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行分析，得出混凝土早期開裂機理。最后，建立相關的混凝土損傷模型，并在數值模擬的基礎上，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量。相關資料顯示，很多土木工程由于混凝土早期開裂，導致結構性能衰退。與此同時，混凝土材料還會受到天氣、溫度的影響，很容易形成內部裂縫。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、斷裂性能等多個方面。下面進行具體分析。

1.1混凝土的初期水化與電特性

混凝土在攪拌的過程中，其微觀結構主要受到骨料體積、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行分析，然后結合運用相關的曲線圖進行對比，可以發現早齡期混凝土的強度與電阻率隨著時間變化而改變。

1.2混凝土的早期水化放熱

本文在研究的過程中，將水與顆粒結合，然后得出水化反應的“單元立方體”。同時，根據動力學方面的理論，提出減小晶體與核反應的控制條件。最后，在分析水泥化學組分的基礎上，探討對水化放熱反應速率影響的因素。通過實驗證實，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變性提供了理論依據。

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，所以在區分一定齡期混凝土的收縮時面臨很大的困難。本文在實驗分析的基礎上，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，由于環境比較封閉，混凝土反復吸收泌水后，也會使體積膨脹。另外，在計算混凝土收縮應變的基礎上，發現混凝土的收縮與水泥材料有很大關系。本文在計算混凝土徐變時，主要依據老化理論、有效模量法，得出了新的齡期調整擴大系數計算公式。即：

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

1.4混凝土早期力學性能與斷裂性能

混凝土早期抗拉強度是混凝土早期開裂的關鍵因素。與普通強度混凝土相比，高強度的混凝土脆性更大。當前，很多學者在研究混凝土斷裂性能中，采用數值模擬的辦法。通過數值模擬的法可以看出，混凝土抗壓強度與斷裂韌度近似雙折線。對曲線圖進行觀察，發現混凝土的抗壓強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度的依據。另外，對不同混凝土裂縫開口曲線進行對比，得出的結果與試驗的結果也比較接近。

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：混凝土收縮產生的應拉力。但是，在實際情況下，除了以上原因之外，混凝土早期斷裂還包括多個因素。比如：混凝土的徐變、溫度，以及約束程度等。同時，當混凝土齡期發生變化后，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，實施混凝土單軸拉伸實驗。然后，建立混凝土彌散裂縫模型與損傷塑性模型，并將這兩個模型結合在一起。最后，用數值模擬出混凝土的斷裂以及損傷情況，并根據相應位移曲線分析混凝土的損傷場與塑性應變場。

2.3混凝土早齡期溫度裂縫控制與數值模擬

本文在傳統混凝土應力公式的基礎上，提出了新的混凝土溫度應力計算方法。當節點的溫度上升時，溫度負荷也隨之增加。那么，可以根據增量求法計算出節點處的最大溫度應力。計算的公式為：

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

（3）式中，Pc代表混凝土開裂風險，σmax代表最大溫度應力值，ft代表節點等效領期抗拉強度值，與傳統的計算方法相比，等效齡法計算出的混凝土應力、強度更加準確。

2.4混凝土結構開裂

混凝土斷裂的主要原因有兩個。一個是溫度變形，另外一個是收縮變形。當混凝土變形后，就會引起應力的變化。但是混凝土斷裂的原因比較復雜，除了以上兩個原因外，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行深入的分析與研究。有關專家利用混凝土結構開裂分析法，在綜合考慮混凝土早期性能的基礎上，計算出混凝土的極限拉應變，以及理論拉應變。

早期混凝土的溫度比較高。在3～30 d之間，混凝土理論拉應變升高。30 d后，混凝土發生徐變，導致應力松弛，從而減小了拉應變。因此，可以判斷出混凝土開裂的最危險時間為30 d。在這個時期要加強對混凝土的保養，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用

分析混凝土早齡期性能的基礎上，再結合相關的參考文獻，然后提出控制混凝土斷裂的方法與措施。主要包括以下幾個方面：

第一，嚴格檢查混凝土的材料，保證質量符合標準。如果采用劣勢材料進行施工，就會影響澆筑的質量，從而產生混凝土裂縫。第二，還應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。如果這些成分構成超過規定時，會使材料發生不同程度的結構變化。與此同時，由于這些因素的存在，在配比方面的掌握即使按照標準進行，其收縮率也會在一定程度上發生變化。第三，應該注意到顆粒配比方面的問題，如均勻性等。一方面，應該注意添加劑的量、標準、摻入量，二是應該注意摻入的時機。如果時機不對，也會因操作不當產生澆筑后的裂縫。另一方面，應該注重施工步驟是否恰當，攪拌過程中均勻度、時間的把握，運輸中的時間、距離、路況等。第四，當混凝土澆筑完畢后，要及時做好保養工作。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，也可以在混凝土表面噴灑化學物質，這樣也可以起到減少水分流失的作用。第五，混凝土拆模后，要及時做好養護工作。第六，減少混凝土表面的風速，使混凝土保持一定的濕度。第七，當周圍的溫度比較高時，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，禁止超量使用。

3　結語

本文結合混凝土的早期裂縫特點，提出具體控制的辦法與措施。比如：檢查混凝土材料質量、合理掌握顆粒配比、采用合理的施工步驟、澆筑完成后及時灑水養護，減小混凝土表面風速，提高混凝土養護溫度，限制水泥漿收縮等。另外，相關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量。

［1］ 徐仲卿. 早齡期混凝土力學性能試驗及其單軸本構模型 ［J］.沈陽工業大學學報，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，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

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