淺談混凝土的早期收縮與抗裂

丁文廣

摘要：隨著我國經濟的快速發展，建筑工程同樣發展迅速，但是由于混凝土裂縫是建筑工程中常見的現場，嚴重的影響建筑工程的整體質量，為了滿足現代建筑對美觀和質量的要求，本文分析混凝土開裂的主要原因，并且從結構設計角度提出有關的建議。

關鍵詞：混凝土；早期收縮；抗裂

一、混凝土早期性能特點

早期混凝土呈現典型的粘彈性和粘塑性，混凝土的強度、彈性模量、水化速度、熱膨脹系數等物理、力學及熱學性質經歷劇烈的變化，受到環境溫度影響很大，水化放熱速度快，導致混凝土收縮、開裂，最終決定混凝土早期收縮與開裂的表現。混凝土收縮受約束產生拉應力、拉應變和由于彈性模量不斷加強。早期的混凝土抗拉強度和彈性模量的發展比抗壓強度快，早期混凝土的粘彈性來說，徐變對混凝土的應力發展和變形性能會產生深遠影響。

二、混凝土早期開裂成因分析

近年來，混凝土早期開裂問題十分嚴重，很多結構施工期間出現不同程度的裂縫，一些大壩、橋面板在澆筑后的一段時間內出現貫穿性的裂縫，還有很多現澆梁、板在剛拆除模板澆筑后12h內出現不同程度的裂縫，一些現澆梁、板甚至拆模的養護的時候出現裂縫，大多數的早期裂縫都是由于變形因素造成的，也可以說是收縮作用的結果。而導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溫度高峰后降溫產生的，水泥水化的時候會放出很多熱量，由于水化放熱緩慢，與外界環境熱交換溫度下降，混凝土內、外散熱的條件不同，混凝土降溫的過程中出現收縮沿截面不一致，導致表層混凝土受拉。由于溫度升高產生溫度膨脹，由于混凝土流塑性狀態，升溫的過程中沿截面均勻，所以溫升膨脹過程對混凝土抗裂影響不大。還有就是由于晝夜溫差或者季節性的溫度變化會引起相應的溫度變形。

2.塑性收縮

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

（1）失水凝縮

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

（2）化學減縮

它的產生與外界濕度變化無關，主要是由于水泥熟料與水起化學反應的過程中，反應后生成物的平均密度比反應物小，從而產生了體系的體積收縮。若所選用的水泥品種的水化產物中化學結合水量越大，則最終的化學減縮量也越大。

（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生不均勻沉落，出現分層離析現象、粗骨料下沉，水泥凈漿上浮。當受到鋼筋或預埋件等阻擋時，使混凝土相互分離而開裂。這在現澆鋼筋混凝士結構中，尤其在采用泵送施工的混凝土工程中經常出現。

早期的塑性收縮裂縫通常是以上三類收縮共同作用的結果，這類裂縫發生在混凝土表面，裂縫較淺，中間寬兩端細，長短不一，且互不連貫。在養護不良的地方極易出現，呈龜裂狀。

3.干燥收縮

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

三、混凝土抗裂措施

1.減水劑對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，提高混凝土強度或在保持混凝土一定強度時減少混凝土水泥用量。而水灰比的降低，水泥用量的減少對降低混凝土的收縮應該是十分有利的。？

施工實踐中發現，減水劑的摻入也促進了水泥加速水化，特別是比表面積較大及含堿量較高的水泥。混凝土初期水化熱集中釋放，雖然減水劑的應用減少了混凝土水泥用量，由于設計人員在混凝土結構設計中考慮到對混凝土強度影響的種種因素，設計混凝土的配合比中水泥用量普遍偏大，因此水泥用量實際并未減少。高強混凝土大量應用，更加大了水泥用量，因此，水灰比的降低并不能彌補高的水化熱給收縮帶來的不利影響，加之許多國產減水劑（如脂肪族類、胺基磺酸鹽類）應用不當或摻量過大，也極易使混凝土產生大量泌水，加大了混凝土沉縮。選擇水化熱較低的水泥，適當的控制減水劑用量，嚴格控制混凝土泌水，是減少混凝土收縮開裂的重要因素。

2.緩凝劑對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，為防止混凝土內水化熱過高，也需混凝土適當的緩凝。對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，使混凝土硬化強度增大。

但是我國混凝土施工中，緩凝劑的用量普遍較大。有些施工單位要求混凝土供應單位混凝土凝結時間在一二十個小時，混凝土長期處在塑性狀態下，表面大量失水，模板、底基也大量吸水，長期處在塑性條件下的混凝土也極易產生骨料沉降，加大了混凝土沉縮。

塑性收縮對混凝土結構的影響是不均勻的，在所引起的拉應力作用下，體積變化的差異會造成混凝土開裂。在溫度、濕度、風速影響下，更會使混凝土收縮開裂加劇，緩凝劑的正確應用對減少混凝土塑性收縮，防止混凝土開裂十分重要。

3.引氣劑對混凝土收縮性能的影響

引氣劑在混凝土中的應用對改善混凝土和易性、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降低混凝土強度，更會增大混凝土泌水，水泥漿與骨料及鋼筋粘結性能下降，抗拉性能也會大幅度降低，混凝土早期裂縫增加。筆者長期觀察了JDU引氣劑在廣東、上海、蘇州的應用工程，未發現因摻入JDU引氣劑出現混凝土開裂現象。但在浙江本地也曾發現過量摻入松香皂類引氣劑引起的混凝土嚴重開裂。選用性能較好的引氣劑并控制摻量，會有利于防止混凝土的收縮開裂。

結語

混凝土早期收縮裂縫問題是混凝土耐久性的問題，養護作為確保混凝土耐久性能發展重要措施，加強早期養護、控制水分蒸發速度，對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量，增強企業的市場競爭能力。

參考文獻

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