关于混凝土材料收缩与开裂相关分析

李杨

摘    要：混凝土具有较强的应用性，是各种建筑工程不可缺少的基本组成原料。但是，混凝土裂缝一直是导致建筑工程质量降低的一个通病。混凝土裂缝的存在往往是建筑物受到外界物质侵蚀的一个渠道，间接的降低建筑工程的使用寿命。研究发现，混凝土的原材料对其裂缝的影响较大。

关键词：混凝土材料;收缩;开裂

1  引言

近年来，随着社会经济的快速发展和城市化进程的加快，我国工程建设过程中对混凝土材料的需求越来越大。然而，混凝土材料的质量决定了工程的质量。因此，研究混凝土材料的收缩开裂问题具有重要的意义。本文首先介绍了影响混凝土材料收缩开裂的因素，然后进一步分析了混凝土材料的评价方法。最后，对如何提高混凝土材料的抗裂性能提出了相应的措施。

2  混凝土裂缝概述

一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。水泥和水在凝固和硬化过程中形成水泥块以将骨料粘结在一起。由于混凝土中存在液体和孔隙，因此实际上它是一种不密实的混合物，主要依靠骨料和水泥胶块中的结晶体组成的弹性骨架来承受外力。在诸如外力、变形和混凝土约束等一系列因素的影响下，会出现裂缝。混凝土裂缝已成为工程中常见的工程病害。如果混凝土内部的增强材料被腐蚀，钢筋混凝土结构的承载力、耐久性和使用价值将减少，甚至人们的生命、财产安全也会受到直接威胁。

3  几种常见的收缩及产生的原因

3.1  塑性收缩裂缝

塑性收缩和裂缝塑性收缩是商品混凝土在初凝前的塑性阶段失水形成的。通常，由于水泥的高水化热，同时在春季和夏季，室外温度高，湿度低，新浇筑的混凝土表面迅速蒸发。随着混凝土表面的水分蒸发，内部水分逐渐向外流动、迁移，导致塑性阶段混凝土的体积收缩。在高阳光和大风的环境中，如果不采取相应措施，内部水分迁移速度小于地表水蒸发速度，混凝土表面的收缩应力远大于抗拉强度混凝土等在混凝土表面产生大量不规则的微裂缝。此时，如果没有施加压力并及时覆盖，则这种裂缝将迅速延伸到内部，并且在严重的情况下，将形成裂缝。当浇注大流动性混凝土时，混凝土梁的早期沉降或混凝土的浇筑受到表面钢筋的阻碍，并且发生混凝土的收缩变形裂缝。

3.2  干燥收缩裂缝

混凝土的干燥收缩在固化去除后开始，早期的收缩裂缝很细微。 随着时间的推移，混凝土的水分蒸发量和干缩量增加，裂缝变得越来越明显。

3.3  温差收缩裂缝

热膨胀和收缩导致混凝土水泥水化并释放热量，导致混凝土的内部温度升高。 水化温度至峰值后，逐渐冷却，形成内外温差，从而形成温差收缩裂缝。当混凝土的表面温度和温度差异太大时，如筏板基础等大体积混凝土，会发生温差收缩裂缝。

3.4  自收缩裂缝

混凝土自收缩，就像干收缩一样，是由水分的迁移引起的。然而，这并不是因为水向外蒸发和消散，而是由于水泥水化过程中的耗水导致凝胶孔的液面减小，形成半月板，从而导致混凝土的白干效应和相对湿度的减小。自收缩变形裂缝水泥水化反应后，反应物的体积与剩余自由体积之和小于反应前水泥混凝土与水体积之和。根据资料，约减小0.5%的体积是混凝土自收缩的原因，也是水泥水化过程的化学特征。水化反应收缩主要形成混凝土的内部孔隙，如果養护不及时或养护时间太短，就会出现收缩裂缝。干缩裂缝水泥在水化过程中不断消耗水分。当混凝土养护不好或内部水分不足时，混凝土细孔的耗水量过大，导致长、细孔产生负压，使混凝土内部出现自收缩裂缝。

4  混凝土材料的防裂性能措施的提升

混凝土材料在不同条件下开裂的现象和原因也有很大的不同，而且存在着比较复杂的多样性。例如，由于混凝土本身的收缩，高强混凝土在浇筑后的湿养护中应做好，特别是当环境温度和混凝土温度过高时，应更好地做好养护工作。然而，就现行有关规范和标准而言，仅对普通混凝土材料设定了有关养护方法，即加强对混凝土材料的养护，而不是随意延长养护时间。

4.1  改善配合比中的骨料体积含量预防开裂

混凝土配合比中骨料的体积含量对于混凝土的收缩性能有着重要影响。对于普通混凝土而言，骨料的弹性模量较高，它对凝胶体的收缩产生抵抗作用，对提高混凝土的抗裂性有利。一般而言，混凝土中的骨料体积达到70%时，混凝土的收缩量趋于平稳的较小值。如果在较高强度的混凝土中，水泥和掺合料的用量得不到控制，致使骨料体积含量低于68%时，混凝土的收缩值将大大增加。因此，在这样的情况下，应当选择合适的高效外加剂，最大限度地减小用水量和胶凝材料总量。

4.2  控制混凝土用水量预防开裂

水是制备混凝土的重要原料之一。在混凝土的配制过程中，水的用量对混凝土的质量有一定的影响。水对混凝土裂缝的影响不是很大，因此有必要与其他原材料配合使用，才能使混凝土产生裂缝。如果混凝土加水量较少，水泥浆体就会出现失水现象，从而导致混凝土收缩并产生裂缝。一般来说，混凝土中水的含量是引起混凝土裂缝的关键。混凝土在拌和时，应根据配合比控制用水量，并根据原材料（砂、石）的含水率及时调整耗水量和水灰比。施工前对混凝土拌合用水进行检测，合格后使用，夏季搅拌前控制水温，不要使用温度过高的水，否则会增加混凝土热化，促进提前产生裂缝。

4.3  采用掺入粉煤灰法预防开裂

目前，温度收缩是混凝土开裂的重要原因之一。在这种情况下，粉煤灰的相对掺量可以有效地防止裂缝的发生。在满足强度等级要求的情况下，掺入一定量的粉煤灰避免早期混凝土材料强度过高，以进一步有效地防止早期混凝土材料开裂现象的发生。同时，与纯水泥型混凝土相比，掺粉煤灰混凝土应及时覆盖，并借助覆盖措施达到保温保湿的目的，以防止裂缝的发生。然而我们应注意在进行养护时，避免采用浸水或者洒水的措施。

4.4  控制水化热预防开裂

众所周知，混凝土引起收缩的原因，在硬化初期主要是由于水泥的水化作用，形成一种新的水泥结晶体，这种结晶体化合物较原材料体积小，因而引起混凝土体积的收缩，即所谓的凝缩，后期主要是混凝土内自由水蒸发而引起的干缩。而且，如果混凝土处在一个温度变化较大的环境下，将会使其收缩更为加剧。如施工发生的夏季炎热气温下，石子表面温度升高，使石子体积膨胀，拌制成混凝土后，石子受冷收缩，使混凝土表面出现发丝裂缝;混凝土浇捣后未及时浇水养护，混凝土在较高温度下失水收缩，水化热释放量较大，而又未及时得到水分的补充，因而在硬化过程中，现浇板受到支座的约束，势必产生温度应力而出现裂缝，这些裂缝也首先产生在较薄弱的部位，即板角处.另外，室内外温差变化较大，也要引起一定的裂缝。

5  结束语

本文分析了影响混凝土材料收缩开裂的因素，提出了提高混凝土材料抗开裂性能的措施，只有对影响混凝土收缩开裂的原因进行分析，才能保证混凝土的良好使用，提高施工质量。

参考文献：

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[2] 张风臣.高性能混凝土的收缩和应用研究[D].兰州理工大学，2005.

[3] 冯浩.超高性能混凝土早期塑性收缩开裂的研究[D].湖南大学，2014.