混凝土收缩讲解
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徐变系数在100%RH时为1，在80%RH时 为2，在45%RH时达3。
收缩和徐变对混凝土开裂的影响
混凝土的极限拉伸
? 混凝土结构的开裂一般均由拉应力引起。 ? 对于变形导致的开裂，除考虑材料的抗
拉强度外，材料的抗变形能力，即极限 拉伸更重要。 ? 混凝土的极限拉伸值约为1? 10-4。
混凝土裂缝间距计算
? 水泥的细度和组分影响水化速率，但不影响水 化产物的体积和特性。水泥的细度和组分变化 可影响砂浆或净浆试件的干缩，但对混凝土无 甚影响。如果水泥品种对混凝土强度有影响时， 则也将影响混凝土的徐变。
? 水泥用量和用水量不直接影响混凝土的干缩和 徐变。
? 时间与湿度：混凝土中水分扩散是缓慢的过程。 两周仅完成 20年干缩的20~25%；3个月完成 50~60% ；1年完成 75~80% 。
混凝土的自收缩在初凝以后开始产生。 自收缩大小与水胶比、胶凝材料组成、减水剂 品种与掺量、骨料品种与比例有关。
自收缩机理
? 水化反应进行过程中，一部分拌合水由 化学反应消耗，一部分填充凝胶孔。当 水灰比较大时，凝胶孔基本上充满水， 自身收缩很小；水灰比较小时，凝胶孔 形成弯月面，外界的压力使水泥浆体收 缩。
? 与水胶比、胶凝材料的组成与用量、混 凝土拌和物入模温度、环境温度变化、 内部的相对湿度、结构形式等因素有关。
混凝土的绝热温升
70
OPC
与普通混凝
60
UHPC 土相比，高性能
50
℃)
HPC
混凝土的最大绝
升( 40 温
热温升降低10℃，
热 30
绝
最大温峰达到时
20
间推迟约5小时。
10
0
0
20
40
60
80
100
120
水 化时间 (小时)
? 近几十年来，基础、桥梁、隧道衬砌以 及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土 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 土约束应力和开裂的主导原因。
大体积混凝土
任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解 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的，即称为大体积 混凝土。
自收缩的测定方法
自收缩与干缩的异同点
相同点：均由于水的迁移所引起；
不同点： 1.自缩不失重；
2. 自身ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ缩各向同性地发生，干缩由表 及里地发生；
3. 水灰比降低时，干缩减小，自缩增大； 4.覆盖后（或拆模前）不发生干缩，而
自缩必须通过湿养护处理。
? 常规收缩试验测定结果是干燥收缩与自 收缩的叠加。
水化收缩
? 膨胀组分引起的体积膨胀：
由膨胀组分的水化反应导致混凝土发生宏观体 积膨胀。可能导致开裂破坏；也可补偿收缩。
? 碱-骨料反应引起的体积膨胀：
胶凝材料中的碱与骨料中的活性氧化硅或碳酸 钙发生化学反应，生成碱 -硅酸凝胶或碱 -碳酸 盐晶体，致使混凝土膨胀。
水泥浆水化“永恒的三角形”
强度
EH
?T
[ Lmax ] ? 2
arcch
Cx
?T ? ?p
式中：E：混凝土的弹性模量
H：结构物高（厚）度 Cx：地基水平阻力系数 α：温度变形系数 εp：极限应变，应考虑配筋和徐变的影响 T：温度差，包括水化温差、气温差、收缩当量温差
? 底板与垫层间的摩擦情况影响开裂间距。
? 通常│αT│大于│εp│，两者差越大，开裂间距 越小。当 │αT│ 趋近于│εp│，开裂间距趋近于 无穷大，可取消伸缩缝。
–100g水泥浆体，可蒸发水分约6ml –混凝土C=300kg/ m3 ，可蒸发水分约18l –水泥砂浆干缩值约0.1~0.2% –水泥混凝土180天自由干缩值约0.04~0.06%
? 自收缩（Autogenous shrinkage):
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。
美国混凝土学会
? 温度收缩是引起大体积混凝土开裂的主 要原因。
? 高强和高性能混凝土具有较大的温度收 缩。
化学反应导致的体积变化
? 水化收缩（硬化收缩或化学收缩）：
水化过程中水化产物的绝对体积减少。硅酸盐 水泥的水化收缩约 7%。混凝土C=300kg/ m3， 减缩值21~27L/ m3 初凝以前水化收缩表现为宏观体积收缩，初凝 以后则导致内部微裂缝产生。
Sc ? (1 ? g )n Sp
根据骨料弹性模量的不同， n值变动于 1.2~1.7。
混凝土徐变（CC）和水泥浆体（CP）与 骨料（g）和未水化水泥含量（μ）之间 可有关系：
log Cp ? ? log 1
Cc
1? g ? ?
? 骨料的级配、最大粒径、粒形和结构可影响混 凝土的收缩和徐变。其中骨料的弹性模量最为 重要。
放热
体积减小
沉降导致的体积变化
? 塑性收缩：
在混凝土仍处于塑性阶段，由于重力沉降，其 顶面有所下沉。 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 限制所引起的应力时，就产生开裂。
混凝土表面 泌水速率 < 蒸发速率 开裂
? 普通混凝土的干缩测定值中自收缩值占 10%左右；低水胶比的高强或高性能混 凝土的自收缩值则大得多。
? 干燥收缩是引起普通混凝土开裂的主要 原因之一。
温度变化导致的体积收缩
? 混凝土在硬化和使用期间，随温度降低 而产生的宏观体积收缩。
? 水泥的水化热、外界热源及环境温度变 化是引起温度收缩的主要原因。
荷载导致的变形——徐变
? 荷载作用下超过弹性应变和自由干燥收 缩应变总和的变形。
? 徐变的原因是在荷载作用下，C-S-H凝胶 失去物理吸附水。
? 徐变有可逆与非可逆的区分。
干燥与徐变的可逆性
影响干缩与徐变的因素
? 材料与配合比
Powers认为混凝土收缩（ SC）和水泥浆收缩 （SP）之比与混凝土中骨料的体积分数（ g） 有指数关系：
混凝土体积稳定性
混凝土的体积稳定性指在荷载或非 荷载作用下，混凝土的变形。
非荷载变形的类型
? 混凝土内部湿度变化导致的体积变化 ? 温度变化导致的体积变化 ? 化学反应导致的体积变化 ? 沉降导致的体积变化
混凝土内部湿度变化导致的体积变化
? 干燥收缩（Dry shrinkage ）：
混凝土在未饱和空气中因向外界散失水分而产 生的收缩。 干缩与水灰比、环境温湿度、胶凝材料组成、 骨料品种与比例、养护条件、龄期等因素有关。
收缩和徐变对混凝土开裂的影响
混凝土的极限拉伸
? 混凝土结构的开裂一般均由拉应力引起。 ? 对于变形导致的开裂，除考虑材料的抗
拉强度外，材料的抗变形能力，即极限 拉伸更重要。 ? 混凝土的极限拉伸值约为1? 10-4。
混凝土裂缝间距计算
? 水泥的细度和组分影响水化速率，但不影响水 化产物的体积和特性。水泥的细度和组分变化 可影响砂浆或净浆试件的干缩，但对混凝土无 甚影响。如果水泥品种对混凝土强度有影响时， 则也将影响混凝土的徐变。
? 水泥用量和用水量不直接影响混凝土的干缩和 徐变。
? 时间与湿度：混凝土中水分扩散是缓慢的过程。 两周仅完成 20年干缩的20~25%；3个月完成 50~60% ；1年完成 75~80% 。
混凝土的自收缩在初凝以后开始产生。 自收缩大小与水胶比、胶凝材料组成、减水剂 品种与掺量、骨料品种与比例有关。
自收缩机理
? 水化反应进行过程中，一部分拌合水由 化学反应消耗，一部分填充凝胶孔。当 水灰比较大时，凝胶孔基本上充满水， 自身收缩很小；水灰比较小时，凝胶孔 形成弯月面，外界的压力使水泥浆体收 缩。
? 与水胶比、胶凝材料的组成与用量、混 凝土拌和物入模温度、环境温度变化、 内部的相对湿度、结构形式等因素有关。
混凝土的绝热温升
70
OPC
与普通混凝
60
UHPC 土相比，高性能
50
℃)
HPC
混凝土的最大绝
升( 40 温
热温升降低10℃，
热 30
绝
最大温峰达到时
20
间推迟约5小时。
10
0
0
20
40
60
80
100
120
水 化时间 (小时)
? 近几十年来，基础、桥梁、隧道衬砌以 及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土 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 土约束应力和开裂的主导原因。
大体积混凝土
任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解 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的，即称为大体积 混凝土。
自收缩的测定方法
自收缩与干缩的异同点
相同点：均由于水的迁移所引起；
不同点： 1.自缩不失重；
2. 自身ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ缩各向同性地发生，干缩由表 及里地发生；
3. 水灰比降低时，干缩减小，自缩增大； 4.覆盖后（或拆模前）不发生干缩，而
自缩必须通过湿养护处理。
? 常规收缩试验测定结果是干燥收缩与自 收缩的叠加。
水化收缩
? 膨胀组分引起的体积膨胀：
由膨胀组分的水化反应导致混凝土发生宏观体 积膨胀。可能导致开裂破坏；也可补偿收缩。
? 碱-骨料反应引起的体积膨胀：
胶凝材料中的碱与骨料中的活性氧化硅或碳酸 钙发生化学反应，生成碱 -硅酸凝胶或碱 -碳酸 盐晶体，致使混凝土膨胀。
水泥浆水化“永恒的三角形”
强度
EH
?T
[ Lmax ] ? 2
arcch
Cx
?T ? ?p
式中：E：混凝土的弹性模量
H：结构物高（厚）度 Cx：地基水平阻力系数 α：温度变形系数 εp：极限应变，应考虑配筋和徐变的影响 T：温度差，包括水化温差、气温差、收缩当量温差
? 底板与垫层间的摩擦情况影响开裂间距。
? 通常│αT│大于│εp│，两者差越大，开裂间距 越小。当 │αT│ 趋近于│εp│，开裂间距趋近于 无穷大，可取消伸缩缝。
–100g水泥浆体，可蒸发水分约6ml –混凝土C=300kg/ m3 ，可蒸发水分约18l –水泥砂浆干缩值约0.1~0.2% –水泥混凝土180天自由干缩值约0.04~0.06%
? 自收缩（Autogenous shrinkage):
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。
美国混凝土学会
? 温度收缩是引起大体积混凝土开裂的主 要原因。
? 高强和高性能混凝土具有较大的温度收 缩。
化学反应导致的体积变化
? 水化收缩（硬化收缩或化学收缩）：
水化过程中水化产物的绝对体积减少。硅酸盐 水泥的水化收缩约 7%。混凝土C=300kg/ m3， 减缩值21~27L/ m3 初凝以前水化收缩表现为宏观体积收缩，初凝 以后则导致内部微裂缝产生。
Sc ? (1 ? g )n Sp
根据骨料弹性模量的不同， n值变动于 1.2~1.7。
混凝土徐变（CC）和水泥浆体（CP）与 骨料（g）和未水化水泥含量（μ）之间 可有关系：
log Cp ? ? log 1
Cc
1? g ? ?
? 骨料的级配、最大粒径、粒形和结构可影响混 凝土的收缩和徐变。其中骨料的弹性模量最为 重要。
放热
体积减小
沉降导致的体积变化
? 塑性收缩：
在混凝土仍处于塑性阶段，由于重力沉降，其 顶面有所下沉。 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 限制所引起的应力时，就产生开裂。
混凝土表面 泌水速率 < 蒸发速率 开裂
? 普通混凝土的干缩测定值中自收缩值占 10%左右；低水胶比的高强或高性能混 凝土的自收缩值则大得多。
? 干燥收缩是引起普通混凝土开裂的主要 原因之一。
温度变化导致的体积收缩
? 混凝土在硬化和使用期间，随温度降低 而产生的宏观体积收缩。
? 水泥的水化热、外界热源及环境温度变 化是引起温度收缩的主要原因。
荷载导致的变形——徐变
? 荷载作用下超过弹性应变和自由干燥收 缩应变总和的变形。
? 徐变的原因是在荷载作用下，C-S-H凝胶 失去物理吸附水。
? 徐变有可逆与非可逆的区分。
干燥与徐变的可逆性
影响干缩与徐变的因素
? 材料与配合比
Powers认为混凝土收缩（ SC）和水泥浆收缩 （SP）之比与混凝土中骨料的体积分数（ g） 有指数关系：
混凝土体积稳定性
混凝土的体积稳定性指在荷载或非 荷载作用下，混凝土的变形。
非荷载变形的类型
? 混凝土内部湿度变化导致的体积变化 ? 温度变化导致的体积变化 ? 化学反应导致的体积变化 ? 沉降导致的体积变化
混凝土内部湿度变化导致的体积变化
? 干燥收缩（Dry shrinkage ）：
混凝土在未饱和空气中因向外界散失水分而产 生的收缩。 干缩与水灰比、环境温湿度、胶凝材料组成、 骨料品种与比例、养护条件、龄期等因素有关。