混凝土早期收缩裂缝形成机理及应对措施

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1、混凝土早期收缩裂缝形成机理及应对措施【摘要】随着混凝土技术不断发展，目前混凝土早期收缩裂缝问题也是工程上的难题。本文考虑到现代混凝土早期易于开裂各种情况，对于早期开裂的形成机理进行分析和探讨，并且对于相关的应对措施进行详细分析，希望对于今后现代混凝土的早期收缩裂缝的控制有所帮助。【关键词】混凝土；形成机理；早期收缩裂缝；养护；裂缝控制1引言2早期收缩裂缝形成机理分析对于现代混凝土发展出现的早期裂缝问题，比如大坝、桥面板在浇筑后2～3天内就出现了贯穿性裂缝等问题，还有相关的梁、板在刚拆除模板甚至浇筑后6～12小时内就出现了不同程度的裂缝问题，这些相关的原因都是由于现代

2、混凝土早期过大的收缩造成的[2,3]。近几年，众多学者对于混凝土早期收缩裂缝进行相关分析研究，比如很多的措施也就相应提出，包括设计、材料、施工和管理各方面，但是从根本上对于混凝土裂纹问题还不能有效遏制。本文对于现代混凝土早期开裂问题进行分析与探讨，相关的控裂理念希望对于今后混凝土施工具有一定帮助。7引起混凝土收缩的驱动力可分为两类：温度作用与湿度作用。温度作用引起的早期收缩包括水化热与昼夜温差引起的温降收缩，其中前者在大体积混凝土中尤为显著。湿度作用引起的早期收缩包括塑性收缩、自收缩与干燥收缩。值得注意的是，温度作用与湿度作用引起的收缩是同时发生，相互作用的，因此使

3、得研究的难度增大。2.1水化热引起的温度收缩温度收缩主要是混凝土在水泥水化放热出现温峰后的降温过程中产生的。水泥在早期水化过程中将放出大量的热，一般每克水泥可放出502J热量，在绝对条件下，每45kg水泥水化将产生5～8℃绝热温升。在没有缓凝剂的条件下，通常在开始的12h左右出现温度峰值。随后，由于水化放缓放热减小，在与外界环境热交换下温度开始下降。由于混凝土内、外散热条件的不一致，表层混凝土温度降低得快，沿混凝土截面出现温度梯度，使得温降过程中出现收缩沿截面的不一致，从而导致表层混凝土受拉，当超过混凝土抗拉强度时产生温度裂缝。这在大体积混凝土中温升可高达60℃，是

4、造成这类混凝土早期裂缝的主要因素。7另外需要解释的是水化温升阶段通常不会出现胀裂，因为温升膨胀过程中混凝土尚处于流塑性状态，且温升过程迅速，沿截面也相对均匀。而随后的散热温降过程由于较为缓慢、均匀性又较差，且混凝土已逐渐硬化，往往容易在此时出现温度收缩裂缝。2.2昼夜温差引起的温度收缩昼夜温差也会引起相应的温度变形。如对于混凝土板，在早晨太阳的照射下，表层混凝土的温度显著升高，其膨胀受到底层混凝土的限制而使表层拱起；在白天，随着全截面温度趋于相同，变形表现为自由伸长(如图1b)：而夜晚，随着表层温度的开始降低，又出现表层弯起的现象。因此对于新浇筑的混凝土，昼夜温差大

5、时极易出现早期的这类温度裂缝。2.3塑性收缩7塑性收缩发生在混凝土终凝前的塑性阶段，通常在浇筑后4～15h左右出现，绝大部分发生在初凝前的流塑性阶段。这一阶段水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水、水分急剧蒸发以及骨料与浆体的不均匀沉降等现象。因此，塑性收缩又可以细分为失水凝缩、化学减缩、沉降收缩三类。失水凝缩是新拌混凝土水化过程中因泌水等因素水分从混凝土内部向外迁移，并在表面迅速蒸发造成的，多发生在干热与刮风天气中；化学减缩在此特指早期塑性阶段表现出的由于水化反应前后生成物的平均密度比反应物小而产生的体系宏观体积的收缩；沉降收缩是混凝土在浇捣后各组成材料发生不

6、均匀沉落，出现分层离析，粗骨料下沉，水泥净浆上浮，当受到钢筋等阻挡时使混凝土相互分离造成开裂的现象。相对而言塑性收缩造成的早期裂缝较为容易处理，即通常在施工中振捣充分且做好养护是可以避免这类收缩裂缝的，一旦出现，采用二次抹压或二次浇灌层加以平整即可，不会影响后期的结构耐久性能。2.4干燥收缩干燥收缩通常是混凝土停止养护后，在不饱和的空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩，随着相对湿度的降低，水泥浆体的干缩增大。干缩机理与水泥浆体内部孔隙有关，水泥水化的结果是生成水化硅酸钙及在内部形成大量被水填充的微细孔(>5nm的毛细孔与0.5～2.5nm的凝胶孔)

7、，这些微细孔中储存有水化未消耗的多余水分。混凝土干燥的时候，混凝土表层水的蒸发速度可能超过混凝土向外泌水的速度，因此，表层的水面降低，并随着蒸发的继续，水分的失去从表层逐渐向混凝土内部不断发展，毛细孔与凝胶孔中的吸附水相继失去。这些微细孔内水分的失去将在孔中产生毛细管负压，并促使气液弯月面的形成，从而对孔壁(也即水化硅酸钙凝胶骨架)产生拉应力，造成水泥浆体收缩。2.5自收缩7混凝土的自收缩是指混凝土在没有与周围环境发生湿度交换的情况下由于混凝土的自干燥引起的体积变化。所谓自干燥是指在水泥水化过程中由于没有外界水供应或外界水通过毛细孔迁移到体系内部的速度小于水化耗