膨胀剂及养护条件对混凝土早期收缩的试验研究

摘要：采用精密仪器―非接触法混凝土收缩变形测定仪，对C40混凝土进行收缩试验。考虑膨胀剂掺量的变化及养护条件的变化对C40混凝土收缩的影响，共浇筑6组混凝土试件进行测试。根据试验数据得出：C40混凝土的早期收缩变形随着膨胀剂掺量的增加而减小；混凝土早期收缩量随时间增长较快；不同的养护条件对混凝土的早期收缩影响很大。

关键词：膨胀剂；养护条件；混凝土收缩；收缩量

中图分类号： TU522 文献标识码： A

前言

在当今土木工程中，混凝土已是用量最大的建筑材料，随着混凝土科学研究的不断进步，各种外加剂的使用和矿物掺合料的应用，使得混凝土的性能得到了很大提升。但是，混凝土的开裂问题依旧是困扰土木工程界的一大难题。大量研究表明，80%非荷载裂缝都是由收缩造成的[1]。当混凝土不受约束时，可以自由产生收缩变形，不会产生收缩应力；当混凝土收缩变形受到外约束时，混凝土的自由收缩受到限制，混凝土内部会产生收缩应力，当收缩应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现裂缝[2]。以上可见收缩是混凝土开裂最主要的影响因素，而各种外加剂的使用，使混凝土的收缩得到改善，然而，外加剂掺量的多少对混凝土的收缩有很大的影响。本文采用GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的非接触法（主要适用于测定早龄期混凝土的自由收缩变形），来进行混凝土收缩的试验，研究了在其他组分用量相同的情况下，膨胀剂掺量和养护条件的变化对混凝土早期收缩性能的影响。

1.试验目的

混凝土从浇筑到开始服役，由于混凝土收缩，在混凝土早期结构表面形成的裂缝，而矿物掺合料和外加剂的掺入使混凝土的早期收缩显著增大，导致混凝土的早期收缩开裂问题日益突出。因此，越来越多的科研人员开始重视混凝土收缩裂缝问题，而膨胀剂的掺量比例以及养护条件对混凝土的收缩变形影响很大，研究此内容具有重要意义。

2.试验方案设计

2.1试验方案

试验采用混凝土搅拌站提供的混凝土强度为C40的配比，首先浇筑标准立方体试块3组进行立方体抗压强度试验，用来验证混凝土强度满足要求。膨胀剂都是采用MPC复合纤维膨胀剂（中铝聚能），在其他组分都相同的情况下，膨胀剂的掺量比例分别为6%、8%、10%，浇筑混凝土试件6组。混凝土收缩试验采用NEL-NES非接触法混凝土收缩测定仪。测定仪原理示意图见图1所示。

图1 非接触法混凝土收缩变形测定仪原理示意图（mm）

1--试模；2―固定架；3―传感器探头；4―反射靶

NEL-NES非接触法混凝土收缩变形测定仪（如图2）是一整机一体化装置，具备自动采集和处理数据、能设定采样时间间隔等的功能。由于非接触法是带模测量混凝土的收缩，要求试模采用具有足够刚度的钢模，在试模两端通过可靠方式将反射靶固定，并采用可靠方式将传感器测头固定，使测头在测量的整个过程中与试模相对位置保持固定不变。在整个试验过程中保证反射靶能够随着混凝土收缩而同步移动。

图2 非接触法混凝土收缩变形测定仪图3 混凝土收缩变形测定试验装置

2.3试验方法

非接触法采用尺寸为100mm×100mm×515mm的棱柱体试件，混凝土浇筑后放在温度为（20±2）℃、相对湿度在（60±5%）的恒温恒湿条件下进行。当混凝土初凝时，开始测读试件左右两侧的初始读数，此后每隔1h测定试件两侧的变形读数。试验时间设定为7d，通过收缩变形测定仪对混凝土试件每隔1h记录混凝土的位移和收缩率以及对应的曲线。浇筑混凝土完成后，用收缩变形测定仪对浇筑好的混凝土试件进行固定、标定和记录。整套试验装置如图3所示。

3.混凝土收缩试验结果及其分析

3.1试验结果

A组试验在温度为（20±2）℃、相对湿度在（60±5%）的恒温恒湿条件下进行，通过每隔1h进行监测的收缩数据来绘出试件的收缩率曲线（图4）及收缩

量曲线（图5）。

图4 A组收缩率曲线对比图5 A组收缩量曲线对比

B组试验在温度为（25±2）℃、相对湿度在（40±5%）的条件下进行，通过每隔1h进行监测的收缩数据来绘出混凝土试件的收缩率曲线（图6）及收缩量曲线（图7）。

图6 B组收缩率曲线对比 图7 B组收缩量曲线对比

3.2试验结果分析

3.2.1 膨胀剂掺量变化

由图4-7收缩率与收缩量曲线对比中可以看出，膨胀剂的掺量对混凝土早期的收缩变形影响很大，除了B组试验中6%膨胀剂掺量的混凝土收缩由于偶然因素导致收缩变形有些反常外，其余比例膨胀剂掺量的混凝土收缩率以及收缩量曲线趋势大致相同。即混凝土试件早期的收缩变形受膨胀剂掺量的影响很大，随着膨胀剂掺量的增加，混凝土试件早期的收缩变形减小。在收缩测定仪的监测周期内，混凝土早期收缩也随着时间呈现一定的规律性。两组试验都呈现的趋势是：在0-12h内收缩率变化都是上升的趋势；12-36h内收缩率呈现下降的趋势，并甚至有减低至零；在36-48h上下小幅度波动之后，收缩率开始回升，但总的趋势是在试验周期7d内收缩率随着时间的增长而增加，并增长较快。而混凝土试件早期收缩量的变化随时间整体呈现上升的趋势：在0-48h内上升的比较缓慢，之后上升的幅度加大。

3.2.2 养护条件变化

A组是在规范规定的恒温恒湿条件下进行试验，而B组试验则是在温度为（25±2）℃、相对湿度在（40±5%）的条件下进行，A、B两组试验的试验条件不同，由测定仪监测的收缩数据也有很大的差距。图5与图7收缩量曲线中可以看出B组试验的收缩量比A组收缩量数值上多了一个数量级，造成混凝土收缩量急剧增加。并由于温湿度的原因，造成混凝土的早期收缩（特别是6%膨胀剂掺量的前期收缩）出现很大的误差，但是混凝土的收缩量随膨胀剂掺量的增加而减小的整体趋势还是存在的。

4.结论

（1）混凝土早期收缩变形受膨胀剂掺量影响比较大，随着膨胀剂掺量的增加，混凝土早期收缩变形减小。

（2）混凝土早期收缩率随时间呈现一定的规律性，大致趋势是在前两天内收缩率先增加后减小，而后逐渐回增，但总的趋势是在试验周期7d内收缩率随着时间增长而增加，并增长较快。混凝土收缩量随时间呈现快速增长的趋势。

（3）混凝土的收缩变形受养护条件影响很大，在温度（25±2）℃、相对湿度（40±5%）条件下测得混凝土收缩量比在规范规定的温度（20±2）℃、相对湿度（60±5%）条件下的测得的多一个数量级，但混凝土收缩量随膨胀剂掺量的增加而减小的整体趋势还是存在的。建议在测定混凝土收缩时按规范规定的恒温恒湿的养护条件下进行，否则产生误差很大。

参考文献：

[1] 冯仲伟，李林香，谢永江.混凝土收缩性能的若干问题研究[J].混凝土，2012(4):27-30.

[2] 王永平，王铁成.混凝土收缩试验研究.天津大学硕士学位论文，2010.

[3] 马丽媛，姚燕.高强混凝土收缩开裂的研究.中国建筑材料科学研究院硕士学位论文，2001.

[4] 尤启俊，何孟浩.外加剂对混凝土收缩抗裂性能的影响[J].混凝土，2006，(9):32-33.

[5] 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，2005.