起始养护时间对混凝土早期收缩的影响

1．引 言

      现浇混凝土结构中早期开裂是当前工程中一个普遍问题. 早期微裂缝在很大程度上将成为后期宏观裂缝的源头，危害结构耐久性甚至安全性. 近年来，对混凝土早期收缩裂缝的成因和控制研究开展了大量研究^[1,2,3]，分别从设计、材料、施工和管理各方面提出很多措施，如增设构造措施、掺膨胀剂和纤维、掺减缩剂等等，但裂缝问题并没有从根本上得到有效遏制.

      洒水养护，对不掺减水剂的传统普通混凝土来说，其主要目的是使水泥充分水化，保证混凝土强度发展，因此我国混凝土结构工程施工质量验收规范^[4]规定的起始养护时间是混凝土浇筑后12h以内. 但对掺减水剂的现代普通混凝土，实际工程中最大量的板梁裂缝主要在混凝土初凝后的数小时内产生，如果继续执行这一条款，即等到12h再洒水养护，则可能失去对早期收缩裂缝的抑制作用.

      另一个重要的问题是，我国混凝土收缩和减水剂的收缩率比是根据《混凝土耐久性和长期力学性能试验方法》（GBJ82）方法，在等坍落度条件下测定的. 该试验方法对混凝土3d之内的早期收缩无法反映，对以往不掺外加剂的普通混凝土而言，由于早期收缩较小，对总收缩的影响并不太大，但对掺减水剂的混凝土，特别是对泵送法施工和低水胶比的高强高性能混凝土来说，早期收缩的影响可能非常显著. 因此，由于规范未考虑早期3d之内的收缩，有可能在很大程度上弱化了化学外加剂对收缩的影响程度.

      本文在参考国内外相关资料^[5,6]的基础上，通过设计的一套早期收缩试验装置，研究探讨了掺减水剂混凝土不同养护起始时间的早期收缩，以定量阐明早期养护对减小收缩和抑制早期裂缝的重要性，并阐明减水剂不仅增大后期收缩，更重要的是极大地增加早期收缩.

2．原材料和配合比

2.1原材料

水　泥:浙江新都水泥有限公司生产的新都P.O.42.5级；

细集料:Ⅱ级河砂,细度模数为2.6；

粗集料:碎石,最大粒径31.5mm；

减水剂:浙江吉龙化学建材有限公司生产的FDN粉剂，掺量0.75%.

2.2试验配合比

试验用混凝土配合比见表1.

表1　　混凝土配合比

                                          Table 1 Mixture ratio of concrete

3．试验方法

3.1早期收缩的测量方法

      混凝土早期收缩的测量装置见图1. 该装置参考了国内外测量早期收缩的试验设备^[2，3]，由混凝土试模、位移传感器、数据转接器和记录系统组成. 位移传感器采用的是成都成量工具有限公司生产的容栅式电子数显千分表，分辨力0.001mm. 测量时，试件的端头与固定在试模上的千分表接触，千分表获得的数据通过32通道的SZ-DA数据转接器存储于PC机。

3.2试件的成型与养护

      在试模底部及四周预先衬一层3㎜厚的特富纶板，再用润滑剂粘贴一层塑料薄膜，以减小测量时的摩擦阻力，并为试件密封作准备. 然后将混凝土分两次装入试模，振捣密实，盖上塑料薄膜，即刻移入养护室[(20±1)℃，(45±5)%]内. 初凝前抽去试件四周的特富纶板，使其与模壁脱离，装表测量. 成型的试件尺寸为100mm×100mm×500mm. 试件采用塑料薄膜密封养护或者敞开养护。密封养护是指试件采用3层塑料薄膜包裹；敞开养护指从初凝开始上表面敞开，而四周则仍然以塑料薄膜包裹. 基准混凝土与掺减水剂混凝土各成型6组试件，每组3块，均以敞开养护试件作为基准，其它5组分别从初凝、初凝后2h、4h、8h、12h开始密封养护. 不同起始养护试件的编号见表2.

表2　各组试件的起始养护时间

Table 2 The beginning curing time of samples

3.3凝结时间

凝结时间按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080)方法进行.

4．试验结果与分析

4.1 不掺减水剂的混凝土早期收缩

      不掺减水剂混凝土不同起始养护时间的收缩试验结果见图2. 试验结果表明，对不掺减水剂的混凝土，无论是始终敞开或全程密封养护，其总的变形均很小. 从0h、2h和4h开始密封养护的试件均有较大的膨胀量，3d内一直处于膨胀状态. 这可能与水化温度变形和凝结在薄膜内侧的水重新被混凝土吸收产生湿胀有关^[7]. 敞开养护和从8h、12h开始密封养护的试件虽然在4h后开始收缩，但3d的变形量仍然小于70×10^-6m/m. 因此，对不掺减水剂的混凝土，由于早期收缩很小，如果单从抑制收缩的角度考虑，并不需要在早期采取特别的养护措施.

      图3、图4和图5分别是水灰比为0.50、0.40和0.32掺减水剂混凝土，在不同起始养护时间下从初凝开始的收缩. 试验结果表明，不同水灰比混凝土的收缩规律几乎相同，只是早期收缩值随着水灰比的下降而增大. 以敞开养护试件为例，水灰比为0.50、0.40和0.32的混凝土24h收缩分别为560×10^-6m/m、735×10^-6m/m和865×10^-6m/m. 一个最显著的特点是，对初凝后未能及时密封养护的掺减水剂混凝土，8h以内的收缩急剧增加，随后的收缩增加速率趋缓.

      如果从初凝开始即保持良好的密封养护，掺减水剂的混凝土早期收缩很小. 水灰比为0.50时，72h内的收缩几乎为零，即使水灰比下降到0.32，总收缩也只有114×10^-6m/m.

      若初凝后2h再开始密封养护，则收缩急剧增大. 但水灰比为0.50时，总收缩并不大，72h的收缩率不足100×10^-6m/m. 而当水灰比下降到0.32时，8h的收缩就高达290×10^-6m/m，完全有可能导致混凝土开裂. 因此，对低水灰比的混凝土，初凝后立即开始养护是必要的.

      初凝后4h再开始养护，收缩进一步增大，此时，即使水灰比为0.50的混凝土，8h收缩也达到300×10^-6m/m以上. 如果初凝后8h才开始养护，从早期收缩来看，与不养护几乎没有差异. 水灰比为0.50、0.40和0.32的混凝土8h收缩率分别达到518×10^-6m/m、682×10^-6m/m和770×10^-6m/m. 这一收缩值远远大于混凝土的开裂极限.

      因此，从初凝开始养护，对于抑制掺减水剂混凝土的早期收缩，有着至关重要的作用，特别是对水灰比较小的高强混凝土，从初凝之前开始及时养护是控制混凝土早期收缩裂缝的最关键措施. 如果养护迟于初凝后8h，有可能失去任何养护效果.

图3　掺减水剂混凝土不同起始养护时间的早期收缩(W/C=0.50)

图4　掺减水剂混凝土不同起始养护时间的早期收缩(W/C=0.40)

       表明，当起始养护时间 ＜8h时，早期收缩随 的增加快速增大，图6是水灰比0.32时的早期收缩试验结果与拟合曲线，相关系数为0.975.

图6　水灰比为0.32时的混凝土早期收缩与起始养护时间的关系

4.3　早期养护停止后混凝土后的收缩变形

      密封试件养护至3d，拆除表面薄膜，与基准试件JSC和SSC放置在同一养护室中. 试验结果表明，起始养护龄期越早，后续4d的收缩率相对增加越大，但由于此时收缩的总量较小，因此只要试件早期采取过养护措施，后续4d的收缩值都是相近的. 图7、图8是两组典型的试验曲线. 对不掺减水剂的混凝土，即使早期没有密封养护，7d的收缩值也仅100×10^-6m/m左右，开裂风险较小. 而掺减水剂的混凝土，初凝后8h内的收缩在7d总收缩中处于支配地位，因此，早期应及时采取合理的养护措施，以有效降低收缩，减少开裂风险.

5.      结 论

(1)　对不掺减水剂的混凝土，由于早期收缩很小，起始养护时间对早期开裂的影响较小，单从抑制收缩的角度来考虑，并不需要采取特别的养护措施. 但对掺减水剂的混凝土，起始养护时间对早期收缩的影响十分显著，特别是初凝后的8h，是收缩的急剧增加期，若根据现行规范在浇筑后12h才开始养护，有可能失去最佳养护时间.

(2)　对掺减水剂的混凝土，由于初凝后8h内的收缩急剧增加，因此，不同起始养护时间对混凝土的早期收缩影响十分显著. 特别是对水灰比较小的高强混凝土，即使仅仅推迟2h，均有可能导致混凝土的早期开裂. 若初凝后8h才开始养护，从早期收缩裂缝的控制来说，将失去任何作用. 因此，必须在混凝土初凝之前开始养护.

(3)　对掺减水剂的混凝土，即使水灰比为0.50的混凝土，初凝后8h内的收缩值可达到500×10^-6m/m以上，远远超过混凝土的开裂极限，且这一收缩值随水灰比的减小急剧增大. 而通过及时的早期养护，可使收缩值减小到开裂极限以内. 因此，对掺减水剂的混凝土，起始养护时间的绝对强调是控制早期收缩裂缝的关键.