混凝土早齡期性能與裂縫控制

黃　珺

混凝土早齡期性能與裂縫控制

黃珺

文章以混凝土早期性能與裂縫控制為題展開討論。首先，對混凝土的早期性能進(jìn)行了分析，主要包括混凝土的初期水化電特性、早期水化放熱、早齡期的收縮與徐變，早期力學(xué)性能，以及混凝土的斷裂性能。然后，通過對混凝土的早齡期性能進(jìn)行分析，得出混凝土早期開裂機(jī)理。最后，建立相關(guān)的混凝土損傷模型，并在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，提出控制混凝土裂縫的辦法與措施。

混凝土；早齡期性能；裂縫；控制

混凝土是建筑施工的重要材料，在很大程度上影響著施工的質(zhì)量。相關(guān)資料顯示，很多土木工程由于混凝土早期開裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能衰退。與此同時(shí)，混凝土材料還會受到天氣、溫度的影響，很容易形成內(nèi)部裂縫。在這種情況下，就會減少混凝土的使用壽命。因此，對混凝土早齡期性能與裂縫控制進(jìn)行分析與探討非常有必要。

1　混凝土早齡期性能

混凝土早齡期性能包括徐變、收縮、水電特性、水化放熱、斷裂性能等多個(gè)方面。下面進(jìn)行具體分析。

1.1混凝土的初期水化與電特性

混凝土在攪拌的過程中，其微觀結(jié)構(gòu)主要受到骨料體積、水膠比的影響。本文主要采用電阻率的辦法來測試混凝土的水化程度。首先，對不同摻合料的電阻率以及水灰比進(jìn)行分析，然后結(jié)合運(yùn)用相關(guān)的曲線圖進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)早齡期混凝土的強(qiáng)度與電阻率隨著時(shí)間變化而改變。

1.2混凝土的早期水化放熱

本文在研究的過程中，將水與顆粒結(jié)合，然后得出水化反應(yīng)的“單元立方體”。同時(shí)，根據(jù)動(dòng)力學(xué)方面的理論，提出減小晶體與核反應(yīng)的控制條件。最后，在分析水泥化學(xué)組分的基礎(chǔ)上，探討對水化放熱反應(yīng)速率影響的因素。通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該方法不僅可以有效分析水泥早期的水化度，而且為早齡混凝土的時(shí)變性提供了理論依據(jù)。

1.3混凝土早齡期的收縮與徐變

混凝土收縮包括自收縮、塑性收縮，以及干燥收縮。由于影響混凝土收縮的因素比較多，所以在區(qū)分一定齡期混凝土的收縮時(shí)面臨很大的困難。本文在實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，得出了混凝土膨脹收縮的主要原因。分別是：第一，混凝土在早期水化放熱后，使體積膨脹。第二，混凝土完成澆筑后，由于環(huán)境比較封閉，混凝土反復(fù)吸收泌水后，也會使體積膨脹。另外，在計(jì)算混凝土收縮應(yīng)變的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)混凝土的收縮與水泥材料有很大關(guān)系。本文在計(jì)算混凝土徐變時(shí)，主要依據(jù)老化理論、有效模量法，得出了新的齡期調(diào)整擴(kuò)大系數(shù)計(jì)算公式。即：

（1）式中，A代表齡期調(diào)整最終擴(kuò)大因子，P代表調(diào)整影響指數(shù)。（A＞0，P＞0）

1.4混凝土早期力學(xué)性能與斷裂性能

混凝土早期抗拉強(qiáng)度是混凝土早期開裂的關(guān)鍵因素。與普通強(qiáng)度混凝土相比，高強(qiáng)度的混凝土脆性更大。當(dāng)前，很多學(xué)者在研究混凝土斷裂性能中，采用數(shù)值模擬的辦法。通過數(shù)值模擬的法可以看出，混凝土抗壓強(qiáng)度與斷裂韌度近似雙折線。對曲線圖進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)混凝土的抗壓強(qiáng)度與臨街裂縫尖端張開位移一致，因此可以作為判斷混凝土強(qiáng)度的依據(jù)。另外，對不同混凝土裂縫開口曲線進(jìn)行對比，得出的結(jié)果與試驗(yàn)的結(jié)果也比較接近。

2　混凝土早齡期裂縫控制

2.1混凝土早期開裂機(jī)理

通常，很多人將混凝土早期斷裂的原因歸為：混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)拉力。但是，在實(shí)際情況下，除了以上原因之外，混凝土早期斷裂還包括多個(gè)因素。比如：混凝土的徐變、溫度，以及約束程度等。同時(shí)，當(dāng)混凝土齡期發(fā)生變化后，這些因素還會相互影響。

2.2混凝土損傷塑型與彌散裂縫模型

以ABAQUS混凝土為例。首先，實(shí)施混凝土單軸拉伸實(shí)驗(yàn)。然后，建立混凝土彌散裂縫模型與損傷塑性模型，并將這兩個(gè)模型結(jié)合在一起。最后，用數(shù)值模擬出混凝土的斷裂以及損傷情況，并根據(jù)相應(yīng)位移曲線分析混凝土的損傷場與塑性應(yīng)變場。

2.3混凝土早齡期溫度裂縫控制與數(shù)值模擬

本文在傳統(tǒng)混凝土應(yīng)力公式的基礎(chǔ)上，提出了新的混凝土溫度應(yīng)力計(jì)算方法。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的溫度上升時(shí)，溫度負(fù)荷也隨之增加。那么，可以根據(jù)增量求法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)處的最大溫度應(yīng)力。計(jì)算的公式為：

（2）式中，σ（t）代表溫度應(yīng)力，k代表混凝土熱膨脹系數(shù)，θi代表時(shí)刻變化后，溫度的增量。代表應(yīng)力松弛系數(shù)。根據(jù)以上公式，將混凝土的材料參數(shù)帶入其中，可以得到混凝土抗拉強(qiáng)度與最大溫度的比值。即：

（3）式中，Pc代表混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)，σmax代表最大溫度應(yīng)力值，ft代表節(jié)點(diǎn)等效領(lǐng)期抗拉強(qiáng)度值，與傳統(tǒng)的計(jì)算方法相比，等效齡法計(jì)算出的混凝土應(yīng)力、強(qiáng)度更加準(zhǔn)確。

2.4混凝土結(jié)構(gòu)開裂

混凝土斷裂的主要原因有兩個(gè)。一個(gè)是溫度變形，另外一個(gè)是收縮變形。當(dāng)混凝土變形后，就會引起應(yīng)力的變化。但是混凝土斷裂的原因比較復(fù)雜，除了以上兩個(gè)原因外，還受到徐變、彈性模量，以及約束度等因素的影響。因此，對混凝土裂縫的控制要進(jìn)行深入的分析與研究。有關(guān)專家利用混凝土結(jié)構(gòu)開裂分析法，在綜合考慮混凝土早期性能的基礎(chǔ)上，計(jì)算出混凝土的極限拉應(yīng)變，以及理論拉應(yīng)變。

早期混凝土的溫度比較高。在3～30 d之間，混凝土理論拉應(yīng)變升高。30 d后，混凝土發(fā)生徐變，導(dǎo)致應(yīng)力松弛，從而減小了拉應(yīng)變。因此，可以判斷出混凝土開裂的最危險(xiǎn)時(shí)間為30 d。在這個(gè)時(shí)期要加強(qiáng)對混凝土的保養(yǎng)，這樣可以在很大程度上避免混凝土的斷裂。

2.5混凝土早期裂縫控制的具體應(yīng)用

分析混凝土早齡期性能的基礎(chǔ)上，再結(jié)合相關(guān)的參考文獻(xiàn)，然后提出控制混凝土斷裂的方法與措施。主要包括以下幾個(gè)方面：

第一，嚴(yán)格檢查混凝土的材料，保證質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。如果采用劣勢材料進(jìn)行施工，就會影響澆筑的質(zhì)量，從而產(chǎn)生混凝土裂縫。第二，還應(yīng)該注意因含泥量太大的粗骨料、含泥量大的粉砂等造成的材料問題。如果這些成分構(gòu)成超過規(guī)定時(shí)，會使材料發(fā)生不同程度的結(jié)構(gòu)變化。與此同時(shí)，由于這些因素的存在，在配比方面的掌握即使按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其收縮率也會在一定程度上發(fā)生變化。第三，應(yīng)該注意到顆粒配比方面的問題，如均勻性等。一方面，應(yīng)該注意添加劑的量、標(biāo)準(zhǔn)、摻入量，二是應(yīng)該注意摻入的時(shí)機(jī)。如果時(shí)機(jī)不對，也會因操作不當(dāng)產(chǎn)生澆筑后的裂縫。另一方面，應(yīng)該注重施工步驟是否恰當(dāng)，攪拌過程中均勻度、時(shí)間的把握，運(yùn)輸中的時(shí)間、距離、路況等。第四，當(dāng)混凝土澆筑完畢后，要及時(shí)做好保養(yǎng)工作。比如：給混凝水表面灑水，并加蓋麻布、塑料布等，使混凝土保持一定的溫度與濕度。同時(shí)，也可以在混凝土表面噴灑化學(xué)物質(zhì)，這樣也可以起到減少水分流失的作用。第五，混凝土拆模后，要及時(shí)做好養(yǎng)護(hù)工作。第六，減少混凝土表面的風(fēng)速，使混凝土保持一定的濕度。第七，當(dāng)周圍的溫度比較高時(shí)，可以降低混凝土表面的溫度，這樣可以在混凝土的表面生成大量水珠，避免混凝土過于干燥。第八，加大骨料的用量，控制水泥漿收縮的力度。第八，將超塑性減水劑的用量控制在一定的范圍內(nèi)，禁止超量使用。

3　結(jié)語

本文結(jié)合混凝土的早期裂縫特點(diǎn)，提出具體控制的辦法與措施。比如：檢查混凝土材料質(zhì)量、合理掌握顆粒配比、采用合理的施工步驟、澆筑完成后及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，減小混凝土表面風(fēng)速，提高混凝土養(yǎng)護(hù)溫度，限制水泥漿收縮等。另外，相關(guān)資料顯示提高膠凝材料的水膠比也可以起到防止混凝土開裂的作用。希望以上意見可以在控制早期混凝土裂縫中起到參考的作用，并不斷提高混凝土的施工質(zhì)量。

［1］ 徐仲卿. 早齡期混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)及其單軸本構(gòu)模型 ［J］.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（3）.

［2］ 劉紅霞，田正宏. 混凝土早齡期減縮措施與性能研究 ［J］. 施工技術(shù)，2013（4）.

［3］ 高志斌. 引氣劑對混凝土早齡期抗開裂性能影響的研究 ［J］.商品混凝土，2014（1）.

合肥天柱混凝土有限公司安徽合肥230000

TU 528

A