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混凝土收缩是产生裂缝的重要原因
2019-7-22 9:45:00
 
混凝土的收缩是指混凝土在凝结硬化及使用过程中产生的化学反应、水份变化和温度变化等引起的体积减小,按照形成原因可以简单分为温度收缩和失水收缩。温度收缩主要由水泥水化期间引起的温差收缩,混凝土失水现象是另一个引起收缩的因素,失水收缩包括水化消耗水和外部环境作用下的干燥失水。由于混凝土结构所处的环境复杂,其收缩一般为多种因素叠加引起的,而不是单一因素造成的,具体包括塑性收缩、自收缩、干燥收缩、温度收缩、化学收缩和碳化收缩六类。因此,仅仅重视其中一个因素而忽视其他因素的影响很难有效控制裂缝的产生。
(1)塑性收缩
混凝土浇筑后,一直存在蒸发现象,即使空气湿度特别大(只要湿度小于100%),当混凝土表面蒸发速度大于混凝土泌水速度时,便会产生收缩,因为发生在混凝土的塑性阶段所以被称为塑性收缩。当塑性收缩产生的应力大于混凝土自身抗拉力时就会引起塑性开裂,混凝土初凝前不具备强度,微弱的收缩拉力都会造成混凝土产生裂缝。
在干燥的环境中,再加上风和高温的作用,混凝土如果不能及时养护,一直处于失水状态,在面积的工程部位,如道路、地坪、楼板等,更容易失水产生裂缝。混凝土浇筑前对模板和垫层进行湿润或刷油处理,浇筑完成后即采用密封保水方法对混凝土进行养护,如遇高温或大风天气,浇筑完成后立即进行覆膜覆盖、洒水养护,并适当延长对混凝土的养护时间。不能进行覆盖养护的应及时对混凝土表面进行抹压,消除泌水通道,弥合已经形成的裂缝,但应注意避免抹压过度,使结构形状改变。此外,混凝土沉降引起的裂缝通常也是塑性开裂的一种,一般发生在混凝土坍落度偏大,匀质性差时容易出现。如混凝土浇筑、发生分层、离析现象,混凝土骨料下沉过程中受到钢筋的阻挡造成钢筋上方仅剩砂浆,钢筋上方混凝土过薄就容易产生塑性沉降顺筋裂缝。
(2)自收缩
自收缩是指混凝土或其他水泥基材料在恒温密封条件下,在表观体积或长度上的减小。混凝土初凝后,内部的水分虽然难以向外部散失,但随着水化的进行混凝土内部的水分逐渐降低导致毛细孔液面形成弯月面,使毛细孔压升高而产生毛细孔负压,引起混凝土的自收缩。随着高效减水剂的使用,混凝土水胶比的大幅度降低,混凝土的自收缩现象越来越引起人们的关注,已经不可忽略。抑制自收缩的手段通常有加强养护,使用减缩剂,掺入矿物掺合料,选用低C3A、C4AF和高C2S的水泥可以降低自收缩。
(3)干燥收缩
干燥收缩是混凝土停止保湿养护后,在干燥的空气中由于水分散失引起的不可逆收缩,随着相对湿度的降低,水泥浆体的干燥收缩逐渐增大。一般认为,干燥收缩发生在混凝土硬化后,随着湿度进一步降低引起水泥浆体开始失去较小毛细孔中的水,在毛细孔中形成弯液面对硬化浆体产生负压会引起收缩,引起干燥收缩的主要是物理吸附水的散失。一般来说,混凝土干燥收缩的大小受环境、水泥用量和品种、水胶比、外加剂、矿物掺合料品种和掺量、砂率及骨料的种类影响。
(4)温度收缩
水泥水化是放热反应,而混凝土的导热性差,造成内外温度存在差异,在物体热胀冷缩的特性下,在不同的部位导致体积变化的差异,当这种体积变形差异所引起的拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,会产生收缩开裂。一般情况下,混凝土的温度收缩与其本身及各成分的热膨胀系数、内部温度和降温速度等因素有关。对于热传导差的大体积而言,如果不采取保温措施,当混凝土外部接近环境温度时,内部温度可能仍处于高温或上升阶段,此时的混凝土内部高温膨胀,外部降温收缩,限制内部膨胀。混凝土内外温度变化不同产生的收缩(膨胀)也不同,使得毛细孔水的表面张力随着温度下降而增大,孔壁受到的收缩力增大导致水泥石的收缩。混凝土、浆体、骨料和混凝土内部的毛细孔水的热膨胀系数的差别造成混凝土在降温的过程中产生局部温度应力,从而会引起混凝土内部的微裂缝。
(5)化学收缩
化学收缩是指水泥水化后引起的体积收缩,化学收缩伴随着水化反应产生,理论上说硅酸盐水泥浆体完全水化后体积将减缩7%~9%。在水泥硬化的不同阶段,化学减缩通过不同的方式表现。在水泥硬化前,水化生成的固相体积填充了先前水分占据的空间,使水泥石密实,此阶段混凝土仍然是塑性状态,化学减缩通过宏观体积减小的方式表现。在水泥硬化后,混凝土具有一定的弹性模量而不能轻易产生宏观体积收缩,化学减缩以形成内部孔隙的方式表现。因此,化学减缩在硬化前不影响混凝土塑性阶段的性质,硬化后则随水胶比的不同形成不同孔隙率而影响混凝土的各种力学性质(如强度)和非力学性质(如渗透性)。
(6)碳化收缩
混凝土的碳化作用是指大气中的CO2在有水分存在的条件下与混凝土中的水化产物Ca(HO)2发生化学中和反应生成CaCO3等产物,碳化作用引起的体积变小称为碳化收缩。
碳化速度取决于混凝土的含水量、混凝土孔溶液的pH值、环境相对湿度以及空气中CO2的浓度。混凝土内部的碳化作用只在合适的相对湿度(约50%)下才会比较快地进行。这是因为相对湿度过高(例如相对湿度100%时),混凝土孔隙中被水分充满,CO2很难通过孔隙扩散至水泥反应产物中去,而且水泥石中的Ca2-会通过水分扩散到混凝土表面,并且快速碳化生成CaCO3把空隙堵塞,使得碳化作用难以进行,故碳化收缩较小;相反,相对湿度过低时(例如25%时),由于碳化作用需要水分,而此时孔隙中没有足够的水分,碳化作用也不易进行,碳化收缩相应也较小。
 
来源:砼话
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