淺談混凝土的早期收縮與抗裂

丁文廣

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑工程同樣發(fā)展迅速，但是由于混凝土裂縫是建筑工程中常見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)重的影響建筑工程的整體質(zhì)量，為了滿足現(xiàn)代建筑對(duì)美觀和質(zhì)量的要求，本文分析混凝土開(kāi)裂的主要原因，并且從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度提出有關(guān)的建議。

關(guān)鍵詞：混凝土；早期收縮；抗裂

一、混凝土早期性能特點(diǎn)

早期混凝土呈現(xiàn)典型的粘彈性和粘塑性，混凝土的強(qiáng)度、彈性模量、水化速度、熱膨脹系數(shù)等物理、力學(xué)及熱學(xué)性質(zhì)經(jīng)歷劇烈的變化，受到環(huán)境溫度影響很大，水化放熱速度快，導(dǎo)致混凝土收縮、開(kāi)裂，最終決定混凝土早期收縮與開(kāi)裂的表現(xiàn)?；炷潦湛s受約束產(chǎn)生拉應(yīng)力、拉應(yīng)變和由于彈性模量不斷加強(qiáng)。早期的混凝土抗拉強(qiáng)度和彈性模量的發(fā)展比抗壓強(qiáng)度快，早期混凝土的粘彈性來(lái)說(shuō)，徐變對(duì)混凝土的應(yīng)力發(fā)展和變形性能會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

二、混凝土早期開(kāi)裂成因分析

近年來(lái)，混凝土早期開(kāi)裂問(wèn)題十分嚴(yán)重，很多結(jié)構(gòu)施工期間出現(xiàn)不同程度的裂縫，一些大壩、橋面板在澆筑后的一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)貫穿性的裂縫，還有很多現(xiàn)澆梁、板在剛拆除模板澆筑后12h內(nèi)出現(xiàn)不同程度的裂縫，一些現(xiàn)澆梁、板甚至拆模的養(yǎng)護(hù)的時(shí)候出現(xiàn)裂縫，大多數(shù)的早期裂縫都是由于變形因素造成的，也可以說(shuō)是收縮作用的結(jié)果。而導(dǎo)致混凝土收縮主要是由于溫度作用和濕度作用。

1.溫度收縮

溫度收縮主要是混凝土在水泥水化放熱出現(xiàn)溫度高峰后降溫產(chǎn)生的，水泥水化的時(shí)候會(huì)放出很多熱量，由于水化放熱緩慢，與外界環(huán)境熱交換溫度下降，混凝土內(nèi)、外散熱的條件不同，混凝土降溫的過(guò)程中出現(xiàn)收縮沿截面不一致，導(dǎo)致表層混凝土受拉。由于溫度升高產(chǎn)生溫度膨脹，由于混凝土流塑性狀態(tài)，升溫的過(guò)程中沿截面均勻，所以溫升膨脹過(guò)程對(duì)混凝土抗裂影響不大。還有就是由于晝夜溫差或者季節(jié)性的溫度變化會(huì)引起相應(yīng)的溫度變形。

2.塑性收縮

塑性收縮發(fā)生在混凝土終凝前的塑性階段，通常在澆筑后（4～15）h出現(xiàn)，絕大部分發(fā)生在初凝前的流塑性階段。這一階段水泥水化反應(yīng)激烈，出現(xiàn)泌水、水分急劇蒸發(fā)以及骨料與漿體的不均勻沉降等現(xiàn)象。塑性收縮又可以細(xì)分為失水凝縮、化學(xué)減縮、沉降收縮三類。

（1）失水凝縮

新拌混凝土在激烈的水化過(guò)程中，出現(xiàn)泌水或因受外界溫、濕度的作用，水分從混凝土內(nèi)部向外遷移，并在表面迅速蒸發(fā)造成失水凝縮。這類收縮多發(fā)生在干熱與刮風(fēng)天氣中。

（2）化學(xué)減縮

它的產(chǎn)生與外界濕度變化無(wú)關(guān)，主要是由于水泥熟料與水起化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，反應(yīng)后生成物的平均密度比反應(yīng)物小，從而產(chǎn)生了體系的體積收縮。若所選用的水泥品種的水化產(chǎn)物中化學(xué)結(jié)合水量越大，則最終的化學(xué)減縮量也越大。

（3）沉降收縮

這類收縮形成原因是混凝土組成材料在澆搗后發(fā)生不均勻沉落，出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象、粗骨料下沉，水泥凈漿上浮。當(dāng)受到鋼筋或預(yù)埋件等阻擋時(shí)，使混凝土相互分離而開(kāi)裂。這在現(xiàn)澆鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)中，尤其在采用泵送施工的混凝土工程中經(jīng)常出現(xiàn)。

早期的塑性收縮裂縫通常是以上三類收縮共同作用的結(jié)果，這類裂縫發(fā)生在混凝土表面，裂縫較淺，中間寬兩端細(xì)，長(zhǎng)短不一，且互不連貫。在養(yǎng)護(hù)不良的地方極易出現(xiàn)，呈龜裂狀。

3.干燥收縮

干燥收縮通常是混凝土停止養(yǎng)護(hù)后，在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生的不可逆收縮。隨著相對(duì)濕度的降低，水泥漿體的干縮増大。干縮主要發(fā)生在澆筑后（3～90）d齡期內(nèi)；事實(shí)上，若養(yǎng)護(hù)不好，早期期（齡期<3d前）的干縮相當(dāng)大。干縮是混凝土澆搗3d以后的最主要收縮組成部分，在后期，干縮的發(fā)展往往與荷載因素共同作用，從而加速裂縫的產(chǎn)生。

三、混凝土抗裂措施

1.減水劑對(duì)混凝土收縮性能的影響？

減水劑的主要作用是改善混凝土和易性，降低水灰比，提高混凝土強(qiáng)度或在保持混凝土一定強(qiáng)度時(shí)減少混凝土水泥用量。而水灰比的降低，水泥用量的減少對(duì)降低混凝土的收縮應(yīng)該是十分有利的。？

施工實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，減水劑的摻入也促進(jìn)了水泥加速水化，特別是比表面積較大及含堿量較高的水泥?；炷脸跗谒療峒嗅尫牛m然減水劑的應(yīng)用減少了混凝土水泥用量，由于設(shè)計(jì)人員在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮到對(duì)混凝土強(qiáng)度影響的種種因素，設(shè)計(jì)混凝土的配合比中水泥用量普遍偏大，因此水泥用量實(shí)際并未減少。高強(qiáng)混凝土大量應(yīng)用，更加大了水泥用量，因此，水灰比的降低并不能彌補(bǔ)高的水化熱給收縮帶來(lái)的不利影響，加之許多國(guó)產(chǎn)減水劑（如脂肪族類、胺基磺酸鹽類）應(yīng)用不當(dāng)或摻量過(guò)大，也極易使混凝土產(chǎn)生大量泌水，加大了混凝土沉縮。選擇水化熱較低的水泥，適當(dāng)?shù)目刂茰p水劑用量，嚴(yán)格控制混凝土泌水，是減少混凝土收縮開(kāi)裂的重要因素。

2.緩凝劑對(duì)混凝土收縮性能的影響

在大體積泵送混凝土及商品混凝土施工中，為減少混凝土坍落度損失，需摻用大量歡凝劑。在夏季高溫施工中，為防止混凝土內(nèi)水化熱過(guò)高，也需混凝土適當(dāng)?shù)木從?。?duì)防止混凝土集中放熱減少收縮有利。摻用緩凝劑使混凝土中水化物生成較慢，水泥顆粒的空隙使生成的水化物分布更均勻，使混凝土硬化強(qiáng)度增大。

但是我國(guó)混凝土施工中，緩凝劑的用量普遍較大。有些施工單位要求混凝土供應(yīng)單位混凝土凝結(jié)時(shí)間在一二十個(gè)小時(shí)，混凝土長(zhǎng)期處在塑性狀態(tài)下，表面大量失水，模板、底基也大量吸水，長(zhǎng)期處在塑性條件下的混凝土也極易產(chǎn)生骨料沉降，加大了混凝土沉縮。

塑性收縮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響是不均勻的，在所引起的拉應(yīng)力作用下，體積變化的差異會(huì)造成混凝土開(kāi)裂。在溫度、濕度、風(fēng)速影響下，更會(huì)使混凝土收縮開(kāi)裂加劇，緩凝劑的正確應(yīng)用對(duì)減少混凝土塑性收縮，防止混凝土開(kāi)裂十分重要。

3.引氣劑對(duì)混凝土收縮性能的影響

引氣劑在混凝土中的應(yīng)用對(duì)改善混凝土和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。引氣劑也能有效防止混凝土泌水沉降。大部分引氣劑都能提高混凝土抗拉強(qiáng)度，摻引氣劑的混凝土徐變有一定增大，十分有利于混凝土抗裂性能。但任意增大摻量或采用性能較差的引氣劑不但會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，更會(huì)增大混凝土泌水，水泥漿與骨料及鋼筋粘結(jié)性能下降，抗拉性能也會(huì)大幅度降低，混凝土早期裂縫增加。筆者長(zhǎng)期觀察了JDU引氣劑在廣東、上海、蘇州的應(yīng)用工程，未發(fā)現(xiàn)因摻入JDU引氣劑出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象。但在浙江本地也曾發(fā)現(xiàn)過(guò)量摻入松香皂類引氣劑引起的混凝土嚴(yán)重開(kāi)裂。選用性能較好的引氣劑并控制摻量，會(huì)有利于防止混凝土的收縮開(kāi)裂。

結(jié)語(yǔ)

混凝土早期收縮裂縫問(wèn)題是混凝土耐久性的問(wèn)題，養(yǎng)護(hù)作為確?；炷聊途眯阅馨l(fā)展重要措施，加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)、控制水分蒸發(fā)速度，對(duì)于防止混凝土塑性收縮與早期干燥收縮有重要的意義，直接的增加建筑工程質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

參考文獻(xiàn)

[1]武軍錄；張津踐；；磁鐵礦混凝土早期收縮試驗(yàn)研究[J]；低溫建筑技術(shù)；2011年09期

[2]額吉樂(lè)；高強(qiáng)高性能混凝土早期收縮及開(kāi)裂抑制措施研究[D]；北京交通大學(xué)；2011年

[3]孫小巍；丁洪偉；楊猛；李文學(xué)；；混凝土早期開(kāi)裂成因及預(yù)防措施[J]；建材技術(shù)與應(yīng)用；2007年06期