0 前言

随着混凝土技术的发展，高强度、工作性好的混凝土已很容易生产出来，并在实际工程中得到越来越广泛的应用。但适用于配筋密实、形状特殊的结构部位的大流动性混凝土的早期开裂与收缩问题日益突出，受到越来越多研究者的关注。这是因为混凝土结构中的裂缝大部分不是承载力不足引起的，而是由于环境温度、湿度变化和混凝土自身的水化硬化引起的。特别是早期强度要求高、水泥用量大、水泥细度高、水灰比低等技术措施加剧了这种现象。混凝土一旦出现裂缝，就会为腐蚀介质的渗透提供通道，混凝土的抗渗、抗碳化等耐久性及抵抗钢筋腐蚀的能力就会急剧下降。因此，深入研究混凝土的早期开裂与收缩性能具有重要的理论价值和实际意义。

引起高强高性能混凝土非荷载裂缝的因素很多，包括水灰比、胶凝材料种类、细度及用量、骨料级配及粒径、砂率、养护条件及环境因素等。在混凝土结构施工过程中，对混凝土材料的抗裂性能评估尤为重要，应将其作为设计、施工及原材料选用的重要依据，以有效保证结构的耐久性和使用寿命要求。

国内外学者对混凝土收缩变形的研究主要集中在胶凝材料、水灰比、外加剂及养护措施等方面，而对占混凝土70%左右的骨料的研究相对较少。骨料是混凝土的重要组成部分，砂率对混凝土的工作性，特别是大流动性混凝土的粘结性和保水性有重要影响，也与混凝土的开裂性能密切相关。因此本文重点研究砂率对混凝土早期开裂的影响。

1 原材料及试验方法

1.1 原料及配合比

试验采用P·O42.5普通硅酸盐水泥；I级粉煤灰，需水率94.7%，细度（45μm方孔筛余物）4.8%，烧失量2.8%；II区中砂，细度模数2.6，含泥量1.0%，表观密度/m3，砂筛分试验结果见表1；5～20mm连续级配碎石，针状物含量6.5%，含泥量1.7%，表观密度/m3；聚羧酸系高效减水剂，减水率25%。混凝土配合比见表2。

1.2 实验研究方法

混凝土早期抗裂性能试验采用平板法，在平板试模上放置薄钢板并记录质量。混凝土拌合后立即倒入试模中，用振捣器压实，抹平后立即用塑料薄膜覆盖，记录时间，将钢板和试模一起放在电子秤上记录总质量。2h后除去塑料薄膜，在距试模2m处相对放置两台涡轮风扇，以8m/s的风速从两侧吹动。用手持显微镜观察混凝土表面，直至24h，记录试件的初始开裂时间、不同时刻的裂缝长度、宽度、数量及质量。

平均裂缝面积计算公式（1）：

2 实验结果与分析

混凝土的塑性收缩开裂主要是由于浆体因失水而收缩引起的，而骨料对收缩开裂有抑制作用。因此砂浆的塑性收缩裂缝比浆体小，混凝土的塑性收缩裂缝比砂浆小。砂率的变化，即粗细骨料配比的变化，影响覆盖在粗骨料表面的浆体层厚度，从而影响新拌混凝土的工作性，进一步影响混凝土的塑性收缩开裂。

2.1 砂率对混凝土质量损失的影响

砂率对混凝土质量损失影响试验结果如图1所示。

如图1所示，随着砂率的增加，初裂前平均小时质量损失和24h试验结束时总质量损失均呈现先减小后增大的趋势；当砂率为43%时，混凝土质量损失最小。这是因为，在骨料总量一定的前提下，砂率较低时，大流动性混凝土拌合物的保水性较差，易产生离析、泌水，因此混凝土质量损失较大；随着砂率的增加，混凝土拌合物的黏聚性得到改善，但砂率过高时，骨料比表面积明显增大，在膏体量一定的情况下，混凝土流动性下降，和易性变坏。

2.2 砂率对混凝土早期开裂的影响

砂率对混凝土初始开裂时间、最大裂缝宽度、平均开裂面积及单位面积总开裂面积影响的试验结果如图2～图5所示。

从图2~图5可以看出,随着砂率的增加,混凝土最大裂缝宽度逐渐增大,混凝土初始开裂时间先增加后减小,平均裂缝面积先减小后增大,单位面积裂缝总面积先减小后增大;当砂率为43%时,混凝土初始开裂时间最晚,平均裂缝面积最小,单位面积裂缝总面积最小。

这是因为在骨料总量一定的前提下，当砂率较低，即粗骨料用量较高时，相对较低的细骨料不足以填充较高的粗骨料空隙，混凝土拌合物和易性差，容易发生离析、泌水。混凝土表面水分蒸发速度快，蒸发量也大，混凝土内部相对湿度下降较快，毛细管负压增大，当超过混凝土的抗拉强度时就会产生开裂。因此，混凝土的初始开裂时间早，裂缝面积和单位面积混凝土的总开裂面积大。随着砂率的提高，混凝土的黏聚性和保水性得到改善，混凝土的抗裂性能也增强。 砂率过大时，骨料总比表面积增大，浆体量不足以满足和易性的要求，也会对混凝土的早期抗裂性能产生不利影响。

3 结论

(1) 随着砂率的增加，初裂前每小时平均质量损失和24h试验结束时总质量损失均呈现先减小后增大的趋势，砂率为43%时混凝土质量损失最小。

(2) 随着砂率的增加，混凝土最大裂缝宽度逐渐增大，混凝土初开裂缝时间先增加后减小，平均裂缝面积和单位面积裂缝总面积先减小后增大。当砂率为43%时，初开裂缝时间最晚，平均裂缝面积最小，单位面积裂缝总面积最小。