机制砂MB值对高强混凝土早期塑性开裂和干缩的影响研究

1试验原材料

水泥：P·O42.5水泥，物理力学性能见表1。粉煤灰：F类I级粉煤灰，物理力学性能如表2所示。粗集料：5.00～25.00mm连续级配石灰岩碎石。细集料：石灰岩质机制砂，表观密度为2713kg/m³，细度模数为3.2。石粉：粉磨水洗机制砂所得石粉，比表面积为280.6kg/m²，XＲD衍射图如图1所示。

泥粉：液限和塑限含水量分别为41%和23%，通过控制泥粉含量调节机制砂MB值。减水剂：高性能聚羧酸减水剂。混凝土配合比：按28d龄期C60强度等级设计，如表3所示。

2试验方法

亚甲蓝值：机制砂MB值试验根据GB/T14684－2011标准中的试验方法进行测试。

混凝土工作性：混凝土初始坍扩度、扩展度测试按GB/T50080标准中规定的试验方法进行测定。混凝土力学性能：混凝土抗折和抗压强度根据GB/T50081标准中的试验方法进行测试，试件尺寸分别为150×150×550mm和150×150×150mm。

早期塑性开裂：混凝土早期塑性收缩抗裂性能试验按照CECS01－2004指南进行测试。试验采用带约束的800×600×100mm平面薄板型试件。抗裂性评价指标主要包括a：裂缝的平均裂开面积(mm²)；b：单位面积的开裂裂缝数目(根/m²)；c：单位面积上的总裂开面积(mm/m²)。各个指标计算方法如下式所示：

干燥收缩：混凝土干燥收缩试验按照GB/T50082－2009标准进行测试。干燥收缩测试采用接触法，试件尺寸为100×100×515mm，测试的开始龄期从标准养护1d以后开始，试件放置在温度为(20±2)℃，相对湿度为60±5%的干燥养护室中，分别测定试件在1d，3d，14d，28d，60d，90d和180d龄期时的干燥收缩值。

3结果与讨论

3.1石粉和泥粉含量对机制砂MB值的影响

石粉和泥粉含量对机制砂MB值的影响如图2所示。从图2(a)可以看出，随着石灰石质石粉含量的增加，机制砂MB值逐渐增加，但增加幅度有限。当石粉含量每增加5.0%时，MB值的增加幅度小于0.05g/kg。由此可以看出，石粉对亚甲蓝试剂仅具有极小量的吸附，机制砂MB值受石粉含量的变化影响不大。

从图2(b)可以看出，随着机制砂中泥粉含量的增加，MB值几乎呈直线迅速增加。这说明：泥粉对于亚甲蓝试剂具有强烈的吸附性，能显著增大机制砂MB值。这也说明利用MB值判断机制砂中的细粉(＜75μm)主要是以粘土还是石粉的普遍方法是非常合理的。

3.2机制砂MB值对混凝土工作性和强度的影响

从图3可以看出，当机制砂MB值增加时，混凝土坍落度逐渐减小，工作性逐渐变差。

当MB值超过1.45时(机制砂中泥粉含量为3.0%)，混凝土的工作性迅速变差。主要原因在于泥粉吸附了混凝土体系内大量的自由水，导致混凝土流动性显著下降。

从图4可以明显看出，混凝土早期抗压强度受机制砂MB值变化的影响较大。随着MB值的增加，混凝土3d龄期抗压强度显著降低，但是MB值对混凝土后期28d龄期抗压强度的影响不大。MB值的变化对混凝土抗折强度具有显著影响。MB值增加，混凝土抗折强度先微量增加后迅速降低，当机制砂MB值由0.35增加到2.50时，混凝土7d抗折强度降低幅度高达15.4%。主要原因在于泥粉吸附大量自由水，降低了混凝土体系内部湿度，导致更多微裂纹的产生，因此导致混凝土的抗折强度严重降低。

3.3早期塑性开裂

由于新拌混凝土工作性的差异对混凝土24h塑性开裂具有重要影响，为了增加试验准确性，本文在表3的基础上，通过调整外加剂掺量控制全部试验混凝土坍落度在200～220mm区间范围内。

混凝土的塑性收缩开裂试验统计结果如表4所示。

可以看出，随着机制砂MB值的增加，混凝土抗裂等级降低。当MB值不超过1.45时，其对混凝土塑性开裂影响不大。当MB值超过1.80时，混凝土总开裂面积、平均开裂面积和单位面积总开裂面积均显著增加。当机制砂中泥粉含量超过4.0%(MB=1.80)时，S6单位面积总开裂面积相比S0增大88.0%；当泥粉含量达到6.0%时(MB=2.50)，S6单位面积总开裂面积相比S0增大130.7%。塑性开裂是由于混凝土在开始硬化之前，其表面水分迅速流失，毛细管中产生负压，进而浆体发生塑性收缩，出现裂缝。塑性收缩发生的临界条件是当混凝土表面水分的蒸发速率超过混凝土内部水分迁移到表面的速率。泥粉的结构非常疏松且多孔隙，极易吸水，导致新拌和混凝土的保水性有所提高，泌水有所降低，水分迁移速率减小。因此，当机制砂MB值较大时，混凝土具有较大的表面塑性收缩，更容易发生塑性开裂。

3.4干缩

图5给出了机制砂MB值对混凝土干缩性能的影响。

从图5可以看出，MB值的变化对混凝土干缩影响较大，尤其是对早期干缩的影响。当机制砂MB值不大于1.10时，1d和3d龄期混凝土的干缩率基本不受MB值变化的影响，但5d以上龄期混凝土的干缩率有轻微增大。当机制砂MB值高于1.45时，混凝土早期、晚期干缩率均呈明显增加趋势。当机制砂MB值高于2.15时，S6的1d和3d龄期干缩率较对照组S0增长幅度超过20%和22%，最终180d龄期干缩率增长超过8.8%。

泥粉特性对混凝土干缩具有重要影响。一方面，泥粉颗粒具有蓬松多孔层状结构，可以吸收大量自由水，呈膨胀状态分散在混凝土体系中。一旦混凝土置于干燥环境中，内部相对湿度低，泥粉颗粒间隙吸附的自由水通过扩散就会释放出来。另外，机制砂中泥粉颗粒比表面积较大，在一定程度上也会增加体系内浆体数量。因此，泥粉含量增加会显著增大混凝土的干缩。

4结论

(1)机制砂MB值与石粉含量关系不大，但是与机制砂中泥粉含量存在正线性相关性。随着机制砂MB值的增加，混凝土工作性逐渐变差，混凝土早期抗压强度逐渐减小，后期抗压强度几乎不受影响，而抗折强度先微量增加后迅速降低。

(2)当机制砂MB值不大于1.10时，其对混凝土早期塑性开裂影响不大。当MB值大于1.45时，随着MB值的增大，混凝土早期塑性开裂迅速增加。

(3)随着机制砂MB值的增大，混凝土干缩随之增加，尤其当MB值超过1.45时，混凝土干缩呈显著增大的趋势。