浅谈混凝土的早期收缩与抗裂

丁文广

摘要：随着我国经济的快速发展，建筑工程同样发展迅速，但是由于混凝土裂缝是建筑工程中常见的现场，严重的影响建筑工程的整体质量，为了满足现代建筑对美观和质量的要求，本文分析混凝土开裂的主要原因，并且从结构设计角度提出有关的建议。

关键词：混凝土；早期收缩；抗裂

一、混凝土早期性能特点

早期混凝土呈现典型的粘弹性和粘塑性，混凝土的强度、弹性模量、水化速度、热膨胀系数等物理、力学及热学性质经历剧烈的变化，受到环境温度影响很大，水化放热速度快，导致混凝土收缩、开裂，最终决定混凝土早期收缩与开裂的表现。混凝土收缩受约束产生拉应力、拉应变和由于弹性模量不断加强。早期的混凝土抗拉强度和弹性模量的发展比抗压强度快，早期混凝土的粘弹性来说，徐变对混凝土的应力发展和变形性能会产生深远影响。

二、混凝土早期开裂成因分析

近年来，混凝土早期开裂问题十分严重，很多结构施工期间出现不同程度的裂缝，一些大坝、桥面板在浇筑后的一段时间内出现贯穿性的裂缝，还有很多现浇梁、板在刚拆除模板浇筑后12h内出现不同程度的裂缝，一些现浇梁、板甚至拆模的养护的时候出现裂缝，大多数的早期裂缝都是由于变形因素造成的，也可以说是收缩作用的结果。而导致混凝土收缩主要是由于温度作用和湿度作用。

1.温度收缩

温度收缩主要是混凝土在水泥水化放热出现温度高峰后降温产生的，水泥水化的时候会放出很多热量，由于水化放热缓慢，与外界环境热交换温度下降，混凝土内、外散热的条件不同，混凝土降温的过程中出现收缩沿截面不一致，导致表层混凝土受拉。由于温度升高产生温度膨胀，由于混凝土流塑性状态，升温的过程中沿截面均匀，所以温升膨胀过程对混凝土抗裂影响不大。还有就是由于昼夜温差或者季节性的温度变化会引起相应的温度变形。

2.塑性收缩

塑性收缩发生在混凝土终凝前的塑性阶段，通常在浇筑后（4～15）h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，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。塑性收缩又可以细分为失水凝缩、化学减缩、沉降收缩三类。

（1）失水凝缩

新拌混凝土在激烈的水化过程中，出现泌水或因受外界温、湿度的作用，水分从混凝土内部向外迁移，并在表面迅速蒸发造成失水凝缩。这类收缩多发生在干热与刮风天气中。

（2）化学减缩

它的产生与外界湿度变化无关，主要是由于水泥熟料与水起化学反应的过程中，反应后生成物的平均密度比反应物小，从而产生了体系的体积收缩。若所选用的水泥品种的水化产物中化学结合水量越大，则最终的化学减缩量也越大。

（3）沉降收缩

这类收缩形成原因是混凝土组成材料在浇捣后发生不均匀沉落，出现分层离析现象、粗骨料下沉，水泥净浆上浮。当受到钢筋或预埋件等阻挡时，使混凝土相互分离而开裂。这在现浇钢筋混凝士结构中，尤其在采用泵送施工的混凝土工程中经常出现。

早期的塑性收缩裂缝通常是以上三类收缩共同作用的结果，这类裂缝发生在混凝土表面，裂缝较浅，中间宽两端细，长短不一，且互不连贯。在养护不良的地方极易出现，呈龟裂状。

3.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，水泥浆体的干缩増大。干缩主要发生在浇筑后（3～90）d龄期内；事实上，若养护不好，早期期（龄期<3d前）的干缩相当大。干缩是混凝土浇捣3d以后的最主要收缩组成部分，在后期，干缩的发展往往与荷载因素共同作用，从而加速裂缝的产生。

三、混凝土抗裂措施

1.减水剂对混凝土收缩性能的影响？

减水剂的主要作用是改善混凝土和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少混凝土水泥用量。而水灰比的降低，水泥用量的减少对降低混凝土的收缩应该是十分有利的。？

施工实践中发现，减水剂的掺入也促进了水泥加速水化，特别是比表面积较大及含碱量较高的水泥。混凝土初期水化热集中释放，虽然减水剂的应用减少了混凝土水泥用量，由于设计人员在混凝土结构设计中考虑到对混凝土强度影响的种种因素，设计混凝土的配合比中水泥用量普遍偏大，因此水泥用量实际并未减少。高强混凝土大量应用，更加大了水泥用量，因此，水灰比的降低并不能弥补高的水化热给收缩带来的不利影响，加之许多国产减水剂（如脂肪族类、胺基磺酸盐类）应用不当或掺量过大，也极易使混凝土产生大量泌水，加大了混凝土沉缩。选择水化热较低的水泥，适当的控制减水剂用量，严格控制混凝土泌水，是减少混凝土收缩开裂的重要因素。

2.缓凝剂对混凝土收缩性能的影响

在大体积泵送混凝土及商品混凝土施工中，为减少混凝土坍落度损失，需掺用大量欢凝剂。在夏季高温施工中，为防止混凝土内水化热过高，也需混凝土适当的缓凝。对防止混凝土集中放热减少收缩有利。掺用缓凝剂使混凝土中水化物生成较慢，水泥颗粒的空隙使生成的水化物分布更均匀，使混凝土硬化强度增大。

但是我国混凝土施工中，缓凝剂的用量普遍较大。有些施工单位要求混凝土供应单位混凝土凝结时间在一二十个小时，混凝土长期处在塑性状态下，表面大量失水，模板、底基也大量吸水，长期处在塑性条件下的混凝土也极易产生骨料沉降，加大了混凝土沉缩。

塑性收缩对混凝土结构的影响是不均匀的，在所引起的拉应力作用下，体积变化的差异会造成混凝土开裂。在温度、湿度、风速影响下，更会使混凝土收缩开裂加剧，缓凝剂的正确应用对减少混凝土塑性收缩，防止混凝土开裂十分重要。

3.引气剂对混凝土收缩性能的影响

引气剂在混凝土中的应用对改善混凝土和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。引气剂也能有效防止混凝土泌水沉降。大部分引气剂都能提高混凝土抗拉强度，掺引气剂的混凝土徐变有一定增大，十分有利于混凝土抗裂性能。但任意增大掺量或采用性能较差的引气剂不但会降低混凝土强度，更会增大混凝土泌水，水泥浆与骨料及钢筋粘结性能下降，抗拉性能也会大幅度降低，混凝土早期裂缝增加。笔者长期观察了JDU引气剂在广东、上海、苏州的应用工程，未发现因掺入JDU引气剂出现混凝土开裂现象。但在浙江本地也曾发现过量掺入松香皂类引气剂引起的混凝土严重开裂。选用性能较好的引气剂并控制掺量，会有利于防止混凝土的收缩开裂。

结语

混凝土早期收缩裂缝问题是混凝土耐久性的问题，养护作为确保混凝土耐久性能发展重要措施，加强早期养护、控制水分蒸发速度，对于防止混凝土塑性收縮与早期干燥收缩有重要的意义，直接的增加建筑工程质量，增强企业的市场竞争能力。

参考文献

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