混凝土收縮的影響

1、混凝土收縮的影響混凝土因收縮而導(dǎo)致的裂縫是混凝土裂縫最主要的形成原因。裂縫基本是由于水分蒸發(fā)和漿體收縮， 收縮應(yīng)力與混凝土的抗拉強度引起的，混凝土的收縮裂縫大體上有以下幾種類型：1.塑性收縮裂縫塑性收縮是混凝土在初凝前的塑性階段失水形成的，一種情況是新澆筑的混凝土表面泌水，在室外 會很快的蒸發(fā)；另一種情況是由于新拌混凝土顆粒之間的空間充滿了水，澆筑后的混凝土表面受風吹、日 曬、外部的高溫度和低溫度等因素的影響，隨著混凝土表面水分的蒸發(fā)，內(nèi)部水分逐漸向外部遷移，繼續(xù) 蒸發(fā)水分，造成混凝土在塑性階段的體積收縮。塑性收縮一般可達新澆筑混凝土體積的1%左右，大流動 性混凝土有時可達2%。在澆筑大面積平

2、板（如樓板層）時，當表面日曬或風大，內(nèi)部水分遷移速度小于 上表面水分蒸發(fā)的速度時，混凝土表面的收縮應(yīng)力遠大于混凝土的抗拉強度，就會產(chǎn)生大量不規(guī)則微細裂 縫，如不及時抹壓和覆蓋保水養(yǎng)護，此類裂縫會迅速向內(nèi)部延伸，嚴重時會造成貫通裂縫。2水化反應(yīng)收縮裂縫水泥水化反應(yīng)后，反應(yīng)產(chǎn)物的體積與剩余自由水體積之和小于反應(yīng)前水泥礦物體積與水體積之和， 形成水化反應(yīng)收縮。水泥的四種主要礦物的反應(yīng)速度不同，水化反應(yīng)的需水量不同，化學(xué)反應(yīng)收縮量也不 同。如硫化三碳在水化反應(yīng)生成硅鈣比為1.5的CSH凝時，水化反應(yīng)的體積收縮量為2.5%。由于水泥熟 料中硫化三碳含量為50%-60%，所以水化反應(yīng)的漿體收縮量約為1.3

3、%，而一般混凝土中漿體含量約占1/3, 故水化反應(yīng)可導(dǎo)致混凝土體積收縮約為0.43%，即漿體多的大流動性混凝土要多一些。又如在水泥熟料中 占8%-15%，所以水化反應(yīng)的漿體收縮量為0.56%-1.05%，導(dǎo)致混凝土體積收縮為0.2%-0.35%。當體系中石 膏消耗完畢會有一部分鈣磯石轉(zhuǎn)化為單硫型硫鋁酸鈣，使巳收縮的體積有所增加。至于硫化二碳它的水化 反應(yīng)速度僅為硫化三碳的1/10左右，對早期影響不大，一二年后，如水分供應(yīng)充足，硫化二碳水化反應(yīng)充 分，不但體積不收縮，反而會有0.1%左右的增加。周圍形成了薄膜，降低了水化速度。由于體系中石膏多 巳為所消耗，其產(chǎn)物多為單硫型鋁酸三鈣或鐵酸三鈣，或與

4、氫氧化鈣反應(yīng)生成，水化反應(yīng)收縮很少，生 成 多時還可能略有膨脹?？傊?，水泥水化反應(yīng)收縮量可達混凝土體積0.5%以上，是個不容忽視的數(shù)量。 在混凝土初凝前，水化反應(yīng)收縮一部分反應(yīng)在塑性收縮中，在混凝土初凝后的水泥水化反應(yīng)收縮則主要形 成混凝土內(nèi)部的毛細孔，在養(yǎng)護不及時或養(yǎng)護時間過短時，會產(chǎn)生收縮裂縫。3表面溫差收縮裂縫大體積混凝土由于水泥水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度較高，當混凝土表面溫度與氣溫相差過大時，會 產(chǎn)生溫度收縮裂縫?；炷辆€膨脹系數(shù)約為每攝氏度0.00001，即溫度每升高或降低10攝氏度，混凝土會 產(chǎn)生0.01%的線膨脹或收縮.。例如C30混凝土的凈彈性模量約為30000Mpa,當混凝土的

5、線收縮為0.01% 時，混凝土的受拉應(yīng)力將達30000*0.01%=3Mpa，大約相當于C30混凝土 28天的抗拉強度。在混凝土澆 筑初期（3-5天），如果混凝土表面溫度與環(huán)境溫度相差大于10攝氏度時，則由于溫差收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力 將大于混凝土的抗拉強度，既有可能出現(xiàn)溫差裂縫。但由于空氣是溫度的不良導(dǎo)體，空氣與混凝土表面的 熱交換不是靠傳導(dǎo)而是靠對流，熱交換比較緩和。經(jīng)驗表明，在無風的外部環(huán)境中，混凝土表面溫度與氣 溫之差大于25攝氏度時，就會產(chǎn)生肉眼可見的溫差裂縫。因此，對于大體積混凝土或可能發(fā)生表面與環(huán)境 溫差較大的混凝土工程，采用內(nèi)部測溫的方法，關(guān)注混凝土表面溫度與環(huán)境氣溫的溫差，當溫差太

6、大時， 應(yīng)采用覆蓋保溫的方法，以免出現(xiàn)溫差裂縫。4干燥收縮裂縫混凝土硬化后，內(nèi)部的游離水會由表及里逐漸蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土由表及里逐漸產(chǎn)生干燥收縮。在約 束條件下，收縮變形導(dǎo)致的收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土就會出現(xiàn)由表及里的干燥收縮裂縫。 混凝土的干燥收縮是從施工階段撤除養(yǎng)護時開始的，早期的收縮裂縫比較細微，往往不為人們所注意。隨 著時間的推移，混凝土的蒸發(fā)量和干燥收縮量逐漸增大，裂縫也明顯起來?；炷粮稍锸湛s值的大小與混凝土的體積穩(wěn)定性直接相關(guān)，并受環(huán)境相對濕度的影響?；炷恋闹T 多成分中，以粗骨料的體積穩(wěn)定性最好，砂子次之。收縮變形主要發(fā)生在水泥及摻和料構(gòu)成的漿體和砂漿 上。因此，在

7、施工和易性允許的情況下，盡可能加大石子用量，降低砂率，降低用水量，對減少干燥收縮 裂縫以及提高混凝土的穩(wěn)定性、強度和耐久性都是有利的。5自生干縮裂縫水泥在水化過程中不斷消耗水分，當養(yǎng)護不良或混凝土內(nèi)部水分不充分時，混凝土毛細孔中水分消 耗過多，導(dǎo)致毛細孔內(nèi)產(chǎn)生負壓，引起混凝土內(nèi)部出現(xiàn)自生干縮裂縫。由于常態(tài)混凝土的水膠比較高，混 凝土內(nèi)有較充裕的水分，一般不會發(fā)生自生干縮裂縫；而對于水灰比低于0.38的混凝土，內(nèi)部往往產(chǎn)生大 量自生干縮裂縫，導(dǎo)致早期混凝土體積收縮。在約束條件下，會引起混凝土產(chǎn)生表面裂縫。6其他失水收縮混凝土暴露在空氣中，空中的二氧化碳溶進孔隙溶液中成為碳酸，與孔隙溶液中的氫氧化

8、鈣反應(yīng)生 成碳酸鈣和游離水，這些游離水蒸發(fā)導(dǎo)致混凝土體積收縮成為碳化收縮。又如受碳化或淡水腐蝕等原因致 使混凝土空隙液中PH值降低，氫氧化鈣量不足時，會有一部分CSH凝膠或水化鋁酸鈣分解，析出氫氧化 鈣，以補充體系中的堿度，分解過程中都同時產(chǎn)生游離水，這些游離水進一步蒸發(fā)都會導(dǎo)致混凝土體積收 縮。這些收縮都發(fā)生在混凝土硬化后較長時間內(nèi)，一般會師干燥收縮裂縫擴寬或向深處發(fā)展。3施工工藝的影響根據(jù)在現(xiàn)場對施工過程的觀察，現(xiàn)場混凝土的檢查和對施工人員的訪問，發(fā)現(xiàn)以下幾個問題：一是 混凝土立模和振搗方面存在不足，部分構(gòu)件存在蜂窩麻面；二是混凝土的養(yǎng)護，養(yǎng)護不良，對混凝土整體 質(zhì)量影響十分顯著，直接影響

9、混凝土的抗裂能力；三是拆模時間，過早拆模以及在混凝土構(gòu)件上過早從事 后續(xù)工序，對混凝土強度的發(fā)展有一定影響，并導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。下面主要就第二個影響因素：養(yǎng)護進行深入的分析。通常，人們理解的養(yǎng)護主要是澆水。其實所謂養(yǎng)護不僅是保持足夠的濕度以滿足水化的要求，而且 要在不同的環(huán)境溫度下保持盡可能小的內(nèi)外溫差和恰當?shù)纳郎亍⒔禍厮俾?。溫度控制不當時造成混凝土早 開裂的重要原因之一。例如某工程混凝土墻在拆模板時正值混凝土內(nèi)部溫度上升很快的時候，結(jié)果及時澆 水”產(chǎn)生“熱震”，混凝土表面立刻發(fā)生開裂。圖一是混凝土內(nèi)部典型的溫度、彈性模量和應(yīng)力發(fā)展的曲線。圖中的約束應(yīng)力是升溫產(chǎn)生的膨脹應(yīng) 力和自收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力

10、疊加的結(jié)果。在溫度達到1以前，混凝土處于塑性狀態(tài)。故為零贏利，此后溫度 繼續(xù)上升3-6小時后，在混凝土內(nèi)部開始產(chǎn)生壓應(yīng)力；溫度達到峰值后開始下降，到達2時出現(xiàn)第二次零 應(yīng)力。此后即開始產(chǎn)生拉應(yīng)力；混凝土出現(xiàn)裂縫時的溫度為開裂溫度3。如果在溫度到達1以后向混凝土 澆低于環(huán)境溫度的涼水，就可能產(chǎn)生：“熱震”。因此應(yīng)當在溫度達到1之前盡早冷卻混凝土，阻止溫度上 升；在第二次零應(yīng)力2以后，控制溫度速率。由于自收縮在出凝視就開始產(chǎn)生，應(yīng)當盡量保持混凝土中的 水分，控制發(fā)生塑性收縮、自收縮、干所的共同作用。拆模時間應(yīng)當服從控制混凝土的溫度和保存濕度的 原則，要改變過去只考慮強度發(fā)展和拆膜周轉(zhuǎn)的做法。例如某

11、工程高強混凝土柱因沒有周轉(zhuǎn)模板的需要而 延遲到兩周后才拆模板，拆末后才開始澆水，結(jié)果造成混凝土出現(xiàn)最大寬度0.6.mm的通長裂縫。對于混凝土的自收縮，水養(yǎng)護和密封養(yǎng)護的效果是相同的，但肯定會因沒有及時（從初凝開始）水 養(yǎng)護或密封養(yǎng)護而加劇。減小混凝土自收縮的方法主要靠原材料和配合比來解決，但是干縮不同?；炷?澆筑后應(yīng)及時（從初凝開始）補充水分。隨著水泥水化的進行，混凝土不斷密實并增長抵抗拉應(yīng)力的能力。 混凝土的干縮是因為環(huán)境濕度降低后硬化漿體失去毛細孔中的水分（環(huán)境濕度低于100% ）和凝膠吸附水 （環(huán)境濕度低于65%）而導(dǎo)致的。其中凝膠失去的水分大部分是不可逆的，也就是說所產(chǎn)生的收縮不可逆

12、。水化程度越高，凝膠越多，則混凝土的不可逆收縮也越大應(yīng)水泥如果全部水化，則所產(chǎn)生的水泥凝膠不僅 使混凝土達不到所需要的強度，而且還會產(chǎn)生很大的干縮而嚴重開裂。像混凝土中的骨料起穩(wěn)定體積的作 用一樣，水泥石中需要一定量未水化顆粒或其他惰性物質(zhì)來穩(wěn)定體積，因此濕養(yǎng)護期才是正確的方法。適 宜養(yǎng)護期的長短和混凝土配合比、環(huán)境溫度、濕度及風速有關(guān)。水灰比越低，越需要及時加強外部補充水 的養(yǎng)護，但養(yǎng)護時間可以短些；水灰比很大時，自由水分多，在相對濕度較大的潮濕地區(qū)，濕養(yǎng)護的影響 不大，但養(yǎng)護時間要長才能使其滲透性穩(wěn)定。摻用礦物摻和了的混凝土由于水膠比低，在相對濕度不足的 情況下，反應(yīng)很慢的摻和料如粉煤灰，

13、表面的吸附水很容易蒸發(fā)而出現(xiàn)裂縫。和強度作用一樣，粉煤灰的 抗裂作用只有在低水灰比下加強保濕養(yǎng)護才能發(fā)揮出來。商品混凝土產(chǎn)生裂紋的原因在施工上主要應(yīng)注意以下幾點：一、由于商品混凝土坍落度大，稍加振搗即出現(xiàn)石子下沉、漿體上浮，時常有較多泌水，隨著 水分蒸發(fā)，表面出現(xiàn)大量塑性收縮裂縫。二、在粗鋼筋和粗骨料下面，也會出現(xiàn)泌水層，水分蒸發(fā)后形成孔隙，影響混凝土的密實性和 抗?jié)B性能，也降低鋼筋的握裹力。三、如泌水失水過多，減小樓板有限斷面，將影響結(jié)構(gòu)性能。四、在混凝土拌和物中有多余水量，混凝土硬結(jié)后，隨著水分的蒸發(fā)，比較容易產(chǎn)生干燥收縮 裂縫。五、大流動性混凝土振搗時間不易過長，振搗時間長，在振搗處會出現(xiàn)富漿部位，富漿部位較 容易出現(xiàn)塑性收縮裂縫，終凝后繼續(xù)收縮發(fā)展成貫通裂縫。有的工地，為減少拆裝泵管次數(shù)，將混凝土拌 合物留在原處，導(dǎo)致混凝土不均勻，漿體多的部分出現(xiàn)塑性收縮裂縫和干縮裂縫。六、在烈日暴曬和大風天氣，混凝土澆筑后如不及時覆蓋，則混凝土表面較快凝結(jié)，形成一層 硬皮，硬皮上