总量的30%(质量百分比)，10 mm －20 mm 的碎石占粗集料总量的70%。减水剂为重庆江北特种建材厂生产的FDN－0型。试验中各组拌合物通过调整减水剂的掺量而使坍落度控制在相当的水平(20cm一25cm)。

2 实验结果与分析

　　共4组试 验，即SP1,SP2，Sp3和SP4组，配合比设计及实验测试结果见表1。砂率的影响见图1，图20

　　从图 2可 以看出，在试验研究的砂率范围内，较低和较高砂率对应的混凝土塑性收缩裂缝总面积均相对较小，而中间某一砂率裂缝总面积最大。

　　从细观尺度上看[2]:，水泥石和集料的界面并不是一个“面”，而是一个有一定厚度的“过渡层”，其厚度为0um－10um。“过渡层”是由于水泥浆体中的水在向集料表面迁移的方向形成水灰比的梯度而产生的。从集料表面向水泥石体系，水灰比逐渐减小，直到达到水泥石本体的水灰比。其他条件相同时，单个集料和浆体界面过渡层厚度随集料表面积的大小而变化，粒径小的集料过渡层厚度小。按照中心质假说，各级中心质和介质之间都存在过渡层，中心质以外所存在的组成、结构和性能的变异范围都属于过渡层。混凝土的集料属于大中心质，大中心质对周围介质所产生的吸附、化合、机械咬合、粘结、稠化、强化、晶核作用、晶体取向、晶体连生等一切物理、化学、物理化学的效应均称为大中心质效应。效应所能达到的范围称之为“效应圈”。过渡层是效应圈的一部分。有利的中心质效应不仅可改善过渡层的大小和结构，而且能使效应圈中的大介质在不同程度上具有大中心质的某些性能;增加有利的效应，减少不利的效应，对改善混凝土的宏观行为能起重要的作用。

　　在集料用量一定的情况下，砂率较小时，粗集料含量较大，由于集料表面积较大而使过渡层变厚，虽然较厚的过渡层存在较多的薄弱环节，但这些薄弱环节在较多粗集料所产生的较多且作用较强的大中心质效应圈范围内，其破坏作用由于较大中心质的有利效应而得到抑制，在宏观上表现为塑性收缩裂缝相对较小(见图1)。随着砂率的增大，粗集料减少，粗集料的抑制作用减弱，表现为所测的塑性收缩裂缝面积有增大的趋势。

　　但当砂率增大到一定程度之后，“过渡层”的情况发生了较大的变化，即集料粒径变小，集料的表面积变小，“过渡层”厚度变薄，过渡层薄弱环节相对减少。因此，在这种情况下，测试的塑性收缩裂缝面积较小。

　　从测试的4组试验中可以得出，较大裂缝所对应的砂率变化范围大致在36%一43%之间，而这一范围为混凝土拌合物工作性较好的最佳砂率范围。

　　图2表明 ，随砂率的增大，蒸发速率略有降低。裂缝面积与蒸发速率不存在直接的相关性，但在最大裂缝面积对应的砂率以下，裂缝面积随蒸发速率的减小而增大;在最大裂缝对应的砂率以上时，裂缝面积随蒸发速率的减小而减小。

　　砂率较小时的蒸发速率较大，主要原因是:1)集料的总表面积较小，集料所吸附的水分较少;2)蒸发所提供的供水通道较大，水分蒸发较快。砂率较大时情况则相反。

3 结语

　　1)在一定范围内，混凝土塑性收缩裂缝面积随砂率的增大而增大，当砂率超过某一临界值后，裂缝随砂率的增大反而减小。这一最大裂缝对应的砂率范围大致在36%一43%之间。2)其他条件一定时，随砂率的增大，混凝土拌合物水分蒸发速率减小。在最大裂缝对应的砂率下，裂缝面积随蒸发速率的减小而增大;反之，裂缝面积随蒸发速率的减小而减小。

参考文献:

　　[1]杨长辉，王川，吴芳.混凝土塑性收缩裂缝成因及防裂措施研 究综述[J].混凝土，2002(5):25－27.

　　[2]吴中伟，严慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社，1999.