水泥混凝土开裂与收缩有关,但收缩不一定会导致开裂。混凝土浇筑后,在最初几个小时的养护阶段因表面水分蒸发速率大于内部泌水速率,浆体发生紧缩。这个阶段混凝土本身强度很低,当毛细管负压产生的收缩应力大于混凝土此时的抗拉强度时,混凝土暴露在外的表面开始出现塑性裂缝。这类早期裂缝对混凝土的抗渗、抗侵蚀、抗冻融循环等耐久性能都会产生不利的影响,使混凝土的耐久性降低。混凝土的早期开裂不仅与其收缩有关,还与混凝土的保水性有联系。

减水剂的加入均使砂浆试件较早出现裂纹,而且明显增加裂纹总宽度,高效减水剂的加入有利于混凝土的抗收缩开裂。

不同外加剂对混凝土早期塑性开裂的影响见表14-8和图14-16.与掺加萘系减水剂的混凝土相比,掺加聚羧酸系减水剂的混凝土的开裂面积小,裂缝宽度也最小,进一步证明了聚羧酸系减水剂对混野士抗裂性能的改善作用。

关于不同减水剂对混凝土收缩开裂的影响,也有不同的试验结果。王雪芳等研究了坍落度与减水剂对混凝土早期开裂性能的影响,发现捻加三聚氯胺类减水剂的收缩小于掺萘系减水剂和聚羧酸系减水剂的混凝土。混凝土外加剂品种对混凝土的开裂时间影响很小,但是使用三聚氧胺系减水剂的混凝土开裂面积及最大裂缝宽度相对较小,其开裂面积分别是使用聚羧酸系减水剂和萘系减水剂的72%和55%,最大裂缝宽度是使用聚羧酸系减水剂和萘系减水剂的52%左右。而且混凝土外加剂品种对混凝土的水分蒸发量基本无影响。混凝土开裂性能的差别可能是与混凝土外加剂的组分对混凝土收缩和凝结过程影响的不同而导致的。

在低水灰比情况下,混凝土中的粒子间距较小,毛细孔径较小,失去较小毛细孔中的自由水所产生的体积变化(干燥收缩)较大。混凝土的早期收缩随着水灰比的减小而明显增大,而且在低水灰比时的收缩值大,与高水灰比相比增加的收缩值也较大。

在低水灰比时,混凝土早期的收缩是非常重要的,可能主导混凝土早期的抗开裂性能。随着高效减水剂掺量增加,混凝土的凝结时间延长,水泥水化程度相对减小,导致高效减水剂掺量高的混凝土早期的毛细孔比掺量低的相对较粗,使掺量高的混凝土在早期失去自由水产生的干燥收缩值相对较低;另一方面,混凝土的自收缩开始于初凝,当高效减水剂掺量高而产生明显的缓凝后,凝结时间相对延迟,导致混凝土自收缩产生的时间延迟

以及前24h产生的自收缩量相对减小,凝结时间的延长对混凝土自收缩产生了“滞后效应”。干燥收缩减小和自收缩的“滞后效应”导致高效减水剂掺量高的混凝土开裂延缓。在高水灰比时,随着高效减水剂的掺量增加,因缓凝作用混凝土早期的强度较低,导致混凝土的裂缝总数、最大裂宽及开裂面积随掺量增加而增加,高效减水剂掺量的增加不利于混凝土早期抗开裂性能的改善。

减水剂对混凝土收缩和早期开裂的影响比较复杂,随着高效减水剂的品种、掺量和使用目的不同,混凝土早期收缩和开裂规律也有较大变化。表14-9是不同混凝土掺加木钙减水剂的试验结果。不同减水剂对混凝土收缩的影响结果见表14-10和表14-11.结果再次表明,保持水灰比不变,增大混凝土坍落度时,混凝土各龄期收缩有所增加;在水泥用量不变,减小水灰比后,混凝土收缩略有增加;但是减小水灰比和水泥用量后,混凝土的各龄期收缩与不掺加减水剂的相比没有增加。对于分散剂NNO和甲基萘系减水剂MF,降低了水灰比,但增加了水泥用量后,各龄期收缩有所增加。对于保持混凝土强度相同时,掺加三聚氯胺系减水剂的混凝土收缩明显增加。

混凝土的坍落度对混凝土的开裂性能和收缩的影响规律并不完全相同。有试验结果表明,随着混凝土坍落度的提高,混凝土的裂缝出现时间总体上是随之推迟。坍落度在11~18cm之间的混凝土抗裂性能相对较好。其中,混凝土坍落度为15cm时其开裂面积为不掺减水剂和坍落度为24cm混凝土的62%左右,。