砂率对混凝土早期开裂性能的影响

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砂率对混凝土早期开裂性能的影响0引言随着混凝土技术的发展，强度高、工作性良好的混凝土已较易制得，并在实际工程中得到越来越广泛的应用。然而，适宜于在钢筋密集、特殊形状等结构部位使用的大流动性混凝土，早期开裂与收缩问题也日益凸显，越来越受到研究者的重视。因为，绝大部分混凝土结构裂缝并非来自于承载能力不足，而是由于环境、混凝土自身水化硬化等引起的温度、湿度变化所引起，尤其是高早强要求、高水泥用量、高水泥细度、低水灰比等技术措施更加剧了这一现象。混凝土一旦开裂，便会给侵蚀性介质的深入提供通道，混凝土的抗渗性、抗碳化性能等耐久性能及抵抗钢筋锈蚀的能力等等急剧下降。因此，深入研究混凝土早期开裂与收缩性能具有重要的理论价值和实际意义。能够引起高强高性能混凝土非荷载裂缝产生的因素很多，包括水胶比、胶凝材料种类、细度和用量、骨料级配和粒径、砂率、养护条件和环境因素等。在混凝土结构建设过程中，对混凝土材料的抗裂性能进行评价尤为重要，应以其作为设计、施工与原材料选用的重要依据，从而，有效地保证结构物的耐久性能和使用寿命要求。

1对混凝土收缩变形的研究多集中于胶凝材料、水胶比、外加剂和养护措施等方面，而对占混凝土70%左右的骨料方面的研究却相对较少。骨料是混凝土的重要组成部分，砂率对混凝土工作性、尤其是对大流动性混凝土的粘聚性、保水性具有重要影响，与混凝土开裂性能也息息相关。因此，本文着重研究砂率对混凝土早期开裂性的影响。1原材料及试验方法1.1原材料与配合比试验采用P·O42.5普通硅酸盐水泥；I级粉煤灰，需水量比94.7%、细度（45μm方孔筛筛余）4.8%、烧失量2.8%；Ⅱ区中砂，细度模数2.6、含泥量1.0%、表观密度2610kg/m3，砂的筛分试验结果见表1；5～20mm连续级配碎石，针片状含量6.5%、含泥量1.7%、表观密度2700kg/m3；聚羧酸系高效减水剂，减水率25%。混凝土配合比见表2。

2   1.2试验研究方法采用平板法测试混凝土的早期抗裂性能。在平板试模置于薄钢板上，记录质量。混凝土拌合后立即浇注进试模，采用振捣棒捣实，抹平后立即用塑料薄膜覆盖，记录时间，并将钢板和试模一起放置于电子秤上，记录总质量。2h后取下塑料薄膜，在距离试模2m处对向放置两台涡轮风机，以8m/s的风速两边对吹。采用手持式显微镜观察混凝土表面，记录试件初始开裂时间、不同时间时的裂缝长度、宽度、数量及质量，直至24h为止。平均开裂面积采用式（1）计算：2试验结果与分析混凝土的塑性收缩开裂主要是由于浆体失水收缩引起，而集料对收缩开裂具有抑制作用，因此，砂浆的塑性收缩裂缝小于浆体，混凝土的塑性收缩裂缝小于砂浆。而砂率的变化，亦即粗细集料的比例发生变化，从而影响包裹粗集料表面的浆体层厚度，从而影响新拌混凝土的工作性，进而影响混凝土的塑性收缩开裂。2.1砂率对混凝土质量损失的影响

3砂率对混凝土质量损失影响的试验结果见图1。由图1可见，随砂率的增大，初裂前平均每小时的质量损失和24h龄期试验结束时的总质量损失均呈现先减小后增大的趋势；当砂率为43%时，混凝土质量损失最小。这是因为在集料总量一定的前提下，当砂率较低时，大流动性混凝土拌合物的保水性较差，易产生离析泌水，因此，混凝土的质量损失较大；随着砂率的增大，混凝土拌合物粘聚性得以改善，但砂率过高时，骨料的比表面积大幅度增加，而浆体量一定时，混凝土的流动性降低，工作性变差。2.2砂率对混凝土早期开裂的影响砂率对混凝土初始开裂时间、最大裂缝宽度、平均开裂面积、单位面积上的总开裂面积影响的试验结果见图2～图5。

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5   由图2～图5可见，随着砂率的增加，混凝土最大裂缝宽度逐渐增大，混凝土初始开裂时间先增大后减小，平均裂缝面积先减小后增大、单位面积上的总开裂面积先减小后增大；当砂率为43%时，初始开裂时间最晚、平均裂缝面积最小、单位面积上的总开裂面积最小。这是因为在集料总量一定的前提下，当砂率较低时，即粗集料用量较高时，相对较低的细集料不足以填充较高的粗集料空隙，混凝土拌合物的工作性较差，易产生离析泌水，混凝土表面的水分蒸发速率较快，蒸发量亦较高，混凝土内部相对湿度快速降低，毛细管负压增大，超过混凝土抗拉强度时，便会产生开裂，因此，表现为混凝土初始开裂时间较早，裂缝的面积以及单位面积上混凝土的总开裂面积均较大。随着砂率的增加，混凝土粘聚性保水性均有所改善，混凝土的抗裂性也增强。当砂率过大时，集料总比表面积增大，浆体量不足以满足和易性要求，对混凝土的早期抗裂性亦会产生不利影响。

63结语（1）随砂率的增大，初裂前平均每小时的质量损失和24h龄期试验结束时的总质量损失均呈现先减小后增大的趋势；当砂率为43%时，混凝土质量损失最小。（2）随着砂率的增加，混凝土最大裂缝宽度逐渐增大，混凝土初始开裂时间先增大后减小，平均裂缝面积和单位面积上的总开裂面积先减小后增大；当砂率为43%时，初始开裂时间最晚、平均裂缝面积最小、单位面积上的总开裂面积最小。