化学缩减与温度收缩对混凝土早期开裂的影响

肖金汉

摘 要：本文对引起混凝土早期开裂的因素进行了分析，主要从化学缩减和温度收缩两个方面进行了研究。结果表明混凝土的化学组成直接影响化学缩减量的大小，各个化学组分发生水化反应放出的温度以及外界温度的变化又会导致温度收缩，进而使混凝土发生早期开裂。

关键词：混凝土早期开裂；化学缩减；温度收缩

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

1 引言

混凝土的早期开裂问题直接影响混凝土在工程中的应用，在混凝土发生初步凝结硬化后，产生的原因体积形变由于受到约束会使混凝土内部产生应力，当这种内应力大于混凝土的抗拉强度后，混凝土就会发生早期开裂[1]。有关早期开裂问题的研究一直以来都是学者关注的重点，通过众多学者的努力，混凝土中水泥组分水化反应、显微结构变化以及外界环境等导致早期开裂的因素被逐步揭示[2，3]。本文分析了化学缩减和温度收缩对混凝土早期开裂的影响。

2 化学缩减对混凝土早期开裂的影响

混凝土中的主要成分为C3S、C2S、C3A和C4AF，这些成分与水之间的水化反应会使混凝土发生化学缩减，进而导致混凝土体积的改变，使其发生早期开裂的现象，各组分与水发生的反应方程式如式1所示：

（1）

式1中的各个反应物与生成物之间存在体积的差异，即为化学缩减（CS），计算公式如式2所示：

（2）

式2中，搅拌前混凝土的体积和水的体积分别用用Vci和Vwi表示，发生水化反应后混凝土的体积和水的体积分别用Vc和Vw表示，生成的水化产物的体积用Vhy表示。

除了上述方法外，还可以根据组分的分子量和密度计算混凝土的化学缩减，式1中的各个反应均为放热反应，当混凝土与水接触的瞬间化学缩减即刻发生，在反应开始的几小时或几天内化学缩减的速率会逐渐达到最大值，以混凝土中C3S为例，反应物C3S和生成物C3S2H3的分子体积分别表示为Vb和Vr，二者之差Vs为体积收缩（大小为24.290），Vs和C3S的摩尔质量之比为单位质量的C3S发生水化反应后产生的化学缩减，大小为0.0532，以此类推获得各个组分的单位质量的化学缩减，结果列于表1中，之后利用各个组分的质量百分含量即可算出混凝土的化学缩减量，如式3所示：

（3）

结合表1数据和式3可以看出，C3A对混凝土的化学缩减影响最大， C3A含量越多，混凝土的化学缩减也越大；C2S对化学缩减的影响较小，C2S含量较大时，混凝土的化学缩减较小，同时混凝土的水灰比对化学缩减不存在影响，因此混凝土的化学缩减只和化学成分有关。

3 温度收缩对混凝土早期开裂的影响

混凝土由于水化反应放热，在早期会出现温度上升，当温度到达峰值后会逐渐降低，伴随着温度的降低混凝土的体积会逐渐减小，这种由于温度变化而引起的收缩称为温度收缩，而温度收缩也会对混凝土的早期开裂产生影响。

（4）

式4所示為混凝土温度收缩ε的计算公式，式中，α为混凝土的热膨胀系数，ΔT为温度梯度。

温度时引起混凝土温度收缩的关键因素，除了组分水化反应导致的温度变化外，外界温差也会使混凝土发生体积变化。图1所示为外界温度对混凝土形变影响的示意图，将混凝土制成板状，造成阳光直射，板状混凝土表面温度升高，而底层受热较少，因此板状混凝土的表面会拱起；白天时，板状混凝土整体受热均匀，只会发生横向伸长；夜晚时表面温度的降低大于底层，因此表面会发生凹陷。

4 结论

综上所述，化学缩减与温度收缩会对混凝土的早期开裂产生影响，混凝土的成分及各成分的含量对化学缩减存在直接影响，含C3A较多的混凝土其化学缩减也较大；温度差异是引起温度收缩的主要因素，包括组分水化反应放出的热量以及外界温度的变化，都会导致混凝土发生温度收缩，进而导致早期开裂。

参考文献：

[1]张艳玲，吴笑梅.混凝土早期开裂因素的初探[J].混凝土，2015

（05）：18-21.

[2]王雪芳，郑建岚，晁鹏飞.矿物掺合料对混凝土早期开裂性能的影响[J].中国矿业大学学报，2007，36（06）：786-772.

[3]雷保栋，彭小金.基于温度对大体积混凝土裂缝的影响分析[J]. 山西建筑，2009，35（07）：165-166.