混凝土收缩机理与裂缝控制研究

刘秦

[摘要]本文研究分析了引起混凝土收缩的各种机理，提出了控制收缩裂缝的有效措施，可为减轻工程中混凝土因收缩而引起的不利影响提供依据。

[关键词]混凝土；收缩；机理；裂缝控制

文章编号：2095-4085（2015）10-0015-02

混凝土在硬化和使用过程中，因各种因素的影响会产生诸多复杂的变形，其中由物理、化学等非荷载因素引起的体积减小的变形称为收缩变形。工程实践中结构物的裂缝成因中属于非荷载因素引起的约占80%，而混凝土收缩又是引起混凝土早期开裂的重要因素，由此可见，控制混凝土收缩裂缝在工程中意义重大。

1混凝土收缩机理

1.1塑性收缩

塑性收缩是指混凝土在拌合后的初期，水泥的水化反应激烈，混凝土失水而产生的体积收缩的现象，因混凝土此时尚处于塑性状态，故称为塑性收缩。塑性收缩在混凝土拌合后的3～12小时之内，即在终凝前比较明显。之所以会发生塑性收缩，是因为混凝土在新拌状态下，拌合物中颗粒间充满水，一旦混凝土单位面积的失水速率超过泌水迁移到表面的速率时，毛细管中将产生负压，从而引起浆体产生塑性收缩。

1.2化学收缩与自生收缩

由于水泥水化生成物的体积比反应前物质的总体积小，从而引起的混凝土收缩称为化学收缩。这种收缩不可恢复，且收缩量值会随混凝土硬化龄期的增长而增长，在混凝土硬化初期（成型后40天内）增长较快，之后趋于稳定。这种收缩值总量很小，水泥用量和水泥品种是影响其值的主要因素。自生收缩主要发生在混凝土硬化的早期，一般认为混凝土在开始凝结后的几天或十几天内即可完成自生收缩。低水灰比或低水胶比和掺较大量的活性细矿物掺合料，是引起自生收缩的两个主要原因。

1.3干燥收缩

干燥收缩是一种不可逆收缩。它是指在混凝土停止养护后，置于不饱和的空气中，由于内部毛细孔和凝胶孔的吸附水的散失而产生的收缩，是由不饱和条件下，混凝土内部水分散失至外部引起的。干燥收缩从水泥浆体在塑性流动终止、初凝直至进入硬化阶段过程中一直进行着，即使到了28d龄期也不会完全终止。随着相对湿度的降低，水泥浆体的干燥收缩增大，且不同层次的水对干燥收缩的影响大小也不相同。

1.4温度收缩

因温差作用产生的收缩即为温度收缩，又称冷缩。混凝土传热很慢，在混凝土硬化初期，内部水泥水化热积聚较多的热量，引起混凝土内、外部产生温差，或外界温度变化产生温差，都会使混凝土产生体积变化，若体积是减小的，则为收缩。温度收缩的程度受到材料内部的最高温度、降温速率、材料的热膨胀系数等因素的影响。在无约束条件下，混凝土温差所引起的温度收缩变形可表示为温差与混凝土热膨胀系数的乘积（ ）。不同集料的混凝土的热膨胀系数，通常在7×10^-6～14×10^-6/℃范围内取值。一般情况下，温度收缩会随着水泥标号的提高、水泥用量的加大而增大，且混凝土入模的温度升高，温缩增大。

1.5碳化收缩

碳化收缩是指大气中的二氧化碳，在相对湿度合适的条件下，与混凝土内部的CaOH₂等水泥水化物发生化学反应，产生CaCO₃和游离水的过程，由此引起的收缩称为碳化收缩。碳化作用只有在适宜的湿度条件下才能进行，试块的含水量，周围环境的相对湿度以及空气中CO₂的浓度都会影响混凝土碳化的程度。碳化的速度会随着CO₂浓度的增加而加快。碳化收缩持续时间较长，且不可逆。并与干燥收缩相伴发生，难以准确划分两者。

2混凝土收缩裂缝控制

在混凝土非荷载裂缝中最常见的是温度收缩裂缝，它是混凝土干缩与冷缩共同作用的结果。控制混凝土收缩裂缝可采取下列有利措施。

2.1严格控制水灰比

水灰比的大小是影响混凝土密实性的主要因素，水灰比越大，干缩越大，水泥用量越大，用水量越高，水泥浆量越大，收缩也越大，故应按规范要求严格控制水灰比最大允许值或控制最小水泥用量，在保证混凝土和易性的要求的条件下，减少水泥用量。

2.2合理选用材料

应根据工程所处环境以及对混凝土耐久性要求合理的选用水泥品种和强度等级，优选水化热低的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等，重大工程应进行水化热及收缩试验再决定选材；加大粗骨料最大粒径和骨料含量，严格控制砂、石材料的有害杂质，如砂岩作骨料收缩会大幅增加，粗细骨料中含泥量大会加大收缩，且抗拉强度低，应严格控制。

2.3正确养护混凝土

早期养护时间越早、养护时间越长，收缩越小，所以应注意混凝土浇筑当天特别是早期头几个小时的养护，在保证混凝土强度的前提下，宜尽早松开模板，并将养护注入，拆除模板后，仍应保持暴露的混凝土表面潮湿，达到规定养护时间，覆盖层仍应保留若干天，以降低混凝土的干燥速率，延缓表层水分散失，加强潮湿养护对控制裂缝很有益处。

2.4合理使用外加剂

掺入高效减水剂，可以增加混凝土的和易性，掺加缓凝剂，能使混凝土在较长时间内保持塑性，从而调节新拌混凝土的凝结时间，减少水化热，掺入UEA膨胀剂，可以抵消混凝土干缩时产生的拉应力，补偿混凝土因为失水而在早期产生的收缩裂缝，提高混凝土的密实度。

3结语

混凝土的收缩是一种会随着时间增长而增长的变形，产生收缩的机理很多，且在每个阶段会有多种收缩伴随发生。混凝土收缩对于混凝土结构起着不利作用，钢筋混凝土结构中，混凝土往往由于钢筋或相邻部件的牵制而处于约束状态，使混凝土因收缩产生拉应力，从而加速混凝土裂缝的出现和开展，合理的选材、设计与正确的养护可有效控制混凝土的收缩裂缝发展。