合成纤维与膨胀剂对桥梁流态高性能混凝土初期

目前，大跨度桥梁工程中高流态、高性能混凝土的应用越来越多，由于高性能混凝土一般具有高胶凝材料用量、低水胶比与掺入大量活性掺和料等配制特点，致使高性能混凝土的硬化特点与内部结构，同传统的普通混凝土相比具有很大的差异，高性能混凝土的众多优良性能来自致密的细观结构和低水胶比，这同时也带来了混凝土的脆性和易于开裂的倾向。保证桥梁使用寿命的根本是提高桥用混凝土结构的耐久性，而混凝土的裂缝正是在使用阶段环境侵蚀性介质侵入的通道，进而削弱其耐久性。国内外已有一定数量的高性能混凝土桥梁出现不同程度的由初期开裂引发的各种裂缝，从而导致耐久性和使用寿命的降低。桥梁流态高性能混凝土早期开裂的控制已成为目前桥梁工程领域非常关注的问题。近年来，采用有机合成纤维提高混凝土阻裂和抗裂能力以及使用膨胀剂补偿收缩等技术措施在大跨度桥梁工程流态高性能混凝土初期开裂控制中取得了良好的效果。

1 高流态高强度混凝土收缩开裂影响因素

影响混凝土收缩开裂的因素很多，凡是影响收缩、徐变、抗拉强度和弹性模量的因素都影响水泥和混凝土的开裂趋势。如:水灰比(或水胶比)、水泥用量、水泥的细度和水泥的矿物组成、水泥的碱含量、矿物掺和料种类和掺量、集料、养护、化学外加剂等都对混凝土的开裂趋势有影响。

1.1 水胶比

混凝土的抗拉徐变和收缩随着水灰比的降低而降低，水胶比越低，强度愈高，弹性模量越大，徐变引起的应力松弛越小，从而水泥浆和混凝土越容易开裂。

1.2 水泥细度和用量

粗颗粒水泥对混凝土的抗裂性有利，水泥的细度越大，早期水化越快，水化放热越高，从而水泥和混凝土越容易开裂。水泥用量越大，混凝土越容易开裂。

1.3 水泥的碱含量

水泥的高碱含量使水泥的水化产物趋向凝胶化，从而干燥收缩增加，加速了开裂的发展。实验结果表明，在水泥的碱含量从0.6%降到0的过程中，水泥浆的开裂趋势明显降低。

1.4 矿物掺和料

矿物掺和料能有效地降低高强混凝土的脆性系数和特征长度，提高其抗裂性，同时得到抗裂性能最佳的配合比。掺入细小的高活性磨细矿渣、硅粉和粉煤灰时能极大地改善过渡区的微结构，降低混凝土的Ca(OH)2、钙矾石和孔隙率，提高C－S－H胶体含量，并极大地降低过渡区的原生裂纹，从而提高高强混凝土的抗裂性。通过对各种矿物掺和料的研究表明，硅灰加入混凝土中，尽管增加了混凝土的早期强度，但同时也增加了混凝土的开裂趋势，这主要是因为混凝土中掺入硅灰以后混凝土的早期弹性模量升高，徐变能力降低。

1.5 养护

减小混凝土自收缩的方法主要靠原材料和配合比来解决。但是干缩则不同。混凝土的干缩是因为环境湿度降低后硬化浆体失去毛细孔中的水(环境湿度低于100%)和凝胶吸附水(环境湿度低于65%)而导致的。其中凝胶失去的吸附水大部分不可逆。水化程度越高，凝胶越多，则混凝土的不可逆收缩也越大，所以，混凝土浇注后应及时(从终凝开始)补充水分。湿养护期并不是越长越好，即时养护、适时养护是正确的方法。适宜养护期的长短和混凝土配比、环境温度、湿度及风速有关，水灰比越低，越需要即时加强外部补充水的养护。

2 有机合成纤维和膨胀剂对混凝土收缩开裂的影响分析

减小混凝土收缩是提高其抗裂性能的基本途径。实际工程中除了优选混凝土组成材料和对配合比进行优化外，在混凝土中掺加纤维、膨胀剂等抗裂、减缩组分，是桥梁流态高性能混凝土裂缝控制可选择的有效途径。

2.1 有机合成纤维的阻裂机理

有机合成纤维具有直径小、重量轻、抗拉强度高等特点，它能均匀地、大量地、乱向地分散在混凝土中，对混凝土的早期收缩开裂起到明显的改善作用。混凝土的早龄期收缩，是指混凝土浇注后的塑性状态和硬化初期时产生的收缩，一般指混凝土在浇注后2～3d的时间内产生的收缩，这类收缩产生的裂缝多在混凝土表面出现，形成不规则的、长短宽窄不一的龟纹状裂缝。当混凝土处于干湿和冻融环境中时，这些裂缝的扩展可导致板的破坏。合成纤维的一般特点是细度高、数量多、在混凝土中的纤维间距小，与混凝土中的砂浆之间有一定的粘结强度，这些特点使得合成纤维能有效限制早龄期混凝土由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂隙的发生和发展，减小原生裂隙的数量和尺度。而原生裂隙通常是混凝土破坏或性能劣化的起源，其阻裂效应阻止了早期混凝土塑性裂缝的发生和发展，还通过提高材料介质的连续性，使硬化后混凝土的性能得到一定改善。纤维与水泥基体界面的粘结作用与纤维的表面性能有一定的关系。水泥浆体覆盖在纤维表面，将纤维润湿包裹形成了界面粘结作用。因此，界面粘结强度比较弱，一般小于1MPa。但纤维和水泥基体二者间的界面粘结效果很大程度影响着纤维—水泥基体材料的力学性能。因此，采用化学、物理等方法对纤维进行表面改性处理，来改变纤维表面性能，改善界面粘结对提高纤维—水泥基材料的力学性能有很大影响。一般纤维与水泥基体的界面粘结主要取决于机械咬合作用，水泥浆体硬化后在纤维表面产生握裹力，因此，改善水泥浆体对纤维表面的湿润作用，增加纤维表面的粗糙程度，有利于增加纤维与水泥浆体的界面粘结作用。合成纤维表明处理方法一般有多孔化处理，表面活性处理，氧氟处理，酸碱表面处理和等离子体等方法。多孔化和酸碱法都属于化学溶液方法，适合纤维在水泥基材料中的使用，这样处理，能够使纤维的表面粗糙多孔，增加了表面积，从而增加了纤维与水泥基体的结合力。

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