路用水泥混凝土塑性收缩的研究

路用水泥混凝土塑性收缩的研究摘要：采用平板法，通过固定水泥用量、固定水灰比条件下，定量测试了路用混凝土的水分蒸发速度、最大裂缝宽度、总开裂面积等早期塑性收缩指标。结果显示：水灰比和水泥用量对混凝土塑性收缩有很大的影响；裂缝总长度、裂缝最大宽度、裂缝总面积随水灰比的增大而减小，而随着水泥用量的增大而增大。关键词：水泥混凝土；塑性收缩；裂缝总长度；裂缝最大宽度；总裂缝面积ResearchonPlasticShrinkageofCementConcretePave-mentXXX1（1.KeyLaboratoryforspecialAreaHighwayEngineeringofMinistryofEducation,Chang’anUni-versity，Xi’an710064,Shangxi,China）Abstract:UsingtheslabmethodfixedthequalityofcementangW/C,therateofwaterevapo-ration,themaxcrackwidth,totalcrackareaaremeasuredinthispaper.ResultsshowedthattheparametersofplasticshrinkageareevidentlyaffectedbyW/Candcementcontent.Thetotalcracklength,maxcrackwidthandtotalcrackareaarereducedwiththeincreaseofW/C,buttheyareincreasedwiththeincreaseofcementcotent.Keywords:cementconcrete;plasticshrinkage;totalcracklength;maxcrackwidth;totalcrackarea1.前言塑性收缩是发生在水泥浆、砂浆、灰浆或者混凝土凝结前的收缩。塑性收缩产生的原因主要有毛细管压力、塑性沉降、早期化学收缩和自收缩等，其中以毛细管压力作用为主。塑性收缩裂缝的产生，不仅影响路面的外观，更重要的是影响路面的安全性和使用寿命。本文采用平板法测试路用混凝土的早期塑性收缩，参照ASTM标准的测试方法，对裂缝最大宽度、水分蒸发速度、开裂总面积等参数进行测试，主要研究水泥用量、水灰比对路面混凝土塑性收缩的影响。2.实验方法及原材料2.1实验方案试验分为两个部分：第一部分，固定单方水泥用量为340的条件下，通过改变用水量来调整水灰比（0.36～0.44），研究水灰比对塑性收缩的影响。第二部分，在固定水灰比为0.40的条件下，研究水泥用量（310～430）对塑性收缩的影响。试验方案见表2.1所示：表2.1实验方案第一部分第二部分试验编号水泥用量/（(kg/m3）水灰比试验编号水灰比水泥用量/（(kg/m3）13400.3610.4031020.38235030.42339040.4444302.2原材料2.2.1水泥选秦岭牌普通硅酸盐42.5R水泥，其具体技术指标见表2.2所示：表2.2水泥的物理性能及力学性能强度等级安定性抗压强度(MPa)抗折强度（MPa）凝结时间（min）表观密度（g/cm3）3d28d3d28d初凝终凝42.5合格29.849.76.28.11441833.122.2.2集料（1）粗集料粗集料为石灰石碎石（粒径5～20mm），其中粒径5～10mm的碎石占粗集料总量的25%，10～20mm的碎石占粗集料总量的75%。粗集料技术性质见表2.3所示：表2.3粗集料技术性质产地表观密度（g/cm3）压碎值（％）针片状（％）坚固性（％）含泥量（％）吸水率（％）陕西泾阳2.8114.76.34.10.10.3（2）细集料采用技术性质良好的河砂，其技术性质见表2.4所示：表2.4细集料技术性质规格细度模数表观密度（g/cm3）含泥量（%）泥块含量（%）中砂2.42.660.503.塑性收缩的评价指标3.1测试方法目前，用于测定塑性收缩试验裂缝的方法主要有平板法、棱柱体法、圆环法。本文参照ASTM标准的测试方法，采用平板法测试路用混凝土的早期塑性收缩。平板法最大的优点就是能形象的反映出混凝土裂缝随龄期的发展变化。试件采用600mm×600mm×63mm带端部约束的正方形板，每条边用15根螺栓钢柱端部约束，如图3.1所示，试件浇筑完成后置于标准养护室并用薄膜覆盖加以养护。2h后拆塑料膜置于环境箱内进行试验，控制环境箱温度为30℃，相对湿度60%，风速8m/s，观测初始开裂的龄期、裂纹数、裂纹的长度和平均宽度。图3.1平板式混凝土塑性收缩测试方法示意图3.2评价指标本文采用平均开裂面积、裂缝总长度、总开裂面积、裂缝最大宽度4个参数来定量描述路用混凝土的塑性收缩裂缝，前两个参数的计算方法如下：3.2.1平均开裂面积平均开裂面积可以按照下式进行计算：（mm2）式中：Wi为第i条裂缝的最大宽度，mm；Li为第i条裂缝的最大宽度，mm；N为试件面积内的裂缝数。3.2.2总开裂面积总开裂面积计算公式：（mm2）式中，a、N分别为平均开裂面积和总开裂条数。4.试验结果及分析4.1水泥用量对塑性收缩的影响在固定混凝土水灰比及其他组分相同的情况下，不同水泥用量对塑性收缩裂缝参数的试验结果见表4.1及图4.1-图4.2所示。当水灰比不变时，早期混凝土内的水分蒸发速率、裂缝最大宽度、裂缝总长度和裂缝总开裂面积都随着水泥用量的增加而增大。这是由于随着水泥用量的增加，使混凝土内部干燥速度加快而引起毛细管水压力的进一步加大；另外单位水泥用量的增加会导致集料体积减小，集料与集料之间的浆体过渡层厚度变大，水分蒸发的通道更为通畅，因此混凝土水分蒸发速度加快，毛细管水压力也变大，最终使混凝土的塑性收缩开裂加重。因此应该严格控制水泥用量，使其在合适的范围内，有利于减小路面的开裂。表4.1固定水灰比、不同水泥用量条件下塑性收缩参数测试试验编号水泥用量/（(kg/m3）水分蒸发速率［kg/(m2·h)］裂缝最大宽度/mm裂缝总长度/（mm·m-2）裂缝总开裂面积（mm2·m-2）13100.3350.2471361.423500.4870.481389143.533900.5170.521570156.644300.5790.782314231.8图4.1不同水泥用量条件下裂缝总长度图4.2不同水泥用量条件下总开裂面积4.2水灰比对塑性收缩的影响在固定混凝土水泥用量及其他组分相同的情况下，不同水灰比对塑性收缩裂缝参数的试验结果见表4.2及图4.3-图4.4所示。随着水灰比的变化，裂缝最大宽度、裂缝总长度、裂缝总面积随之变化。水灰比越小，开裂条数越多，总开裂长度越大，总开裂面积也越大。因为水灰比越小，混凝土中自由水越少，同时混凝土结构致密度增加，，这样有混凝土内部向表面蒸发散失的自由水量就越缺乏，从而使混凝土表面开裂越严重。随着水灰比的增大，用于蒸发的自由水增多，毛细管压力发展缓慢，使混凝土的裂缝面积减小。因此，较高的水灰比有利于减小混凝土的塑性收缩裂缝总开裂面积。表4.2固定水泥用量、不水灰比条件下塑性收缩参数测试试验编号水灰比水分蒸发速率［kg/(m2·h)］裂缝最大宽度/mm裂缝总长度/（mm·m-2）裂缝总开裂面积（mm2·m-2）10.360.3040.822706260.520.380.3420.762518242.730.400.4080.682142188.340.420.4340.421428130.4图4.3不同水灰比条件下裂缝总长度图4.4不同水灰比条件下总开裂面积试验中还发现，若在取下塑料薄膜时，对混凝土再次进行抹面，则该组混凝土始终不发生裂缝，因此浇注2h后再次抹面可以很好的改善其抗裂性能。5.结论（1）采用ASTM推荐的平板法，结合图像分析技术技术，通过塑性收缩参数可以较好的评价路用混凝土的塑性收缩性能。（2）裂缝最大宽度、总长度、裂缝总开裂面积随着水泥用量的增加而增大，而随着水灰比的增大而减小。（3）路用水泥混凝土的塑性收缩裂缝主要发生在早期，因此在早期就应该采取措施控制裂缝，若在浇注2h后再次抹面可以很好的改善其抗裂性能。参考文献：References:[1]QiChenqing.QuantitativeassessmentofplasticshrinkagecrakinganditsimpactontheCorrosionofsteelreinforcement［D］．PurdueUniversity.2008．[2]ASTMC1579-06Standardtestmethodforevaluatingplasticshrinkagecrackingofrestrainedfiberrein-forcedconcrete[S].ASTMCommitteeonStangards,Conshohockedn.PA.2000.[3]F.H.Wittmann,ontheActionofCapillaryPressure[J].CCR,1976,(6);49-56.[4]王善民，衣书正，杨琴，等．水泥用量及水灰比对路用水泥混凝土塑性收缩的影响［J］．交通科技，2008，21（231）：12-15[5]杨长辉，王川，吴芳，等．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）：33-36[6]吴中伟，严慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999.[7]申爱琴.水泥与水泥混凝土[M].北京：人民交通出版社，2000.4[8]JTGE42-2005，公路工程集料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2005