抗裂防水劑對面板混凝土性能的影響

吳偉，李春茂，王龍，劉昭洋，劉歡

（1. 石家莊市長安育才建材有限公司，河北 石家莊 050000；2. 中國水利水電第五工程局有限公司中心試驗(yàn)室，四川 成都 610015）

0 前言

與普通的水工大體積混凝土不同，面板混凝土是典型的薄型長條板狀結(jié)構(gòu)，長、寬、厚三向尺寸相差懸殊，其產(chǎn)生裂縫的幾率比普通水工大體積混凝土更大?？沽逊浪畡┳鳛橐环N有效抗裂手段，在很多有防水要求工程都進(jìn)行了應(yīng)用，并取得了較好效果。但目前的研究主要是針抗裂防水劑對混凝土的抗?jié)B以及收縮補(bǔ)償?shù)挠绊慬1-3]，對其他性能的影響關(guān)注較少。本文結(jié)合工程特點(diǎn)研究抗裂防水劑對面板混凝土性能的影響，關(guān)注其對抗壓、抗拉以及抗裂性能的影響。

1 原材料

（1）水泥：選用葉城天山 P·O42.5 水泥，渤氏法比表面積 355m2/kg，密度 3.08g/cm3，按 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)》檢測數(shù)據(jù)見表 1。

表1 水泥物檢數(shù)據(jù)

（2）粉煤灰：選用喀什華電Ⅰ級粉煤灰，按 DL/T 5055—2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》檢測數(shù)據(jù)見表 2。

表2 粉煤灰物檢數(shù)據(jù)

（3）細(xì)骨料：天然骨料破碎混合摻配人工骨料，細(xì)度模數(shù) 2.66，表觀密度 2710kg/m3，堆積密度1610kg/m3，吸水率 1.1%。

（4）粗骨料：天然骨料 5～20mm（小石）表觀密度 2720kg/m3，堆積密度 1580kg/m3，吸水率 0.5%，針片狀含量 5%；20～40mm 骨料（大石）表觀密度2730kg/m3，堆積密度 1590kg/m3，吸水率 0.42%，針片狀含量 3%。

（5）減水劑：石家莊市長安育才建材有限公司 GK-3000 磷酸基改性聚羧酸減水劑[1-2]，依據(jù) GB 8076—2008《混凝土外加劑》檢測，摻量 1%，減水率32.4%。

引氣劑：石家莊市長安育才建材有限公司 GK-9A，依據(jù) GB 8076—2008《混凝土外加劑》檢測，摻量0.01%，含氣量 5.2%，減水率 8.6%。

抗裂防水劑：選用石家莊市長安育才建材有限公司 GK-6A[3]，依據(jù) JC/T 474—2008《砂漿、混凝土防水劑》檢測，摻量 2%，吸水量比 42%，泌水率比 46%，滲透高度比 22%。

面板壩混凝土設(shè)計(jì)等級為 C30W12F300，其施工配合比見表 3。

表3 面板壩混凝土基準(zhǔn)施工配比 kg/m3

2 試驗(yàn)方法

本文所有試件均采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，成型后室內(nèi)20℃±5℃ 靜置 24h，然后拆模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，分別養(yǎng)護(hù)混凝土至 3d、7d 和 28d 齡期，取出后進(jìn)行混凝土性能測試。對混凝土性能的測試均依據(jù) DL/T 5150—2017《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，測試內(nèi)容包括：抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、彈性模量和體積變形。

對混凝土抗裂性能評定，早期抗裂采用 CCES 01—2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中的平板法以及采用劈拉強(qiáng)度/抗壓強(qiáng)度和彈性模量/抗壓強(qiáng)度[4]進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 抗裂防水劑對混凝土

在基準(zhǔn)配比上分別外加 6%，8% 和 10% 抗裂防水劑并等量替代粉煤灰，同時(shí)調(diào)節(jié)減水劑和引氣劑摻量保證混凝土出機(jī)坍落度 70～90mm，含氣量 5.0%～5.5%。在此條件下驗(yàn)證抗裂防水劑對混凝土性能的影響。

表4 不同抗裂防水劑摻量坍落度和含氣量

3.1.1 抗壓強(qiáng)度影響

分別考察 6%～10% 摻量抗裂防水劑對面板壩配比抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表 5 和圖 1。

由表 5 和圖 1 可以看出，隨著抗裂防水劑摻量增加，7d 和 28d 強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢，在 10% 摻量強(qiáng)度降低幅度最大為 5%。但是在 90d 齡期混凝土強(qiáng)度隨著抗裂防水劑摻量增加，最大增幅為 7%。以上加入抗裂防水劑配比均滿足 C30W12F300 強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

表5 不同摻量抗裂防水劑對抗壓強(qiáng)度的影響 MPa

圖1 抗裂防水劑對抗壓強(qiáng)度的影響

3.1.2 劈拉強(qiáng)度影響

分別考察 6%～10% 摻量抗裂防水劑對面板壩配比抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表 6 和圖 2。

表6 不同摻量抗裂防水劑對劈拉強(qiáng)度的影響 MPa

圖2 抗裂防水劑對劈拉強(qiáng)度的影響

由表 6 和圖 2 可以看出，劈拉強(qiáng)度發(fā)展與抗壓強(qiáng)度發(fā)展類似，7d 和 28d 均隨著抗裂防水劑摻量增加強(qiáng)度下降，最大降幅為 7.6%（10% 摻量）；90d 劈拉強(qiáng)度隨抗裂防水劑摻量增加而增長，最大增幅為 4.7%（10% 摻量 ）。

3.1.3 彈性模量的影響

彈性模量反映了面板壩混凝土形變的能力。試驗(yàn)檢測不同量的抗裂防水劑對彈性模量的影響，結(jié)果見表 7和圖 3。

表7 不同摻量抗裂防水劑對彈性模量的影響 GPa

圖3 抗裂防水劑對彈性模量的影響

由表 7 和圖 3 可以看出，加入抗裂防水劑后彈性模量與基準(zhǔn)差異不大，偏差幅度在 5% 以內(nèi)。

3.1.4 抗裂性能的影響

對于面板壩而言，抗裂能力是混凝土重要的性能之一?；炷辆哂袃?yōu)異抗裂性能[5]需具備較高的抗拉強(qiáng)度、較大的極限拉伸以及較低的彈性模量。為了探索抗裂防水劑對混凝土抗裂性能的影響，以 6%～10% 摻量的抗裂防水劑研究其對極限拉伸值、劈拉強(qiáng)度/抗壓強(qiáng)度、彈性模量/抗壓強(qiáng)度以及干縮率進(jìn)行對比分析?；炷恋臉O限拉伸值如表 8 所示。

由表 8 可以看出，隨著抗裂防水劑用量增加，在7d 和 28d 極限拉伸值出現(xiàn)下降的趨勢，在 90d 齡期極限拉伸值出現(xiàn)小幅上漲的趨勢?？沽逊浪畡炷猎缙跇O限拉伸有小幅度的負(fù)面影響，但在長期齡期對極限拉伸有小幅增強(qiáng)作用。

表8 不同摻量抗裂防水劑極限拉伸值 ×10-6

由表 5～7 數(shù)據(jù)可以得出不同摻量抗裂防水劑對拉壓比和彈壓比的影響，見表 9。

表9 不同摻量抗裂防水劑對拉壓和彈壓比的影響

隨著摻量增加，拉壓比出現(xiàn)小幅下降，說明抗裂防水劑加入并未改善混凝土脆性。隨著摻量增加，7d 和28d 彈壓比與基準(zhǔn)基本持平，90d 彈壓比隨摻量增加出現(xiàn)下降趨勢，說明開裂防水劑加入有利于長齡期混凝土的抗變形能力。

對混凝土 3～28d 干縮測試結(jié)果見表 10。

表10 不同摻量抗裂防水劑對干縮率的影響

由表 10 測試數(shù)據(jù)可知，隨著抗裂防水劑摻量增加，混凝土 3～28d 干縮率隨之減小，說明抗裂防水劑對混凝土的干縮有一定抑制作用。

為了驗(yàn)證抗裂防水劑對塑性階段混凝土開裂的抑制作用，采用基準(zhǔn)配比與摻加 10% 抗裂防水劑的混凝土進(jìn)行平板開裂試驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表 11。

表11 抗裂防水劑平板開裂試驗(yàn)

由平板試驗(yàn)可以看出，加入抗裂防水劑后，混凝土的開裂時(shí)間延長 118min，抗裂面積下降 61%，開裂數(shù)目減少 3 根/mm2，開裂面積下降 50%，但是抗裂等級并未變化，抗裂防水劑對塑性階段裂縫抑制作用并不明顯。

4 結(jié)論

本文考察了抗裂防水劑對混凝土性能的影響，其結(jié)論如下：

（1）在此摻量范圍內(nèi)，混凝土抗壓、劈拉強(qiáng)度在7～28d 強(qiáng)度隨抗裂防水劑摻量增加出現(xiàn)小幅降低，但90d 齡期強(qiáng)度隨抗裂防水劑摻量增加而提高。

（2）抗裂防水劑摻量對混凝土彈性模量影響較小。

（3）隨著抗裂防水劑用量增加，在 7d 和 28d 極限拉伸值出現(xiàn)下降的趨勢，在 90d 齡期極限拉伸值出現(xiàn)小幅上漲的趨勢。

（4）隨著抗裂防水劑摻量增加，拉壓比出現(xiàn)小幅下降，說明其并未改善混凝土脆性；隨著摻量增加，7d和 28d 彈壓比與基準(zhǔn)基本持平，90d 彈壓比隨摻量增加出現(xiàn)下降趨勢，說明開裂防水劑加入有利于長齡期混凝土的抗變形能力。

（5）抗裂防水劑可以明顯改善混凝土干縮，但其對塑性階段裂縫抑制效果并不明顯。