混凝土材料的收縮與開裂探析

喻 明

重慶佳耀商品混凝土有限公司

混凝土材料的收縮與開裂探析

喻 明

重慶佳耀商品混凝土有限公司

對(duì)影響混凝土材料的收縮和開裂因素進(jìn)行分析，介紹了混凝土材料的評(píng)價(jià)方法，提出了提升混凝土材料的防裂性能措施，即材料開裂溫度降低與摻入粉煤灰兩點(diǎn)，只有對(duì)影響混凝土收縮與開裂的原材料進(jìn)行分析，才能保證混凝土的良好使用，促進(jìn)施工質(zhì)量。

混凝土材料；收縮；開裂；評(píng)價(jià)與防治

1 引言

混凝土材料會(huì)由于其水泥水化產(chǎn)生的緩慢散熱而升溫，并且在降溫過程中會(huì)發(fā)生體積收縮而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，因此為了降低水化放熱對(duì)混凝土材料產(chǎn)生的影響，以及有效降低水化時(shí)產(chǎn)生的溫度，起到良好的防裂效果，我們有必要進(jìn)一步分析混凝土材料發(fā)生的收縮和開裂現(xiàn)象，并且采取有效措施提升混凝土材料的防裂性能。

2 影響混凝土材料的收縮和開裂因素分析

混凝土材料的收縮具有多種類型，常見的有溫度收縮和干燥收縮，但是本文主要將自身收縮作為介紹的重點(diǎn)。與干燥收縮相同，其材料自身收縮現(xiàn)象主要是因?yàn)樗w移而產(chǎn)生的，但它并不是因?yàn)樗舭l(fā)失散，而是由于水泥在水化過程中會(huì)消耗掉過多的水分，從而使得凝膠孔液面逐漸下降，出現(xiàn)彎月面，加之會(huì)發(fā)生自干燥作用，因此易降低混凝土材料的濕度，減少混凝土材料體積。而相反的，水膠比變化產(chǎn)生的自身收縮和干燥收縮，主要是由于混凝土材料出現(xiàn)水膠比降低現(xiàn)象時(shí)，其自身會(huì)產(chǎn)生干燥收縮，從而增大了自身收縮。例如當(dāng)水膠比高于0.5時(shí)，干燥收縮、自身收縮與自干燥作用相差較小，這時(shí)可以忽略；當(dāng)水膠比低于0.35時(shí)，混凝土材料濕度會(huì)低于80%，這時(shí)干燥收縮和自身收縮會(huì)各占一半。其次，塑性收縮主要是在水泥活性較大、水膠比較低，以及混凝土材料溫度提升等環(huán)境下引起的開裂現(xiàn)象，同時(shí)由于混凝土材料泌水會(huì)不斷減少，而且也無法及時(shí)補(bǔ)充表面蒸發(fā)掉的水分，因此會(huì)使得混凝土材料保持一種塑性狀態(tài)，只要出現(xiàn)一點(diǎn)拉力，都會(huì)為混凝土表面造成各種不規(guī)則分布的裂縫。

3 混凝土材料的評(píng)價(jià)方法分析

對(duì)混凝土材料收縮和開裂現(xiàn)象進(jìn)行評(píng)價(jià)與檢測(cè)，主要就是為采取措施減少開裂現(xiàn)象提供參考。在澆筑施工工作中，采用的評(píng)價(jià)方法主要是通過對(duì)水泥水化熱和絕熱溫升等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，以有效選擇材料和配合比例，并且通過冷卻水管的埋設(shè)和預(yù)冷拌合物等措施，可將內(nèi)外溫差控制在合理的范圍之內(nèi)，簡(jiǎn)言之，就是通過最大限度減少溫差，以預(yù)防材料對(duì)混凝土所產(chǎn)生的開裂影響。在收縮和開裂的評(píng)價(jià)方法選取上，值得一提的是1969年德國(guó)一位教授研發(fā)的開裂實(shí)驗(yàn)架裝置，運(yùn)用這種裝置能夠?qū)Τ觚g期階段混凝土材料在約束環(huán)境下形成的應(yīng)力進(jìn)行模擬。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，混凝土材料從最開始的黏塑性體會(huì)逐漸形成粘彈性體，在這一過程中松弛作用會(huì)逐漸變小，而彈性模量則會(huì)逐漸增加，同時(shí)因?yàn)榛炷敛牧系淖冃魏苋菀资艿絼傂詷?gòu)架的限制，所以可以測(cè)定出混凝土材料對(duì)于開裂的發(fā)展趨勢(shì)和敏感性。其次，這種裝置也能夠?qū)σ阎獏?shù)、澆筑溫度以及混凝土材料等產(chǎn)生開裂現(xiàn)象的可能性進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而及時(shí)采取有效的防范措施。當(dāng)前，很多研究學(xué)者一直致力于混凝土材料約束應(yīng)力的分析和計(jì)算，以明確開裂現(xiàn)象存在的危險(xiǎn)性，并通過結(jié)合材料性質(zhì)、松弛力減小、水化熱變化、抗拉強(qiáng)度提升、剛度加大以及熱膨脹系數(shù)等，對(duì)變形產(chǎn)生的影響情況構(gòu)建了一系列的計(jì)算機(jī)程序。而以上這些參數(shù)基本上都取決于材料類型、齡期、拌合物、溫度的組成，因此在過去只能將這些參數(shù)產(chǎn)生的影響進(jìn)行大體的估算，但隨著材料性質(zhì)建立模型取得的進(jìn)展，在實(shí)際應(yīng)用中，模型需要對(duì)混凝土材料溫度以及約束等條件進(jìn)行假設(shè)，而法國(guó)和日本已研究出對(duì)約束應(yīng)力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的新方法，通過現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算、測(cè)試結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的比較，能夠推動(dòng)這一領(lǐng)域更好、更快的發(fā)展。

4 提升混凝土材料的防裂性能措施

不同情況下，混凝土材料發(fā)生的開裂現(xiàn)象和原因也存在著很大的不同，且有著一定的復(fù)雜性和多樣性。例如，由于自身收縮特點(diǎn)，在澆注高強(qiáng)混凝土之后，要及時(shí)做好濕養(yǎng)護(hù)工作，特別是在環(huán)境溫度和混凝土材料溫度過高的條件下，更要做好相關(guān)的養(yǎng)護(hù)工作。而當(dāng)前現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，主要是針對(duì)普通混凝土材料所采取的養(yǎng)護(hù)措施，即加強(qiáng)對(duì)混凝土材料的養(yǎng)護(hù)，而并不是養(yǎng)護(hù)時(shí)間的簡(jiǎn)單延長(zhǎng)。

4.1 混凝土材料開裂溫度降低

以上所述的德國(guó)教授在進(jìn)行開裂實(shí)驗(yàn)中得到了大量結(jié)果，并且分析比較了各因素對(duì)材料開裂溫度的降低作用。例如，混凝土材料新拌溫度的降低是25℃降到11℃：△TC為15～18 K；選擇品質(zhì)較好的水泥：△TC為20 K；用碎石代替卵石：△TC為3～5 K等。從這些結(jié)果中能夠發(fā)現(xiàn)，混凝土材料中水泥質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)其影響作用較大。因此我們?cè)谶x擇水泥時(shí)，因?yàn)槠渚哂休^強(qiáng)的抗裂性能，所以應(yīng)盡量選擇粉末較細(xì)、含堿量低的水泥。

4.2 當(dāng)摻入粉煤灰來防止開裂

溫度收縮是當(dāng)前影響混凝土發(fā)生開裂現(xiàn)象的重要因素之一，針對(duì)這樣的情況，我們可以適當(dāng)摻入一定量的粉煤灰來預(yù)防開裂現(xiàn)象。例如在某項(xiàng)建筑工程中，施工中發(fā)生了嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)要求是混凝土材料10h強(qiáng)度最好高于12MPa，同時(shí)在隔熱立方澆筑中12h強(qiáng)度最高為6MPa，而一旦超過這一標(biāo)準(zhǔn)，就需要摻入適量的粉煤灰來替代水泥。同時(shí)為了防止混凝土材料早期強(qiáng)度過高，需要按照56天齡期強(qiáng)度來設(shè)計(jì)，進(jìn)一步避免混凝土材料結(jié)構(gòu)發(fā)生早期開裂現(xiàn)象。此外，相對(duì)于純水泥類型的混凝土材料來說，摻入粉煤灰的混凝土材料在進(jìn)行澆筑后，要保證覆蓋的及時(shí)性，并可通過覆蓋保溫、保濕的措施來達(dá)到控制開裂的目的，但要注意不要用浸水或者灑水的方法來養(yǎng)護(hù)。

5 總結(jié)

總之，混凝土材料收縮主要包括自身收縮、塑性收縮、干燥收縮等，在不同條件下會(huì)造成不同程度的開裂現(xiàn)象。所以，我們要盡可能地運(yùn)用最先進(jìn)的收縮和開裂評(píng)價(jià)方法，來分析混凝土材料開裂趨勢(shì)以及存在的危險(xiǎn)性，了解混凝土材料開裂溫度降低的影響因素，合理運(yùn)用摻入粉煤灰方法，從而提升混凝土材料質(zhì)量，有效防止混凝土開裂現(xiàn)象的發(fā)生。

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