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　　本文利用混凝土塑性阶段水分蒸发量、泌水量和开裂面积，研究矿粉对混凝土塑性开裂的影响，初步建立了混凝土塑性阶段第一条裂缝出现的时间和水分蒸发量、泌水量之间的定性关系，以及矿粉对混凝土塑性开裂的影响的原因和机理。试验结果表明，混凝土塑性阶段出现开裂，与混凝土的蒸发量、泌水量有关，当蒸发量大于泌水量时，会出现塑性裂缝，但此时裂缝的出现受固体颗粒的位移阻力或抗拉强度限制，会产生一个出现裂缝的弹性时间区间。并且，矿粉的掺入会减少混凝土内部可蒸发水分，泌水量会减少，蒸发量与泌水量曲线会提前出现交点，塑性开裂时间会提前，S75矿粉在掺量6.9%和13.8%时，开裂时间分别提前至5.5h和3h，S95矿粉在掺量6.9%和13.8%时，开裂时间提前至5h，但相较S75矿粉混凝土单位开裂面积较小。因此，混凝土掺入矿粉后，塑性阶段相较单掺粉煤灰会增加开裂风险，其中控制水分蒸发速率是抑制塑性开裂的重要措施。

　　现代混凝土，尤其是房建类混凝土，多采用泵送施工，趋于大流态化，加之胶凝材料细度较高，在浇筑后的半个小时到几个小时的时间段，由于水分散失、塑性沉降等产生塑性收缩，从而导致塑性开裂，此类现象在暴露面积较大的板式结构中表现尤为明显。由于在浇筑后的最初几小时，混凝土的抗拉强度极低，易产生裂缝，出现塑性收缩开裂。板式结构的塑性开裂主要是在混凝土表面水分快速蒸发以及混凝土泌水量不足以弥补蒸发水量的情况下产生[1]。因此，针对现代高流态混凝土水分蒸发速率和泌水速率的研究是开展混凝土塑性开裂机理和影响因素的研究基础。同时，混凝土的粉料体系对塑性阶段蒸发量和泌水量的影响，也是开展混凝土塑性开裂研究重要因素。目前，混凝土中常用的粉料体系主要为水泥—粉煤灰—矿粉或水泥—粉煤灰（矿粉），其中矿粉是一种具有较高潜在活性的矿物细掺料，能显著改善、提高混凝土的综合性能[2]，在混凝土中的应用也越来越广，但由于掺加矿粉，混凝土板式结构塑性开裂也越来越多，因此，通过混凝土塑性阶段水分蒸发量和泌水量来研究矿粉对混凝土塑性开裂性能的影响显得尤为重要。

　　我国已有标准GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能》其对塑性开裂的试验方法进行了具体规定[3]，同时，JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》中明确规定塑性开裂的等级划分[4]。但其均是对宏观性能做的区分，并未对蒸发速率，以及掺合料对混凝土蒸发量和初裂时间及预测做出规定。本文即通过研究不同等级矿粉、不同矿粉掺量下，利用单位蒸发量和泌水量，以及初裂时间，来评价和研究矿粉对混凝土拌合物塑性开裂性能的影响，并确定掺加矿粉后，混凝土塑性开裂的高风险期和初裂时间，以期对实际工程产生指导意义。

　　掺合料：矿粉选用四川双实建筑有限公司生产的S75和S95级矿粉，粉煤灰选用济鹏公司生产的Ⅰ级粉煤灰，具体性能见表4。

　　减水剂：减水剂采用石家庄长安育才有限公司生产高性能聚羧酸减水剂，固含量16.6%，减水率27.9%。

　　为判定矿粉对混凝土塑性开裂的影响，本文以实际应用配合比为基础，通过改变矿粉的掺量和种类，进行平板开裂试验，具体配合比见表5。

　　测试混凝土拌合物自成型开始的表面蒸发速率和泌水速率，同时观测塑性裂缝出现的时间和发展速率，分析矿粉对混凝土拌合物蒸发速率和泌水速率的影响，判定蒸发速率和泌水速率与开裂时间和裂缝发展之间的关系。并且在满足工作性和强度要求的前提下，依据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能》中规定的试验方法，测试混凝土平板开裂面积。

　　混凝土早期塑性开裂风险等级，参照 JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》进行。同时，结合平板混凝土的泌水速率和水份蒸发速率，以及第一条裂缝出现的时间，以评价裂缝出现的风险期。

　　试验过程混凝土坍落度控制参照 GB/T 50082—2009 进行，混凝土坍落度试验结果见表 6。

　　粉煤灰单掺和粉煤灰与S75矿粉双掺对混凝土蒸发量和泌水量的影响见表7和图1，其塑性开裂数据见表8。

　　由表7和图1可见，单掺粉煤灰28.2%时，混凝土在成型5h之前，其单位面积蒸发量较小，并且单位面积泌水量较大，直至约在成型后7.5h时单位面积蒸发量和泌水量出现交点，在7.5h之后单位面积蒸发量大于泌水量。保持掺合料总量不变，加入6.9%的S75矿粉，混凝土在成型后5h之前，单位面积蒸发量均小于泌水量，在5.5h之后，单位面积蒸发大于泌水量，曲线h之间出现交点。同时，由图1可见，单掺粉煤灰28.2%时，各时间点的累计单位面积泌水量均大于加入6.9%的S75矿粉时的泌水量，单位面积蒸发量在6.5h之前均小于加入6.9%的S75矿粉时的蒸发量，二者的蒸发量曲线h出现交错。

　　由表8可见，单掺粉煤灰28.2%时，在平板混凝土成型后7.5h出现3条裂缝，均在一条钢板肋上，在8.5h时连成1条裂缝。保持掺合料总量不变，加入6.9%的S75矿粉，在平板混凝土成型后5.5h出现微裂缝，在6.5～9h之间快速发展。

　　结合图1和表8可知，平板混凝土出现第一条裂缝的时间，均是在累计蒸发量和泌水量出现交点的附近，当泌水量小于蒸发量时，混凝土表层毛细孔中产生孔隙负压力，促使固体颗粒产生相对位移[5]，达到拉应力承受极限时，产生开裂。裂缝的快速发展期均是蒸发量快速增大，蒸发量曲线斜率较大的时候出现。

　　矿粉的加入，致使混凝土中的微细颗粒增加，改善了混凝土的粘聚性，另由于其表面的物理惰性，促使外加剂和矿粉之间的适应性普遍较好。在混凝土的塑性阶段，矿粉主要表现为微集料效应，起到较好的填充密实效果，阻塞毛细管通道，抑制泌水产生[6]。从而蒸发的水分在混凝土内部得不到及时补充，促使孔隙负压的峰值会提前出现，易产生开裂。通过上述试验，可以判定掺加S75矿粉会促使混凝土蒸发量和泌水量曲线提前出现交点，蒸发量超过泌水量的时间会提前，因此，为进一步验证此结论，笔者进行了扩大矿粉掺量（提升至13.8%）的试验，结果见表7和图2。

　　由图2可见，S75矿粉掺加13.8%时，其单位面积蒸发量和泌水量在3～3.5h之间出现交点，较S75矿粉掺加在6.9%时提前出现。并且，在混凝土成型7h之前，泌水量均大于S75矿粉掺加6.9%时的泌水量，但蒸发量在成型3h之后均大于泌水量，且远大于S75矿粉掺加6.9%时的蒸发量。

　　由表8可见，S75矿粉掺加13.8%时，平板混凝土裂缝出现时间提前至成型后3h，这与其蒸发量和泌水量在3～3.5h之间出现交点相吻合。并且，在成型5.5h之前，裂缝扩展速度较慢，这也和此时间段的蒸发量增长较小相吻合，说明S75矿粉掺量增加，会促使混凝土提前出现裂缝。

　　由表9和图3可见，S95矿粉掺量在6.9%时，其泌水量和蒸发量曲线h间比较接近，蒸发量在5h之后快速增长，但泌水量在6h之后变化不大，且低于蒸发量。掺加6.9%的S95矿粉后，其各时间点的泌水量均小于未掺S95矿粉的混凝土，且各时间点的蒸发量均大于未掺S95矿粉的混凝土。

　　由图4可见，增大S95矿粉掺量至13.8%后，其累计蒸发量和泌水量曲线h趋近，并产生交点，其后，蒸发量快速增加，累计泌水量区域稳定。并且，累计蒸发量均大于S95矿粉在掺量6.9%时的蒸发量，同时，累计泌水量均大于S95矿粉在掺量6.9%时的泌水量，但差距不大。

　　由表10可见，S95矿粉掺量在6.9%时，平板混凝土在5h出现第一条裂缝，这与其泌水量和蒸发量曲线h之间出现交点不一致，裂缝的长度较长，可能是由于在4～5h间泌水量和蒸发量较接近，在5h时出现突变造成。结合图3，其在6h后，蒸发量提高较快，但裂缝长度和条数增加较慢，且在7.5h后，几乎未发生变化，可能是由于此时，虽然泌水量较小，蒸发量加大，但S95矿粉活性较高，除了微集料效应外，其活性效应会起到增加固体颗粒间应力的作用[7]，提高塑性抗拉强度，即使孔隙负压峰值提前出现，其混凝土抵抗拉应力的能力相对较强，抗裂性有所增加导致。

　　增大S95矿粉掺量至13.8%后，在平板混凝土成型后第5h出现第一条裂缝，长度较S95矿粉掺量在6.9%时短，这是由于此阶段蒸发量与泌水量相近，而S95矿粉掺量在6.9%时，此阶段蒸发量较泌水量大，造成其裂缝长度较长。但在6h后，S95矿粉掺量在13.8%时，蒸发量增长较快，而泌水量区域稳定，所以，在6～9h裂缝快速发展。

　　通过前文多组平板开裂试验发现，平板混凝土出现第一条塑性裂缝的时间，均是在累计蒸发量与泌水量曲线相交或相交附近出现。或者说，塑性混凝土的蒸发量大于泌水量时，必然会出现塑性裂缝，但此时裂缝的出现受固体颗粒的位移阻力或抗拉强度限制，会产生一个出现裂缝的弹性时间区间。此时间区间与孙琪诚研究的湿颗粒体系液桥形态[8]有关，当混凝土拌合物成型初期，属于具有流动性的浆液状，饱和度（液相占孔隙的百分百）较高，颗粒之间几乎没有粘结力，从而不会开裂。随着水分的蒸发和水化消耗，液桥形态转变为毛细管状，见图5(a)，此时颗粒间产生部分孔隙负压应力，水分继续减少，则液桥形态依次转变环索状、钟摆状和无液状，见图5(b)、(c)，混凝土内部孔隙负压应力依次不断增大，但当混凝土内部液相不再连续至最后的无液状，孔隙负压应力又会逐渐减小，混凝土内部应力转向非孔隙负压产生。此过程中，应力超过混凝土的抗拉强度时，即产生开裂。本文讨论的蒸发和泌水过程产生开裂，即是此液桥形态转变的过程。单掺粉煤灰、粉煤灰与矿粉复掺，以及掺和比例的增大等，均会造成混凝土内部液桥形态转化的时间出现差异，从而促使混凝土产生第一条塑性裂缝的时间出现差异。从前文试验数据来看，在本文试验条件下，混凝土内部液桥形态由浆液状转变为钟摆状的时间顺序为：单掺粉煤灰28.2%＞S95矿粉6.9%＋粉煤灰21.3%＞S95矿粉13.8%＋粉煤灰14.4%＞S75矿粉6.9%＋粉煤灰21.3%＞S75矿粉13.8%＋粉煤灰14.4%。

　　此种理论分析，实际上只能定性地分析其内部应力的变化趋势，并未给出混凝土塑性阶段抗拉强度和孔隙负压之间的定量关系。刘加平院士[9]在基于“饱和度”的概念上，对混凝土塑性阶段的水分蒸发量、孔隙负压和抗拉强度做了定量分析。在较密实的混凝土结构中，塑性阶段可蒸发的水分或蒸发通道较少，其会较早的出现孔隙负压峰值，对抗裂极为不利，这与本文掺加矿粉，开裂时间会提前较为一致。尤其是掺加S95矿粉，虽然其活性较高，其水化产物会形成固固相连，堵塞毛细孔，但依据拉普拉斯方程（P=2γcosθ/r），其会提前出现孔隙负压峰值，增加开裂风险。同时，刘加平院士的研究表明混凝土塑性阶段抗拉强度并不会随孔隙负压的增长而持续增长，其二者的关系曲线存在拐点，在孔隙负压达到一定值后，抗拉强度会滞后孔隙负压的增长[9-11]，此阶段即是开裂的风险期，虽然孔隙负压并不是塑性收缩的有效作用力，但将其作为控制阈值，更为保险，可将其设为开裂阈值。依据此理论，在本文试验条件下，混凝土达到开裂阈值的时间顺序为：单掺粉煤灰28.2%＞S95矿粉6.9%＋粉煤灰21.3%＞S95矿粉13.8%＋粉煤灰14.4%＞S75矿粉6.9%＋粉煤灰21.3%＞S75矿粉13.8%＋粉煤灰14.4%。

　　由以上分析可见，在一定环境条件下，计算混凝土塑性阶段达到开裂阈值的时间较为重要，这是工程中混凝土质量控制的关键之一，同时，又是前期进行混凝土配合比设计及选材的重要依据。并且，将混凝土的蒸发量、泌水量和平板开裂数据相结合进行抗裂性的判断，趋势较为准确，操作简便，比较适用于环境复杂、可利用手段较少的工程现场。

　　（1）混凝土塑性阶段，出现开裂，与混凝土的蒸发量、泌水量有关，当蒸发量大于泌水量时，会出现塑性裂。