提升UHPC早期抗裂性能试验研究_陈光伟.pdf

第 19 卷 第 94 期 交 通 节 能 与 环 保 Vol.19 No.2 2023 年 04 月 Transport Energy Conservation Environmental Protection April.2023 doi:10.3969/j.issn.1673-6478.2023.02.029 提升 UHPC 早期抗裂性能试验研究 陈光伟 1，刘龙龙2，马千越1，王少鹏2，赵尚传2（1.江苏省交通工程建设局 江苏 南京 210004；2.交通运输部公路科学研究所 北京 100088）摘要：为解决 UHPC 易开裂的问题，本研究进行了不同掺量微膨胀材料的凝结时间、收缩试验和不同养护方法的抗裂能力试验，研究了微膨胀材料掺量对凝结时间、收缩率，以及不同的养护方法对混凝土抗裂能力的影响。试验结果表明：随着微膨胀材料快硬水泥掺量的增加，混凝土的凝结时间和收缩率均呈现减小的趋势；对比喷雾养护和土工布湿喷养护对 UHPC 浇筑板材的影响，土工布湿喷养护对 UHPC 抗裂更有利。综合考虑微膨胀材料对 UHPC 材料硬化时间和收缩的影响，以及不同养护手段对混凝土抗裂能力的影响，选择微膨胀材料掺量为 15%和土工布湿喷养护对 UHPC 抗裂最有利。关键词：抗裂；微膨胀；凝结时间；收缩；土工布 中图分类号：U416.216 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2023）02-0160-05 Experiment on Crack Resistance Properties of UHPC CHEN Guangwei1,LIU Longlong2,MA Qianyue1,WANG Shaopeng2,ZHAO Shangchuan2(1.Jiangsu Traffic Engineering Construction Bureau,Nanjing Jiangsu 210004,China;2.Research Institute of Highway,Ministry of Transport,Beijing 100088,China)Abstract:To solve the problem that UHPC is easy to crack,the setting time and shrinkage test of different micro-expansion materials and the crack resistance test with varying curing methods were studied.The effects of micro-expansion material content on setting time,shrinkage rate and different curing methods on the crack resistance of concrete were studied.The test results show that the setting time and shrinkage rate of concrete decrease with the increase of the content of micro-expansive material.Comparing the effects of spray curing and geotextile spray curing on UHPC pouring plate,geotextile spray curing is more favourable for UHPC crack resistance.Considering the influence of micro-expansive materials on the hardening time and shrinkage of UHPC materials,besides the impact of different curing methods on the crack resistance of concrete,the micro-expansive material content of 15%and geotextile wet spray curing are selected for UHPC crack resistance.Key words:crack resistance;micro-expansion;setting time;shrinkage;geotextile 0 引言 超高强混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）材料强度高，在水胶比极低的条件下，为保 收稿日期：2022-12-06 作者简介：陈光伟（1971-），男，安徽萧县人，博士，正高级工程师，从事高速公路建设及技术管理工作.（）通信作者：刘龙龙（1988-），男，河南许昌人，博士，助理研究员/博士后，从事混凝土材料耐久性研究.（）证其良好的工作性能和力学性能，需要掺入矿物掺和料粉煤灰、硅灰进行调节1-3。保证 UHPC 强度高的同时，水泥、粉煤灰、硅灰等材料也会增加 UHPC的收缩，尤其是 UHPC 的塑性收缩和干燥收缩4-7，第 2 期 陈光伟等，提升 UHPC 早期抗裂性能试验研究 161 增加了材料开裂的风险。为解决混凝土材料收缩大的问题，国内外学者提出在混凝土内部进行养护和混凝土外部养护的方法，内养护就是用一些预先吸水的材料（称为混凝土内养护剂），在混凝土内部形成小型“蓄水库”，随着水泥水化，在混凝土内部出现湿度梯度及毛细孔负压时，内养护剂释放水分来抑制混凝土自收缩的发展。目前的内养护剂主要有无机多孔内养护剂和高吸水性树脂（SAP）两类，但是这两种内养护剂的吸水倍率大，释水后会在 UHPC 材料内部形成较大的孔隙，对强度产生不利影响7-13。因此，对比传统的混凝土表面保湿养护和混凝土内部释放水的养护方式，内部养护方式改变了混凝土材料的内部结构，对其材料性能有较大影响，有必要改进传统的保湿方式，来提高 UHPC 材料的抗裂能力。本文主要从材料以及养护方法两个方面解决UHPC易开裂的问题，针对UHPC材料硬化后收缩大的问题，通过试验研究微膨胀材料在超高性能混凝土中的膨胀效果，对比微膨胀材料掺量对超高性能混凝土收缩的影响，确定最优膨胀材料掺量；通过在 UHPC 表面覆盖薄膜、喷洒养护剂等措施减小收缩，提高其抗裂能力，确定合适的养护方法。1 试验原材料与方法 1.1 原材料 快硬水泥选用CSA42.5硫铝酸盐水泥，作为微膨胀材料使用。硅酸盐水泥为诸城市九七建材有限公司生产的PO52.5硅酸盐水泥，具体的配合比见表1。土工布由河北盛元土工材料厂生产，由高密度聚乙烯材料制成。表 1 混凝土配合比 Tab.1 Mix proportion of concrete 试件 编号 原材料种类及用量/kg 胶凝材料 骨料/mm 水 纤 维 减 水 剂 消 泡 剂 PO52.5 快硬 硅灰 粉煤灰 02.36 8-15-1 640 157 65 185 1 151 190 0.9%2.4%0.10%8-20-1 587.5 209.5 65 185 1 151 190 0.9%2.4%0.10%8-25-1 535 262 65 185 1 151 190 0.9%2.4%0.10%8-30-1 483 314 65 185 1 151 190 0.9%2.4%0.10%1.2 试验方法 1.2.1 凝结时间 凝结时间参照水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB/T 13462001），快硬硫铝酸盐水泥（JC 9332003），测试不同快硬水泥掺量对喷射混凝土凝结时间的影响。1.2.2 收缩试验 收缩试验采用尺寸为 100mm 100mm 515mm的棱柱体试件 ，采用立式混凝土收缩仪，试件一端中心预埋测头，见图 1。（a）螺栓（b）测头 图 1 立式收缩试验用测头 Fig.1 Probe for vertical shrinkage test （a）试件（b）千分表读数 图 2 收缩试验试件和千分表 Fig.2 Dial gauge and concrete specimen in the shrinkage test 试件测头的另外一端采用 M20mm 35mm 的螺栓（螺纹通长），立式混凝土收缩仪底座固定，螺栓和测头预埋进混凝土试件。浇筑后的混凝土试件养护温度为 20 2，养护环境的湿度需要维持在95%以上。混凝土试件养护到期以后，收缩试验应在室内进行，室温保持在 20 2，相对湿度应保持在 60%5%。混凝土收缩率应按式（1）计算：=0(1)式中，为试验期为(d)的混凝土收缩率，从测定初始长度时算起；为试件的测量标距，用混凝土收缩仪测量时应等于两测头内侧的距离，即等于混凝162 交 通 节 能 与 环 保 第 19 卷 土试件长度（不计测头凸出部分）减去两个测头埋入深度之和，采用接触法引伸仪时，即为仪器的测量标距，mm；0为试件长度的初始读数，mm；为试件在试验期为(d)时测得的长度读数，mm。1.2.3 抗裂试验 传统的平板试验可以测试材料自身不同因素对混凝土抗裂能力的影响，并不能检验修复面对 UHPC材料抗裂能力的影响。因此，为模拟 UHPC 材料在浇筑修复后的抗裂能力，选择试验场废弃的混凝土结构 T 梁，见图 3。首先对其表面进行清理，然后用砂纸在表面进行打磨，打磨掉表面的浆体后，用抹布擦拭干净，在 T 型梁的表面浇筑 1m 的平板，浇筑板的厚度为3cm，待混凝土硬化后进行洒水，然后在表面覆盖土工布进行养护，上层再放置一层塑料膜防止水分蒸发，延长洒水养护时间，见图 4。图 3 废弃混凝土结构 Fig.3 Abandoned concrete structures 图 4 浇筑块体养护 Fig.4 Pouring concrete specimen cure 2 试验结果 2.1 凝结时间 从图 5 和表 2 中可以看出，硫铝酸盐水泥的掺量从 15%、20%、25%、30%变化时，初凝时间从33min 变化至 22min，终凝时间从 53min 变化至28min，初凝时间和终凝时间均呈减小的趋势，说明硫酸铝盐水泥掺量对 UHPC 材料的凝结时间有影响。考虑凝结时间对混凝土材料工作性能的影响，为保障足够长的硬化时间，应保持其初凝时间在半个小时左右。图 5 微膨胀材料对凝结时间的影响 Fig.5 Effect of micro-expansive material on setting time 2.2 收缩试验 试件在 3d 龄期时（从混凝土搅拌加水时算起）从标准养护室取出，采用不同配合比混凝土试件的收缩率值见表 2，掺入 15%的硫铝酸盐水泥时，第 7天的收缩率为141.82 106mm/m，第 28 天的收缩率为159 106mm/m，第 28 天比第 7 天的收缩率增加17.18 106mm/m；掺入20%的硫铝酸盐水泥时，第7 天的收缩率为109.40 106mm/m，第 28 天的收缩率为157 106mm/m，第 28 天比第 7 天的收缩率增加47.6 106mm/m；掺入 25%的硫铝酸盐水泥时，第 7 天的收缩率为89.24 106mm/m，第 28 天的收缩率为134.8 106mm/m，第 28 天比第 7 天的收缩率增加45.56 106mm/m；掺入30%的硫铝酸盐水泥时，第 7 天的收缩率为73.30 106mm/m，第 28 天的收缩率为1.52 106mm/m，第 28 天比第 7 天的收缩率减小71.78 106 mm/m，说明硫铝酸盐水泥在前 28 天均有抵消收缩的作用，并且 7 天以后微膨胀效果更明显，具体见表 2 和图 6。表 2 不同配合比混凝土试件的收缩率和凝结时间 Tab.2 Shrinkage rate and settin