混凝土收缩裂缝机理与控制

钢筋混凝土收缩裂缝机理与控制

王欣

西南石油大学 201422000294

摘要：钢筋混凝土收缩裂缝机理与控制，全文共3个部分：1、研究混凝土裂缝的原因 2、钢筋混凝土收缩裂缝产生原因 3、钢筋混凝土收缩裂缝的控制。较全面地论述了钢筋混凝土收缩裂缝产生的原因和影响因素以及对收缩裂缝的控制措施。

关键词：钢筋混凝土收缩裂缝；收缩裂缝产生的原因；自收缩；干燥收缩；控制措施

Reinforced concrete shrinkage crack mechanism and control

WANGXIN

Southwest petroleum university 201422000294

Abstract: reinforced concrete shrinkage crack mechanism and control，the full text altogether three parts: 1、a study of the causes of concrete cracks 2、 reinforced concrete shrinkage crack reason 3，cntrol of reinforced concrete shrinkage crack.More comprehensively discusses the reasons for causing crevices of reinforced concrete shrinkage and shrinkage crack of influence factors and control measures

Keywords：reinforced concrete shrinkage crack；The causes of shrinkage crack；Autogenous shrinkage；drying shrinkage；control measures

1、研究混凝土收缩裂缝的原因

混凝土作为目前用量最大的一种建筑材料，其最大的缺点就是易产生裂缝。目前混凝土结构裂缝问题，是混凝土工程建设普遍的技术问题。而混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的

如地下工程(地下室、地下仓库、地下人防工程等)，若出现裂缝，将会产生大量的渗水。使地下工程的使用性能降低或不能使用；而厂房和住宅、办公楼的墙、板、柱、粱出现裂缝后，影响外观，使用寿命。有严重裂缝的建筑物将会威胁到人们的生命和财产安全。故在某些施工验收规范和工程都是不允许混凝土结构出现有明显的裂缝。所以减少和防止混凝土结构的开裂特别是防止大的裂缝具有特别重要的意义。

2、混凝土收缩裂缝产生的原因

2.1收缩裂缝的分类

混凝土收缩裂缝分为自收缩裂缝和干燥收缩裂缝两种 2.2收缩裂缝产生的机理

当表面失水速率超过实际泌水速率时，新拌混凝土迅速干燥。如果近表面的混凝土已经稠硬，不能流动，但其强度又不足以抵抗因收缩受到所引起的应力时，就产生开裂。

即当泌水速率<蒸发速率→开裂 自收缩裂缝产生的原因

在与外界没有水分交换的条件下，混凝土内部自干燥作用引起的宏观体积收缩产生了自

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收缩裂缝。混凝土的自收缩裂缝从初凝以后开始产生，在已硬化的水泥浆体中。未水化的水泥继续水化是产生自生收缩的主要原因。水化使孔隙尺寸减小并消耗水分，如无外界水分补给，就会引起毛细水负压使硬化水化产物受压产生体积变化即自生收缩。 干燥收缩裂缝产生的原因

干燥收缩是水泥基混凝土的固有特性，是混凝土在未饱和空气中向外界散失水分而产生的收缩。浇注时呈流动状态的混合介质，硬化后呈固体状态。除了硬化生成硅酸钙等固体物质，这是一个化学过程以外，还伴随着一个蒸发失水干燥的物理过程，养护不好就出现干燥收缩裂缝。混凝土的蒸发干燥速度大于泌水速度时，表面开始收缩，但由于此时的混凝土有足够塑性，能适应体积变化而不开裂，之后，混凝土因凝结而变稠，塑性降低，而蒸发又继续不断就有可能引起塑性开裂，最后，当混凝土终凝后硬化，便开始了硬化混凝土的干燥收缩。

3、钢筋混凝土收缩裂缝的控制

3.1影响混凝土干燥收缩裂缝的主要因素 （1）水泥

图1

各种型号硅酸盐水泥中，还不能说某一型号水泥的收缩肯定比另一种大或小，美国ASTM I型水泥的净浆6个月干燥收缩值可从0.15%变化到0.6%以上，平均为0.3%。ASTM I型水泥的净浆在养护早期的收缩量平均要比I型水泥小得多，但28天的收缩值二者大致相同。可以肯定的是水泥中的石膏比值对收缩值有重大影响，水泥制造厂通过优化石膏含量来调节由于水泥组分不同造成的收缩差异。此外，水泥细度愈大；收缩量会有所增加，但其影响不大。如果有条件的话采用低热水泥可能是减小干缩裂缝的最有效的措施之一。 （2）骨料类型和骨料用量

粗、细骨料占混凝土总体积的65%—75％，对混凝土的收缩有很大影响。粗、细骨料了水泥浆体的自由收缩，使混凝土的收缩量减少到只有浆体收缩量的几分之一。

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表1 同一水泥不同参数测定收缩值

骨料的弹性模量越高，减少收缩作用越明显，骨料的吸水性反映了骨料孔隙率的大小，也影响骨料的弹性模量．弹性模量低的吸水率通常较高。表1是Carlson用同一种水泥、相同的用水量配制的不同骨料混凝土的收缩值比较。砂岩、板岩、石英岩收缩值较大，而花岗岩、石灰岩要好些。

图2 骨料用量对混凝土与水泥浆干缩的影响

从图2中可以看出骨料用量大和最大粒径多的可减少收缩。 （3）用水量，水泥用量、水灰比

用水量及水泥用量是影响干缩的重要因素

图3 混凝土用水量以水泥用量与干缩的关系

如能在增加水泥量的同时减少混凝土的砂率，混凝土的收缩值仍可做到没有明显变化。增加水灰比也使收缩值增加，这从用水量、水泥用量和水灰比三者之中只有二个是的关

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系就可推知，其中影响最大的是用水量。

图4 水灰比对水泥浆干缩的影响

由图4可知，365天龄期水灰比0.65较0.26者其干缩值大一倍。 （4）粉煤灰等火山灰质掺料

火山灰质矿物掺台料的种类较多，成份不一，有些会使需水量增大从而加大收缩，有的即使不影响用水量也会增加收缩量。也有不少试验资料认为粉煤灰混凝土的收缩量比不掺粉煤灰的混凝土要小些。

图5 粉煤灰混凝土自收缩曲线

图5为不同粉煤灰含量、不同水胶比的混凝土从初凝至7d龄期的自收缩发展曲线。由图可见：

1） 粉煤灰混凝土自收缩随龄期的变化与纯水泥混凝土相似，均可划分为明显不同的两段：

初凝至1d前，自收缩快速增长，混凝土1d的自收缩即达到7d总收缩的80%以上；随后趋于平缓，自收缩发展明显减慢。水化早期，浆体的水化反应较快，混凝土的强度较低，在毛细孔负压作用下，试样自收缩发展较快;水化中后期，浆体水化反应减慢，试样强度增加，浆体结构能抵抗毛细孔负压作用，试样自收缩趋于稳定。

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2） 粉煤灰混凝土与纯水泥混凝土均随水胶比的减小而增加；粉煤灰混凝土与纯水泥混凝土

相比，自收缩明显降低，且随粉煤灰掺量的增加成比 例降低。这主要是因为粉煤灰早期(14d前)基本不参与水化反应，因此在水胶比不变的条件下，增加粉煤灰的掺量相当于减少了早期参与水化反应的胶凝材料量，增大了有效水灰比。由于用水量不变，所以水化产物所需要填充的孔隙基本不变。

3） 粉煤灰替代部分水泥后，浆体早期的水化程度降低，水化产物对内部结构的填充作用减

弱。粉煤灰掺量增加，水泥石内部结构变得疏松，粗毛细孔含量提高，细毛细孔含量降低，毛细孔内的自由水含量增多，临界半径增大，毛细管负压作用降低，因此粉煤灰混凝土的自收缩减小。 （5）环境条件

环境因素关系到混凝土表面蒸发速度或失水程度。

图6 不同风速和相对湿度下的水分蒸发速度

图6表示大气温度和混凝土温度均为30度时，不同风速和相对湿度下的水分蒸发速度。当混凝土失水时，开始丧失水分的是较大孔径中的毛细孔隙水，所以相应的收缩值较小。 （6）构件尺寸

构件尺寸主要影响混凝土内部水分丧失的速率，因而影响收缩的速率。研究表明，将混凝土置于50%相对湿度的环境中，混凝土从表面逐渐向内干燥，一个月后可深入到7.5cm深处，而10年后也只能深入到60cm。处理具体工程实践时，实际尺寸构件与试验室小试件的差别必须予以考虑。 3.2控制收缩裂缝的措施 （1）配制低收缩量的混凝土

减少拌和水的用量对于减小收缩最为重要，其次是加大粗骨料的最大粒径和骨料含量，挑选刚度大的骨料品种。不论是哪种强度等级的混凝土，尽量减少水泥用量应作为配比设计的一个重要原则。

（2）降低混凝土的干燥速率，延缓表面水分损失

正确的养护对于延缓混凝土收缩十上分重要，尤其是早期头几个小时和浇筑当天的养护。模板外侧应保持湿润，木模宜浇水，钢模则可外铺保水的覆盖层，在保证混凝土强度达到一定数值的前提下，宜尽早松开模板，并将养护注入。拆除模板后，仍应该保证暴露的混 凝士表面不受阳光和风的直接作用并使之潮湿。在到达规定的养护时间(至少7天，并以10天为好)后，覆盖层仍应保留若干天(如4天)但不再浇水，使混凝上表面能缓慢干燥。 （3）降低混凝土水化热

a、选择水化热低的水泥，优先选用矿渣硅酸盐水泥、 火山灰质硅酸盐水泥 、粉煤灰

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硅酸盐水泥。

b、掺入高效减水剂，以增加混凝土的和易性。

c、掺加缓凝剂，使混凝土能在较长时间内保持塑性， 从而调节新拌混凝土的凝结时间，减少水化热。 （4）掺UEA膨胀剂

掺入UEA膨胀剂， 以抵消混凝土干缩时产生的拉应力，补偿混凝土因为失水而在早期产生的收缩裂缝，提高混凝土的密实度。

4、结束语

混凝土开裂产生裂缝，裂缝的存在和发展是内部钢筋受腐蚀的重要原因，混凝土裂缝将使混凝土结构的承载能力，耐久性及抗渗能力大大降低，所以对于混凝土裂缝产生的原因的研究显得越发重要。本文仅仅是浅显分析了混凝土收缩裂缝产生的机理和相应的控制措施，仍有很多不足之处，对于裂缝的有效控制措施和修复的方法，还需要广达的研究工作者进一步探究。 参考文献

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