混凝土的收缩与开裂防治方法浅析

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开裂是由于应力超过材料的强度（ 断裂能 ） 所引起 ， 因此除温度变化 以外 ， 所 有影响应力和强度发展的因素， 尤其是材料 的晕 陛 模量、 热膨胀系数以及松 弛能力， 包括它们在初期的变化 虑在内。 五种 ： 水化热试验、 绝热温升试 验、 收缩测定试验、 环约束试验和轴向约束试验 。 前三种是间接评价方法， 后 两种则为直接评价方法。 间接评价方法是通过检测影响混凝土开裂的单一因素来评价抗裂性能， 由于混凝土对开裂的敏感度是 由 很多因素共同影响的， 单独考虑其中—个 因 素而不考虑其他因素的影响， 就得不到有实用价值的结果。混凝土的温升和 收缩大小都影响开裂 ， 但影响程度必须结合混凝土的弹 陛 模量、 热膨胀系数 、 抗拉强度 ， 以及混凝土变形受到的约束程度 、 应力大小才能确定。 的开裂行为（ 如开裂时间 、 开裂温 度、 开裂应力等） 来评价抗裂性能 ， 目 是 前认为较有效的方法 ， 因为它可以同 时考虑多个关键因素 ， 狄而得圈ｌ 有参考价值的结果。 ３ 混凝土结构的耐久性与开裂防治 近二三十年来国内混凝土工程建设中由于化学外加剂和矿物掺合料的 应用， 混凝土水胶比减小 ， 混凝土拌合物生产与浇筑等设施的改进 ， 有利于混 凝土微结构的匀质性提高。 但是在此同 期混凝土拌合物从干硬性向塑性状态 的转变 ， 使其在运送、 浇筑和振捣过程 ， 及刚浇筑完尚未凝固的阶段产生离 以 析、 泌水的现象明显加副。 此外， 由于混凝土自生收缩、 温度收缩增大， 尤其是
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建筑 ・ 规划 ・ 设计
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混凝 土 的收缩 与开裂 防治 方法浅析
汉 井文
（ 阳物业管理服务 中心 ， 新 黑龙 江 哈 尔滨 １ ００ ） ５ ０ １
摘 要： 现重点讨论混凝土的收缩与开裂 ， 针对其产 生的原 因进行 简要分析并提 出相应地防治措施。 关键词 ： 混凝土 ； 收缩 ； 开裂 ； 防治措施 近几 十年来 ， 、 、 基础 桥梁 隧道衬 以及其他构件尺寸并不大的结构混凝 砌 土开裂的现象增多， 同时发现干燥收缩通常在这里并不重要了。 水化热以及 温度变化 已经成为引起素混凝土与钢筋混凝土约束力和开裂的主导原因。 在 主要原因， 目 国内外对收缩 以及 前 与开裂问题的研究与应用的进展作—介绍 ， 同时结合所做工作对改善措施谈 些看法。 １ 收缩与开裂 自 生收缩在混凝土体内均匀发生， 混凝土不失重。 ， 且 此外 低水灰 比 混凝 土的自 生收缩集 中发生在混凝土拌和后的早期， 因为在这 以 ， 后 由于体 内的 白干燥作用， 相对湿度降低， 水化就基本 匕 止。换句话说 ， 终 在模板尚未拆除 之前， 混凝土的 自生收缩大部分已经发生 ， 已基本完成 ， 甚至 而不像干燥收 缩， 即使处于干燥环境 ， 只需覆盖表面就不会发生。 在大体积混凝土工程中， 虽然—般水灰比不低 ， 生收缩值不大， 自 但考虑 它与温度收缩叠加 ， 要进一步增大直力， 所以在水工大坝施工时是将 自 生收 缩值作为—项性能捂昧进ｆ测定的。现今许多断面尺寸虽不很大 ， 亍 且水灰 比 也不算小的混凝土 ， 但已达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题 ， 以最大限度减少开裂影响 ， 因而也需要像大坝一样 ， 考虑将温度收缩和自生 收缩叠加的影响 ， 耳 况 在这些结构物中， 两者的发展速率均比大坝混凝土中 快得多 ， 因此也激烈得多。简单说来 ， 混凝土 自 生收缩大小的评价， 与测定干 缩不同之处主要有两点 ： ｝ｃ 外界隔绝 ， １ 亩１ 牛与 避免水分交换， 这一点做起来 不 难 ；）需要 自混凝 土初 凝开 始测定 ，这一 点是 评价其 大小 的难点 。 ２
混凝 土 早期强度和弹性模量增长迅速， 使早期 由于变形受约束产生的弹性拉
ｌ幻 ９ｇ ９ １ｇ 年在法国路桥试验中心进修时曾使用该中心开发的装置测定混 应力明显增大， 因此在外界的荷载和因环境条件产生的干缩、 温度收缩鲞加
凝土的 自 生收缩 ， 装置的特点是在浇筑混凝土或砂浆之前 ， 在其两端 内侧涂 刷—层专用配方的环氧砂浆 ， 使浇筑后的混凝土或砂浆初凝后发生的微小变 形能够灵 敏地反映到仪表 和已 ｛录仪 Ｅ而无需等待其完全硬化。自生收缩是 ， 初凝后发生化学收缩的 一部分， 若等到其终凝或硬化到某一阶段才开始测定 的自 生收缩， 实际上就只是它的—部分了。 如 Ｅ 所述 ， 现今混凝土（ 水灰比较低） —旦到达初凝就开始发生较大 的自 生收缩， 同时因为初凝时间间隔很短 ， 随之ｆ 决就开始形成具有抗力（ 艮 强度 ） 的弹性体 ， 其弹ｆ 量的增长比强度的增长更 陕， 生 模 而粘性（ 徐变松弛作用 ） 也 相应迅速减小 ， 因此混凝土体 内就会迅速形成 比较大的拉应力（ 可以近似看 作自 生收缩应变与弹性模量的乘积 ）当 ， 应力超过混凝 土的抗拉强度 ， 就发生 开裂， 形成宏观裂缝。 混凝土由于温升高而在早期易于开裂的问题 ， 在于等温度开始上升时 混凝土的弹性漠量还非常小 ， 因此只有一小部分热膨胀转化为压应力 ， 这一 阶段还很大 的 松弛能力则进一步使预压力减小 ， 而随后的冷却过程 中， 弹性 模 量增大和松弛作用减小导致大得多的拉应力产生。 当然 ， 在许多情况下 ， 并未很快出现肉眼可见的宏观裂缝 ， 只有在越过温 峰后的降温阶段 ， 混凝土发生的热收缩（ 国内通常称为温度收缩） 或拆除模板 后处于干燥环境发生的干缩叠加时才出现。 而最普遍 发 ， 生 又容易被忽视 ， 以 致产生误导的情况， 是在施工过程 ， 或者竣工不久结构并没有出现可见裂缝 ， 这种情况通常被 ＾ 们视为成功经验 ， 而实际上只 是混凝土体内的拉应力尚未 到达Ｉ界点（ 临 即微裂纹扩展时放 出的能量大于新增表面需要的能量 ） ， 由 或者 于密集配筋的作用， 将集中的可 见裂缝分散为肉眼不可见的裂缝。配筋并不 能消除或者减小混凝土里的收缩裂缝 ， 而只能把少而宽的裂缝分散为大量的 微细裂缝。 正是那些看不见、 检测不到的微细裂缝， 可能最终成为离子在混凝 土与钢筋表面之间迁移的必要通道。 ２ 对收缩、 开裂的评价方法 作用下就容易出 现开裂 。 这两方面的变化 又 使得混凝土从整体 Ｅ 的匀质性下 降， 是当今国内 处于侵ｉ陛 虫 环境中的混凝土 结构过早劣化现象的主因。尽管 许多时候出现的裂缝尚在 ０ ｕ ￣ ２ ｍ 以内， 但是这种认为对结构承载力无害的 裂缝 ， 从耐久性角度来说 ， 正是外界侵蚀性介质进入混凝土的通道， 给结构的 耐久 眭 带来隐患。 为改善混凝土结构的使用寿命 ， 首先要针对不同工程所处环境的特｜ 氮， 例如在西部大开发基础设施建设中 ， 西北地区日 夜温差大、 干燥多风 、 冬季寒 冷； 西南地区多雨潮湿、 气候垂直分布明显等特点 ， 从结构设计、 混凝土选材 与配合比设计， 到混凝土的生产与浇筑过程各个方面， 尽力使建造的钢筋混 凝土结构不透水、 内应力小 、 抗裂性能良好， 目 并 在以后运行过程中体内微裂 缝与孔隙相互连通的过程非常缓慢， 长期保持水密性能 良好。 然而 ， 一些人在结合工程开展课 工作时 ， 往往习惯于考虑单一因 素， 例如从西部某些地区的水质和（ 土质硫酸盐含量或氯离子浓度较高出 或） 发， 仅通过选择抗硫酸盐水泥或其他特殊针对性的措施 ， 就企图解决这类综 合性的、 涉及面很广的问题 ， 结果只能是事倍功半 ， 甚至徒劳无功。 最重要的体会有 以下几 点 １ ） —定范围里， 是混凝土的水胶比， 而不是粉煤灰的掺量决定使用效果。 在 ２ ％以下 ， ５ 是最不利于粉煤灰的掺量范围。 因为粉煤灰水化缓慢 ， 生成物少， 粉煤灰混凝土适宜的水胶比在 ０ ０ ． 以 ４ 下； 普通混凝土通常的 ０ ０ ３ 左右水灰 比条件下掺 １％一 Ｏ ０ ２ ％粉煤灰 ， 同 即使 时掺有高效减水剂 ， 一般水皎比 需维持在 ０ ０以上。 Ａ 但是如果继续增大粉 煤灰掺量， 于粉 掘栽 度约只有水泥的 ２ ， 由 嘧 ／ 拌合物浆体含量的增大就 ３ 可 以产生降低水胶 比的作用 。例如 国内通常配制 Ｃ ０ ３ 混凝土的水泥用量 ３０ｇ ３ ５ｋ， ， 比可以降低到 ０ ５ ／ 水胶 ｍ ． 左右（ ３ 取决水泥与粉煤灰的需水量）当采 ， 用 ４ ５级水泥时 ， 强度可以达到 １— ５ Ｐ ； ｄ ２ １ ｄ ０ １ Ｍ ａ ８ 强度 ４ Ｍ ａ ２ ０ Ｐ 以上 ， 优于 纯水泥 ３０ ｇ ５ｋ／ 的混凝土。 ｍ 与开裂趋势，是采取措施有效地减少 ２粉煤灰混凝土拌合物的黏度， ） 尤其是粉煤灰掺量