化學縮減與溫度收縮對混凝土早期開裂的影響

肖金漢

摘 要：本文對引起混凝土早期開裂的因素進行了分析，主要從化學縮減和溫度收縮兩個方面進行了研究。結果表明混凝土的化學組成直接影響化學縮減量的大小，各個化學組分發生水化反應放出的溫度以及外界溫度的變化又會導致溫度收縮，進而使混凝土發生早期開裂。

關鍵詞：混凝土早期開裂；化學縮減；溫度收縮

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.012

1 引言

混凝土的早期開裂問題直接影響混凝土在工程中的應用，在混凝土發生初步凝結硬化后，產生的原因體積形變由于受到約束會使混凝土內部產生應力，當這種內應力大于混凝土的抗拉強度后，混凝土就會發生早期開裂[1]。有關早期開裂問題的研究一直以來都是學者關注的重點，通過眾多學者的努力，混凝土中水泥組分水化反應、顯微結構變化以及外界環境等導致早期開裂的因素被逐步揭示[2，3]。本文分析了化學縮減和溫度收縮對混凝土早期開裂的影響。

2 化學縮減對混凝土早期開裂的影響

混凝土中的主要成分為C3S、C2S、C3A和C4AF，這些成分與水之間的水化反應會使混凝土發生化學縮減，進而導致混凝土體積的改變，使其發生早期開裂的現象，各組分與水發生的反應方程式如式1所示：

（1）

式1中的各個反應物與生成物之間存在體積的差異，即為化學縮減（CS），計算公式如式2所示：

（2）

式2中，攪拌前混凝土的體積和水的體積分別用用Vci和Vwi表示，發生水化反應后混凝土的體積和水的體積分別用Vc和Vw表示，生成的水化產物的體積用Vhy表示。

除了上述方法外，還可以根據組分的分子量和密度計算混凝土的化學縮減，式1中的各個反應均為放熱反應，當混凝土與水接觸的瞬間化學縮減即刻發生，在反應開始的幾小時或幾天內化學縮減的速率會逐漸達到最大值，以混凝土中C3S為例，反應物C3S和生成物C3S2H3的分子體積分別表示為Vb和Vr，二者之差Vs為體積收縮（大小為24.290），Vs和C3S的摩爾質量之比為單位質量的C3S發生水化反應后產生的化學縮減，大小為0.0532，以此類推獲得各個組分的單位質量的化學縮減，結果列于表1中，之后利用各個組分的質量百分含量即可算出混凝土的化學縮減量，如式3所示：

（3）

結合表1數據和式3可以看出，C3A對混凝土的化學縮減影響最大， C3A含量越多，混凝土的化學縮減也越大；C2S對化學縮減的影響較小，C2S含量較大時，混凝土的化學縮減較小，同時混凝土的水灰比對化學縮減不存在影響，因此混凝土的化學縮減只和化學成分有關。

3 溫度收縮對混凝土早期開裂的影響

混凝土由于水化反應放熱，在早期會出現溫度上升，當溫度到達峰值后會逐漸降低，伴隨著溫度的降低混凝土的體積會逐漸減小，這種由于溫度變化而引起的收縮稱為溫度收縮，而溫度收縮也會對混凝土的早期開裂產生影響。

（4）

式4所示為混凝土溫度收縮ε的計算公式，式中，α為混凝土的熱膨脹系數，ΔT為溫度梯度。

溫度時引起混凝土溫度收縮的關鍵因素，除了組分水化反應導致的溫度變化外，外界溫差也會使混凝土發生體積變化。圖1所示為外界溫度對混凝土形變影響的示意圖，將混凝土制成板狀，造成陽光直射，板狀混凝土表面溫度升高，而底層受熱較少，因此板狀混凝土的表面會拱起；白天時，板狀混凝土整體受熱均勻，只會發生橫向伸長；夜晚時表面溫度的降低大于底層，因此表面會發生凹陷。

4 結論

綜上所述，化學縮減與溫度收縮會對混凝土的早期開裂產生影響，混凝土的成分及各成分的含量對化學縮減存在直接影響，含C3A較多的混凝土其化學縮減也較大；溫度差異是引起溫度收縮的主要因素，包括組分水化反應放出的熱量以及外界溫度的變化，都會導致混凝土發生溫度收縮，進而導致早期開裂。

參考文獻：

[1]張艷玲，吳笑梅.混凝土早期開裂因素的初探[J].混凝土，2015

（05）：18-21.

[2]王雪芳，鄭建嵐，晁鵬飛.礦物摻合料對混凝土早期開裂性能的影響[J].中國礦業大學學報，2007，36（06）：786-772.

[3]雷保棟，彭小金.基于溫度對大體積混凝土裂縫的影響分析[J]. 山西建筑，2009，35（07）：165-166.