孙青
【摘 要】针对混凝土裂缝问题,采用GB/T 50082中平板法测定混凝土早期抗裂试验.混凝土抗裂试验是一项细致的工作,必须注意很多操作细节问题,否则会导致试件内不同位置混凝土均匀性发生变化,外部试验条件不一致等,造成试验数据失真.应把这些细节问题归纳到操作规程中,以保证操作的统一性.遇到一个刀口上出现多条裂缝的情况,采用各条裂缝最大宽度加权平均值进行结果计算,可使试验数据更接近真值.
【期刊名称】《水泥工程》 【年(卷),期】2018(000)004 【总页数】5页(P86-90)
【关键词】抗裂试验;细化操作;优化计算;可靠性 【作 者】孙青
【作者单位】邯郸金隅太行水泥有限责任公司,河北邯郸056200 【正文语种】中 文 【中图分类】TQ172.6 0 前言
混凝土裂缝无论大小，都能对混凝土的劣化起很大的促进作用[1]。因此，抗裂性能是混凝土耐久性研究不可或缺的重要内容，而准确可靠的抗裂试验方法是研究的
必要条件。GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中采用平板法规定了混凝土早期抗裂试验方法，并对试验步骤提出了原则性的要求。但在具体实施抗裂试验过程中遇到很多意想不到的情况，例如裂缝不是完全按着裂缝诱导器方向开裂，有时出现方向不一的杂乱裂纹，难以统计计算试验结果；试验的重复性很差，前后试验结果相差甚大，使研究课题找不出可信的规律。通过多次试验我们体会到，试验过程中的很多细节问题必须做出明确的规定，以保证试验方法的统一性；试验结果计算也应进一步优化，以提高计算精度。 1 GB/T 50082中平板法测定混凝土早期抗裂试验 1.1 抗裂试验装置
（1）试验采用尺寸为800 mm×600 mm×100 mm的平面薄板型混凝土试件，每组应至少2个试件。抗裂装置为钢制试模（见图1），模具四边与底板用螺栓固定在一起（可拆卸）。内设7根裂缝诱导器（用刀口诱导开裂）。 图1 混凝土早期抗裂试验装置示意图
（2）试验在温度（20±2）℃，相对湿度（60±5）%的恒温恒湿室中进行，室内应设空调机和增湿器，配置精度不低于±0.5℃温度计和精度不低于±1%相对湿度计。
（3）试件成型后要吹风加速裂缝生成，需要2台风速符合要求的电风扇，配置精度应不低于±0.5m/s的风速计。
（4）裂缝长度用最小刻度为1 mm的钢直尺测量；裂缝宽度用放大倍数至少40倍的读数显微镜测量，其分度值不应大于0.01mm。 1.2 试验步骤
（1）模具底板表面应铺设聚乙烯薄膜或聚四氟乙烯片做隔离层。
（2）混凝土浇筑至模具内后，立即将其摊开，表面应比模具边框略高。可用平板表面振捣器或用振捣棒插捣，并应防止过振和欠振。
（3）振捣后，用抹子整平表面，应使骨料不外露，表面平实。
（4）试件成型30min后，立即调节风扇位置和风速，使试件表面中心正上方100 mm处风速为（5±0.5）m/s，应使风向平行于试件表面和裂缝诱导期。 （5）从混凝土搅拌加水开始计算，在（24±0.5）h测读裂缝。用钢直尺量得裂缝两端直线距离记为裂缝长度，当一个刀口上有两条裂缝时，可将两条裂缝的长度相加折算成一条裂缝。用放大40倍显微镜测量每条裂缝的最大宽度。 2 需要细化的几项操作
2.1 拌制的混凝土必须保持正常的流动状态
试验表明，同样配比的混凝土，如果拌制得过稀（流动度过大，入模后表面泌浆泌水），或者非常干稠（需要强行插捣才能装入模内），混凝土裂缝总面积都比流动度正常时明显减小。文献[2]的试验也证实，混凝土拌合物过于干硬（坍落度100mm以下）或过于流态（坍落度200mm以上），混凝土塑性开裂机率减小。所以，为了保证各试验样组之间的可比性，拌制混凝土时要认真调整减水剂的掺入量，必须使流动性达到正常状态方可入模进行试验。 2.2 装模时注意保持混凝土浆骨比均匀
向试模填加混凝土时，应从试模中部横向（垂直于诱导器方向）均匀地倒入每个诱导器间的沟槽内，并用抹子将混凝土摊平，操作中要特别注意粗骨料的均匀分布，要使每个诱导器之间的混凝土浆骨比、砂率均匀一致。混凝土填入量要使试件表面略高于模具边框（建议超过边框高度控制在2mm以内），但要注意各组试验试件厚度基本保持一致。 2.3 插捣和抹平
混凝土在试模内被摊平后，首先用捣棒顺诱导器方向依次对每个沟槽的混凝土进行插捣。然后用平板表面式振捣器按上述方向进行振捣，振到混凝土表面略出浆为止，防止过振。
振捣后，首先用抹子横向整平混凝土表面，并使骨料不外露。然后顺诱导器方向再抹面一次，目的是防止因横向抹面时受力不均而出现横向裂纹。 2.4 保证风扇风速的准确性
对试件进行吹风操作是否符合要求，直接影响试验结果的准确性。开始是一个人手持风速计大致放在标准要求的位置，另一个人调整风扇位置和风速；因为新拌混凝土表面不能触碰，不能准确量取风速计放置位置，另外人员在风扇前手持风速计影响风速和风向，因而调整后不一定能保证满足标准要求。为此，制作了风速计固定架（见图2），支架横梁宽等于试件横向（垂直于诱导器）长度加两侧框厚，中间装有固定风速计的装置。两个支腿放在试模两侧固定的位置，使风速计位于试件纵向中心位置；支腿高度以满足风速计风轮中心距离试件表面100mm高度为准。使用该支架可以完全满足标准要求，简化操作，消除人为影响。 图2 风速计固定架
另外，选购风扇时，尽量选取风量大风速高的风扇，这样可以把风扇位置距离试件远一些，使出风的扇形角大一些，避免试件两侧风速过低。 3 试验结果计算的优化
由于试验采用刀口诱导抗裂，如果操作中注意上述细节问题，一般裂缝出现在刀口上，且基本上为直线。在量取裂缝长度时标准中规定，“当一个刀口有两条裂缝时，可将两条裂缝的长度相加，折算成一条裂缝”。这样在试验结果计算时，不管两条裂缝宽度差别有多大，都会以其中裂缝宽度最大那条的数值作为计算依据，使裂缝平均开裂面积和单位面积总开裂面积的计算值都偏大。 3.1 同一刀口多条裂缝时最大宽度的计算方法
试验发现，当刀口上只有一条裂缝时，裂缝宽度比较均匀；但试验中经常出现一条刀口上有两条以上裂缝的情况，如图3试件中的第四条刀口上就有3条裂缝，而且裂缝宽度相差较大。把一个刀口上的多条裂缝相加折算成一条裂缝是对的，但选
用其中一条裂缝宽度最大值作为整个刀口裂缝宽度值则不尽合理，故提出采用各条裂缝最大宽度的加权平均值作为本刀口裂缝的宽度。 图3 抗裂试验试件上裂缝分布 计算式如下：
（1）式中：WJQ—同一个刀口上各裂缝最大宽度加权平均值，mm；Wj—同一个刀口上第j条裂缝的最大宽度，mm；Lj—同一个刀口上第j条裂缝的长度，mm：n— 同一个刀口上裂缝的总数。 3.2 两种计算方法的比较
以5组不同配合比混凝土抗裂试验为例，分别用两种方法计算进行比较。混凝土配合比见表1。
每组样品要用两个试件同时进行试验，以两个试件开裂面积的算术平均值作为试验结果。以KL-1组的第1个试件为例进行计算，同一个刀口上各裂缝最大宽度加权平均值按式（1）计算，裂缝测量值和计算结果见表2。
表1 混凝土配合比 kg/m3试验编号KL-1 KL-2 KL-3 KL-4 KL-5水165 165 168 168 160水泥230 230 260 260 200粉煤灰100 100 110 110 120矿渣粉70 70 60 60 80 10～20mm碎石910 822 836 679 850 5～10mm碎石228 206 209 366 120石碎屑209 242 416 227 750河套淤砂488 565 341 530 80外加剂掺量/%1.4 1.6 1.4 1.5 1.4
表2 KL-1组的第1个试件裂缝测量值及参数计算结果诱导器序号裂缝尺寸同一刀口裂缝序号 裂缝参数1 2 3 4 Lz Wmax WJQ L 406 200 606 1 Wmax 0.20 0.10 0.20 0.17 L 36 367 83 101 587 2 Wmax 0.07 0.20 0.15 0.20 0.20 0.18 L 540 540 3 Wmax 0.30 0.30 L 407 45 452 4 Wmax 0.20 0.10 0.20 0.19 L 149 110 34 293 5 Wmax 0.13 0.15 0.10 0.15 0.13 L 565 565 6 Wmax 0.40 0.40 L 578
578 7 Wmax 0.65 0.65
表中：L为裂缝长度，Wmax为裂缝最大宽度，LZ为同一刀口上裂缝的总长度，WJQ为同一刀口上各裂缝最大宽度加权平均的宽度值。
把一个刀口上的多条裂缝相加折算成一条裂缝，将其总长度、其中的最大裂缝宽度和各裂缝最大宽度加权平均的宽度值，分别代入标准中计算公式进行计算。 每条裂缝的平均开裂面积计算式：
单位面积的裂缝数目计算式：
单位面积上的总开裂面积计算式：
其中：Wi— 第i条裂缝的最大宽度（mm），精确到 0.01mm;Li—第 i条裂缝的长度，（mm），精确到1mm；N— 总裂缝数目（条）；A— 平板的面积（m2）；a— 每条裂缝的平均开裂面积（mm2/条），精确到1mm2/条；b— 单位面积的裂缝数目（条/m2），精确到0.1条/m2；c— 单位面积上的总开裂面积（mm2/m2），精确到1mm2/m2。
两种计算方法计算结果见表3。由表3可知，按标准方法计算是指一个刀口上有多条裂缝时以其中最大裂缝宽度计算（以下简称“标准法计算”）；按优化方法计算是指一个刀口上有多条裂缝时以各裂缝最大宽度加权平均宽度计算（以下简称“优化法计算”）。
其他试验组各试件均按上述方法求出两种计算结果（计算过程略）。抗裂试验一般用单位面积上的总开裂面积即可评价混凝土抗裂性能的优劣。下面仅以此项数值进行比较，计算结果见表4，图4。
由表4和图4可看出，用优化法计算的单位面积上总开裂面积值都小于标准法计
算的结果，甚至有的相差很多。这说明一个刀口上有多条裂缝时，只用其中一个最大裂缝宽度进行计算夸大了实际裂缝面积。而且试件出现一个刀口多条裂缝的数目越多，裂缝宽度差别越大，引起的误差越大。
表3 KL-1组第1个试件两种计算方法计算结果计算方法每条裂缝的平均开裂面积a/（mm2·条-1）单位面积的裂缝数目b/（条·m-2）单位面积上的总开裂面积/（mm2·m-2）按标准方法计算81 14.6 1183按优化方法计算78 14.6 1139与标准法比-3 0-44
表4 5组混凝土抗裂试验用两种方法计算结果试验编号KL-1 KL-2 KL-3 KL-4 KL-5单位面积总开裂面积/（mm2·m-2）标准法计算 优化法计算试件1 1183 832 555 949 336试件2 1256 750 467 1153 380平均值1220 791 511 1051 358试件间差73 82 88 204 44试件1 1139 759 438 905 307试件2 1110 725 394 891 336平均值1124 742 416 898 322试件间差29 34 44 14 29与标准法相比-96-49-95-153-36
图4 两种计算方法计算结果的比较
另外，从同一组试验两个试件单位面积上总开裂面积的差值看，用优化法计算的结果两个试件差别小，而标准法计算的差别大（见图5）。说明优化计算法缩小了计算误差，使计算结果更接近真值。 4 试验方法细化和优化后运用实例
图5 两种计算方法同组两试件计算结果的差异
我们依据GB/T 50082标准中抗裂试验方法，严格遵循上述操作细节要求并使用优化的计算方法，用不同颗粒组成的水泥和粉煤灰调整混凝土胶凝材料的颗粒级配，配制相同配合比的混凝土进行抗裂性能试验[3]。试验表明，胶凝材料的颗粒组成与混凝土抗裂性能呈现明显的规律性（如图6、7所示），即（3～32）μm颗粒含量过多将使抗裂性能变差，适当增加大于65μm颗粒含量有利于改善抗裂性能。
从回归分析可知，二者的相关系数都大于0.9，为强相关关系，证明了试验方法的可靠性。
图6 3～32 μm颗粒含量与混凝土抗裂的关系 图7 大于65μm颗粒含量与混凝土抗裂的关系 5 结语
（1）GB/T 50082标准提供的混凝土抗裂试验方法，具有简单、易操作的特点，采用诱导开裂避免了裂缝出现位置的随机性，加快裂缝产生和发展，实现快速测定试验结果。但实施过程中必须注意很多操作细节问题，否则会导致试件内不同位置混凝土均匀性发生变化（例如浆骨比、砂率、水胶比等），外部试验条件不一致（风速、温湿度等），这些本身就是影响裂缝产生的重要因素。因此要把这些细节问题归纳到操作规程中，以实现操作的统一性。
（2）对于一个刀口上出现多条裂缝的情况，选取各条裂缝最大宽度加权平均值进行结果计算，可以缩小计算偏差，使试验数据更接近真值。
（3）混凝土抗裂试验是一项细致的操作过程，有一个环节出现偏差就会使试验数据失真。如果出现较多或较大与诱导器方向不一致的裂缝（横向裂纹），或者同一组试验两个试件测试结果相差太大，则应分析原因重新进行试验。 参考文献
【相关文献】
[1]马丽媛，姚 燕，田 培，等.国内外混凝土的收缩性能及抗裂性试验研究方法评述[J].中国建材科技，2001（1）：27-31.
[2]王海阳.高强混凝土早期收缩及塑性开裂影响因素研究[D].重庆大学，2005.
[3]钱有贵，张 亮，孙 青.胶凝材料颗粒组成对混凝土抗裂性能的影响[J].水泥工程，2017（1）：12-15.
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