养护剂对道路混凝土早期开裂的影响.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 1 O期 (总 第 2 7 6 期 ) Nmn b c r 1 0 i n 2 0 1 2 ( T o ml No 2 7 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHNoLoGY d o i : 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 1 0 0 3 9 养护剂对道路混凝土早期开裂的影响 张艳聪 ,高玲玲 z ,田波 s ,申俊敏 ( 1 山西省交通科学研究院 黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室 ,山西 太原 0 3 0 0 0 6 ; 2 山西水利职业技术
2、学院,山西 运城 0 4 4 0 0 4 ;3 交通运输部公路科学研究院,北京 1 0 0 0 8 8 ) 摘要: 针对道路混凝土早期开裂现象, 设计蒸发率、 早期开裂试验对 3 种养生剂进行比较 , 研究养生剂对混凝土硬化阶段水分散失和 早期裂缝形成的影响。 研究表明: 养生剂对混凝土不但起到了保湿作用, 还缩短了其水分散失的时间进程, 对混凝土裂缝的数量、 长度和 宽度均有明显的抑制作用。 关键词 : 道路工程 ;道路 混凝土 ;蒸发率 ;开裂 ;养生剂 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 2 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 O ( 2 O 1 2 ) l
3、 0 0 1 2 4 0 4 Effec t o f cu r i ng a ge nt s on e ar l y c r ac k i ng o f r o ad c on c r e t e ZHANG Yan - c o n g , GAOLi n g- l in g , T I AN Bo3 , S HE N J u n - mi n ( 1 S h a n x i P r o v i n c i a l R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Co mmu n i c a t i o n , K e y L a hnmt o r y o f C
4、o n s t r u c t i o n a n d Ma int e n a n c e i n L o e s s Re g i o n , T a iy u a n 0 3 0 0 0 6 , Ch i n a ; 2 S h a n x i C o n s e r v a n c y T e c h n i c a l C o l l e g e , Y u n c h e n g 0 4 4 0 0 4 , C h i n a ; 3 R e s e a r c hI n s t i tut e o f Hi g h wa y , Mi n i s t r y o f T r a
5、n s p o r t , Be ij in g , 1 0 0 0 8 8 , C h ina ) Abs t r a c t : F o r t h e p he n o me no n t h a t r o a d c o n c r e t e e a r l y c r a c k i ng, e v a p o r a t i o n r a t e and e arl y c r a c k i n g t e s t ing wa s d o n e t o c o mpa r e the d i ffe r e n t be t we en thr e e c u r i
6、n g a g en t s b y t h e i n flu e n c e t o wa t e r l o s s a n d c r a c k f o r ma tio n S tud i e s h a v e s ho wn t h a t : c u r i ng a g en t n o t o n l y p l a y e d a r o l e tha t mo i s t u r i z e r , b u t a l s o s h o r t e n e d t h e t i me o f i t s wa t e r l o s s Th e n, t h
7、e q u a n ti t y l e n g t h and wi d t h o f c o n c r ete c mc k s we r e s i g n i f i c an t l y i n h i bi t e d b e c a u s e o f i n c r e a s ing the a mo un t o f c ur i n g a g e n t Ke y wor ds : r o a d e n g i n e e r i n g; r o ad c o n c r e t e; e v a p o r a t i o n r a t e; cra c k
8、ing; c u r i ng a g e n t 0 引言 混凝土路面板为大面积薄板结构 , 表面水分容易蒸发产生 塑性收缩和干缩开裂。 道路混凝土早期裂缝的产生是混凝土的 变形在自身及外界诸多因素作用下受到限制的结果。 自由变形 条件下, 收缩没有受到约束 , 混凝土不产生拉应力, 出现早期开 裂的机率甚小。 而实际工程中, 面板混凝土总受到源 自基层和混 凝土 自身的约束, 使得内部产生拉应力 , 当此拉应力超过极限 抗拉强度时将会导致混凝土出现裂缝。 目前, 对道路混凝土早期开裂的研究主要基于混凝土的收 缩【 _ 2 。 为了直观了解混凝土板早期开裂的发生和发展, 深入探 索其开裂的本
9、质和机理, 本研究通过蒸发率试验、 开裂试验量 测混凝土内部湿度 、 湿度的早期变形规律, 研究混凝土的早期 裂缝的发生和发展, 并选择多种养护剂, 比较了其在道路混凝土 强度形成初期的优劣, 为减少道路混凝土开裂提供实用建议。 1 道路混凝土的早期开裂 混凝土的早期开裂主要包括早期塑性开裂、 干缩开裂和温 缩开裂。 1 1 道路混凝土的早期开裂机理 混凝土初凝后至终凝前处于塑性阶段, 尚未完全硬化, 但发 生的变形 已没有触变性和复原性, 塑性变形受到约束产生的约 束应力超过塑性混凝土的屈服强度时, 混凝土就会开裂。 硬化混凝土, 可采用伯格斯模型阱 描述, 其本构方程如式( 1 ) 所示
10、: 什 ( + 警 卜器 式中: r 、 、 ” 剪切应力、 剪应力率及加应力率; 、y ” 剪切变形率及加变形率; 饥、 叼 厂一 水泥浆黏度和混凝土黏度系数; G 、 G : 水泥浆和混凝土的剪切模量 ; 混合料屈服剪应力。 混凝土振动液化过程中, 不同密度的颗粒运动速度不同, 粗 集料下沉, 水泥浆和水分上浮。 混凝土表面的水分蒸发率大于析 水率时, 毛细管中形成凹液面, 产生毛细管应力。 水分蒸发产生 的毛细管应力大于混凝土塑性抗拉强度时, 混凝土将产生塑性 收缩 开裂 。 1 2 道路混凝土早期开裂的影响 因素 影响道路混凝土早期开裂的因素嗍 主要有: 混凝土水灰比、 表面析水率及蒸
11、发率、 外加剂和掺合料。 研究表明 : 随水灰比的增大, 混凝土表面析水率增大; 随 水泥比表面积的增大, 混凝土表面析水率降低 , 比表面积越大 , 水泥水化速度越快, 结合水量越多, 从而会增大黏度系数, 降低 表面析水率。 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 4 1 8 基金项 目:山西省交通建设科技项 目( 1 1 - 2 1 9) ; 西部交通建设科技项 目( 2 0 0 7 3 1 8 2 2 3 0 1 L 7 ) 1 2 4 掺加外加剂的混凝土析水率取决于黏度系数降低和水灰 比降低相互竞争的结果。 如果黏度系数降低不多, 水灰比降低较 多, 则析水率减少 ; 如果黏度系数降低
12、较多 , 水灰比降低较少, 则析水率增大。 混凝土温缩开裂主要受混凝土热物理特性、 水泥水化放热、 混凝土的弹性性质和破坏强度控制。 采用水化热较低的水泥, 或减少水泥用量, 从而降低早期温度梯度, 混凝土抵抗温度收 缩开裂能力就越强; 混凝土吸水率越高, 潮湿状态下热变形系 数越大, 抵抗温度变形开裂能力会降低。 2 道路 混凝土蒸发率的测定 为深入了解道路混凝土硬化阶段内部水分散失情况 , 设计 蒸发率试验测定道路混凝土内部水分散失随时间的变化过程。 2 1 原材料 ( 1 ) 水泥: 选用质量稳定的北京产拉法基 P- 0 4 2 5 级水泥, 其物理一 力学性能指标如表 1 所示 , 满
13、足 GB 1 7 5 1 9 9 9 硅酸 盐水泥、 普通硅酸盐水泥 的质量要求。 表 1 水泥的性能指标 细度 凝结 时间 mm 抗压强度 M a a 抗折强度 MP a ( m2 &g ) 初凝 终凝 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 安定性 ( 煮沸法 ) 3 5 0 1 8 0 2 7 5 3 0 6 5 2 8 6 1 9 0 合格 ( 2 ) 细集料: 选用秦皇岛河砂 , 属 区中砂 , 细度模数为 2 8 , 表观密度为 2 6 0 0 k g m3 。 ( 3 ) 粗集料 : 选用北京西田阳石杨石子, 级配合理, 表观密 度为: 2 8 3 k g m , 堆积密度为 1
14、 6 0k g m3 。 ( 4 ) 水 : 选用北京地区的自来水。 ( 5 ) 养护剂 : 试验选用 3 种养护剂, 性能指标如表 2所示。 表 2 性能指标 类别有效质性状 ( ) 干燥时 不大于 2 2 蒸发率试验装置及方法 为保证试验的准确性 ,蒸发率试验在恒温恒湿环境下进 行, 分 3组分别比较 3种不同养护剂养生的试件的蒸发率随时 间的变化情况。 表 3混凝土 配合 比 试验按照表 3 所示配合比拌和混凝土, 然后将拌和好的混 凝土添加到 2 5 0 mmx 4 0 0 mmx 5 0 to n i 的长方体托盘内, 振动抹 平后, 将混凝土连同托盘放置在特定环境( 温度为( 2
15、0 0 5 ), 湿度为( 6 0 1 ) ) 下的电子天平上( 感量不大于 1 g ) , 试验设备 如图 1 所示 。 第一组, 将拌和好的混凝土分别装入 2个托盘, 振动抹平 后, 第 1 个托盘的混凝土不做任何处理 , 记为 K B 1 , 直接置于 电子称上进行试验, 第 2 个托盘的混凝土喷洒德国养护剂, 记为 D G, 喷洒剂量为 0 2 5 k g m 2 ; 第二组采用美国无色养护剂, 2个 托盘分别记为 K B 2 、 WS ; 第三组采用美国白色养护剂, 2个托盘 分别 记为 KB 一 3 、 B S 。 图 1 蒸发率试验 为保证 同组试验具有可比性, 试验规定 , 从
16、拌和混凝土加 水至将装好的混凝土放到电子称上的时间需保证在 7 min左右。 7 mi n后开始记录混凝土的质量, 每隔 1 5 mi n记录一次, 直至质 量不再损失 , 试验规定连续 1 h内, 质量损失小于 2 g即认为质 量不再损失。 2 3 蒸发率试验结果及分析 按照 2 1 节试验要求进行试验 , 3组试件的蒸发率分别如 图 2所示。 O_ 4 0 3 。 一 2 。 。 一 0 1 0 4 0 3 目 0 2 。 1 。 一0 1 0- 3 5 0 3 0 t 02 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 05 椭0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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