混凝土收縮機(jī)理與裂縫控制研究

劉秦

[摘要]本文研究分析了引起混凝土收縮的各種機(jī)理，提出了控制收縮裂縫的有效措施，可為減輕工程中混凝土因收縮而引起的不利影響提供依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]混凝土；收縮；機(jī)理；裂縫控制

文章編號(hào)：2095-4085（2015）10-0015-02

混凝土在硬化和使用過(guò)程中，因各種因素的影響會(huì)產(chǎn)生諸多復(fù)雜的變形，其中由物理、化學(xué)等非荷載因素引起的體積減小的變形稱為收縮變形。工程實(shí)踐中結(jié)構(gòu)物的裂縫成因中屬于非荷載因素引起的約占80%，而混凝土收縮又是引起混凝土早期開(kāi)裂的重要因素，由此可見(jiàn)，控制混凝土收縮裂縫在工程中意義重大。

1混凝土收縮機(jī)理

1.1塑性收縮

塑性收縮是指混凝土在拌合后的初期，水泥的水化反應(yīng)激烈，混凝土失水而產(chǎn)生的體積收縮的現(xiàn)象，因混凝土此時(shí)尚處于塑性狀態(tài)，故稱為塑性收縮。塑性收縮在混凝土拌合后的3～12小時(shí)之內(nèi)，即在終凝前比較明顯。之所以會(huì)發(fā)生塑性收縮，是因?yàn)榛炷猎谛掳锠顟B(tài)下，拌合物中顆粒間充滿水，一旦混凝土單位面積的失水速率超過(guò)泌水遷移到表面的速率時(shí)，毛細(xì)管中將產(chǎn)生負(fù)壓，從而引起漿體產(chǎn)生塑性收縮。

1.2化學(xué)收縮與自生收縮

由于水泥水化生成物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積小，從而引起的混凝土收縮稱為化學(xué)收縮。這種收縮不可恢復(fù)，且收縮量值會(huì)隨混凝土硬化齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，在混凝土硬化初期（成型后40天內(nèi)）增長(zhǎng)較快，之后趨于穩(wěn)定。這種收縮值總量很小，水泥用量和水泥品種是影響其值的主要因素。自生收縮主要發(fā)生在混凝土硬化的早期，一般認(rèn)為混凝土在開(kāi)始凝結(jié)后的幾天或十幾天內(nèi)即可完成自生收縮。低水灰比或低水膠比和摻較大量的活性細(xì)礦物摻合料，是引起自生收縮的兩個(gè)主要原因。

1.3干燥收縮

干燥收縮是一種不可逆收縮。它是指在混凝土停止養(yǎng)護(hù)后，置于不飽和的空氣中，由于內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水的散失而產(chǎn)生的收縮，是由不飽和條件下，混凝土內(nèi)部水分散失至外部引起的。干燥收縮從水泥漿體在塑性流動(dòng)終止、初凝直至進(jìn)入硬化階段過(guò)程中一直進(jìn)行著，即使到了28d齡期也不會(huì)完全終止。隨著相對(duì)濕度的降低，水泥漿體的干燥收縮增大，且不同層次的水對(duì)干燥收縮的影響大小也不相同。

1.4溫度收縮

因溫差作用產(chǎn)生的收縮即為溫度收縮，又稱冷縮?；炷羵鳠岷苈?，在混凝土硬化初期，內(nèi)部水泥水化熱積聚較多的熱量，引起混凝土內(nèi)、外部產(chǎn)生溫差，或外界溫度變化產(chǎn)生溫差，都會(huì)使混凝土產(chǎn)生體積變化，若體積是減小的，則為收縮。溫度收縮的程度受到材料內(nèi)部的最高溫度、降溫速率、材料的熱膨脹系數(shù)等因素的影響。在無(wú)約束條件下，混凝土溫差所引起的溫度收縮變形可表示為溫差與混凝土熱膨脹系數(shù)的乘積（ ）。不同集料的混凝土的熱膨脹系數(shù)，通常在7×10^-6～14×10^-6/℃范圍內(nèi)取值。一般情況下，溫度收縮會(huì)隨著水泥標(biāo)號(hào)的提高、水泥用量的加大而增大，且混凝土入模的溫度升高，溫縮增大。

1.5碳化收縮

碳化收縮是指大氣中的二氧化碳，在相對(duì)濕度合適的條件下，與混凝土內(nèi)部的CaOH₂等水泥水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生CaCO₃和游離水的過(guò)程，由此引起的收縮稱為碳化收縮。碳化作用只有在適宜的濕度條件下才能進(jìn)行，試塊的含水量，周圍環(huán)境的相對(duì)濕度以及空氣中CO₂的濃度都會(huì)影響混凝土碳化的程度。碳化的速度會(huì)隨著CO₂濃度的增加而加快。碳化收縮持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，且不可逆。并與干燥收縮相伴發(fā)生，難以準(zhǔn)確劃分兩者。

2混凝土收縮裂縫控制

在混凝土非荷載裂縫中最常見(jiàn)的是溫度收縮裂縫，它是混凝土干縮與冷縮共同作用的結(jié)果?？刂苹炷潦湛s裂縫可采取下列有利措施。

2.1嚴(yán)格控制水灰比

水灰比的大小是影響混凝土密實(shí)性的主要因素，水灰比越大，干縮越大，水泥用量越大，用水量越高，水泥漿量越大，收縮也越大，故應(yīng)按規(guī)范要求嚴(yán)格控制水灰比最大允許值或控制最小水泥用量，在保證混凝土和易性的要求的條件下，減少水泥用量。

2.2合理選用材料

應(yīng)根據(jù)工程所處環(huán)境以及對(duì)混凝土耐久性要求合理的選用水泥品種和強(qiáng)度等級(jí)，優(yōu)選水化熱低的水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等，重大工程應(yīng)進(jìn)行水化熱及收縮試驗(yàn)再?zèng)Q定選材；加大粗骨料最大粒徑和骨料含量，嚴(yán)格控制砂、石材料的有害雜質(zhì)，如砂巖作骨料收縮會(huì)大幅增加，粗細(xì)骨料中含泥量大會(huì)加大收縮，且抗拉強(qiáng)度低，應(yīng)嚴(yán)格控制。

2.3正確養(yǎng)護(hù)混凝土

早期養(yǎng)護(hù)時(shí)間越早、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，收縮越小，所以應(yīng)注意混凝土澆筑當(dāng)天特別是早期頭幾個(gè)小時(shí)的養(yǎng)護(hù)，在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，宜盡早松開(kāi)模板，并將養(yǎng)護(hù)注入，拆除模板后，仍應(yīng)保持暴露的混凝土表面潮濕，達(dá)到規(guī)定養(yǎng)護(hù)時(shí)間，覆蓋層仍應(yīng)保留若干天，以降低混凝土的干燥速率，延緩表層水分散失，加強(qiáng)潮濕養(yǎng)護(hù)對(duì)控制裂縫很有益處。

2.4合理使用外加劑

摻入高效減水劑，可以增加混凝土的和易性，摻加緩凝劑，能使混凝土在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持塑性，從而調(diào)節(jié)新拌混凝土的凝結(jié)時(shí)間，減少水化熱，摻入U(xiǎn)EA膨脹劑，可以抵消混凝土干縮時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，補(bǔ)償混凝土因?yàn)槭谠缙诋a(chǎn)生的收縮裂縫，提高混凝土的密實(shí)度。

3結(jié)語(yǔ)

混凝土的收縮是一種會(huì)隨著時(shí)間增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的變形，產(chǎn)生收縮的機(jī)理很多，且在每個(gè)階段會(huì)有多種收縮伴隨發(fā)生?；炷潦湛s對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)起著不利作用，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土往往由于鋼筋或相鄰部件的牽制而處于約束狀態(tài)，使混凝土因收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而加速混凝土裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展，合理的選材、設(shè)計(jì)與正確的養(yǎng)護(hù)可有效控制混凝土的收縮裂縫發(fā)展。