浅谈混凝土干缩变形的原因及改进措施

浅谈混凝土干缩变形的原因及改进措施

摘要混凝土的干燥收缩是混凝土变形中最常见的一种变形，研究各因素下混凝土的干缩相关性具有十分重要的意义。收缩裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它不仅能降低建筑物的抗渗能力，而且会引起钢筋的锈蚀，从而影响建筑物的使用功能。因而收缩裂缝控制成为控制混凝土质量的一项重要内容。

关键词：混凝土干缩影响因素相关性

1.混凝土工程中几种常见收缩

1.1干燥收缩

混凝土的干燥收缩是混凝土变形中最常见的一种变形，是一种普遍的而且是难以避免的物理化学行为，而干缩变形又是引起混凝土开裂的最常见的也是最主要的原因。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同：混凝土外部受水分变化影响较大，水分损失快，变形较大，内部水分散失慢，变形较小。变形较大的表面受到内部的约束，产生较大应力而产生裂缝。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05mm～0.2mm 之间，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。当混凝土处于自由状态时，混凝土因水分散失而引起的体积缩小不会引起不良的后果，但实际工程中混凝土结构由于基础、钢筋或相邻部分的牵制而处于不同程度的约束状态，混凝土收缩因受约束(如两端固定的梁、高配筋的梁、浇筑在老混凝土上或坚硬岩基上的新混凝土)会引起拉应力，而且混凝土抗拉强度不高，因而容易引起混凝土开裂。对于承重混凝土结构，裂缝会影响承载能力、危及安全和使用寿命；对于挡水建筑物，可能引起渗漏；水分通过裂缝侵入混凝土中，容易引起钢筋锈蚀和可溶性侵蚀以及加速冻融破坏，引起一系列危害。

1. 2温度收缩

温度收缩是工程建设中常见的情况。产生温度收缩的原因是混凝土硬化过程中水泥水化热、气温、太阳辐射作用使混凝土在高温下硬化，硬化后降温产生温差收缩所致。混凝土结构突然遇到短期内大幅度的降温, 如寒潮的袭击，大坝施工过程中汛期过水等，会产生较大的内外温差，相应产生较大的温度应力而使混凝土结构贯穿开裂。温度裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。高温膨胀引起

的混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

1.3塑性收缩

塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。

1.4自生收缩

混凝土的自生收缩是其硬化中由于化学作用引起的，也称为硬化收缩。这种收缩与外界温度变化无关，它发生在整个混凝土结构内部，不同于塑性收缩和干燥收缩发生在混凝土表面。由于自生收缩量较小，在实际应用中通常将其与干燥收缩一同考虑，而不加以区分。在水泥用量较大、温度较高及水泥较细等情况下，自生收缩趋于增大。

1.5 碳化收缩

大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生的碳化反应引起的收缩变形称为碳化收缩。碳化作用只有在适中的温度(约50 ℃左右)才发生，由混凝土表面向内部深入。碳化在二氧化碳浓度高，干湿交替作用的环境中发展更显著。碳化收缩在一般环境中并不作考虑，但在特殊环境中和对耐久性要求很高的工程中则应加以考虑。碳化作用可使混凝土抗渗性降低，还可使混凝土碱性状态中性化、pH 值降低。钢筋的混凝土保护层完全碳化后，在水和氧气能渗入的条件下钢筋会发生锈蚀。

2.干缩产生的影响

2.1干缩对混凝土结构物的影响

混凝土的收缩如果是不受限制的均匀收缩，称自由收缩。自由收缩产生的只是压应力，结果只是使混凝土体积缩小而已，所以自由收缩不会引起混凝土的开裂。但是，实际工程中，从单一构件到各种结构物，自由收缩的情况是不存在的，上述五种混凝土收缩变形总会受某些方面的限制。混凝土中干缩裂缝的存在，将影响混凝土承受荷载的能力，严重时还会损害混凝土的耐久性。现阶段有大量的混凝土工程出现了干缩破坏现象，造成了巨大的财产损失。根据我国一些工程和国际上一些著名工程的统计，处理裂缝所花费约为造价的[5%~10%]。

（1）商品混凝土的干缩裂缝

由于商品混凝土的“三大一小”，即水泥用量大、水用量大、砂率大、石子用量小；“三高一低”，即高水化热、高气温、高风速、低的相对湿度等特点，商品混凝土容易产生干缩裂缝，已成为一项质量通病，尤其是板类或较薄的、平面混凝土结构。商品混凝土的“三大一小”和“三高一低”是造成干缩裂缝的主要根源之一。

（2）混凝土给排水构筑物的干缩裂缝

在钢筋混凝土给水排水构筑物中，裂缝问题是其所特有的一个颇为重要的问题。造成池壁产生裂缝的原因是很复杂的，它与设计、施工和使用的材料等因素有关。裂缝渗水会引起钢筋锈蚀，影响水池的使用年限和结构安全。

（3）混凝土路面的干缩裂缝

水泥混凝土路面在施工中，混凝土路面或多或少地会出现干缩裂缝。这种裂缝一般是窄、短、浅，不影响路面的正常使用，但会降低路面的耐磨性、耐腐蚀性，加剧混凝土面层的风化。

（4）离心混凝土管的干缩裂缝

用离心工艺制作钢筋混凝土排水管，因受配料、成型、养护工艺与气温及通风等多种因素的影响，其管内壁经常出现干缩裂缝。离心制管的干缩性裂缝均产生在管承插口内壁，由里向管外壁扩展。可分成两大类：前期干裂与后期干裂，前者出现在蒸养脱模后管承插口内壁处，宽度约为0.5～15mm；后者在脱模时很难发现，但在管子现场堆放半月后，渐渐出现在管承插口处，且随管子曝晒日久，不仅会滋生新的干缩裂缝，又使原裂缝继续扩张延伸，直至裂透管子整个壁厚。

（5）泵送混凝土的干缩裂缝

泵送混凝土广泛应用在高层建筑及大体积混凝土中，达到了提高施工工效，节约施工成本的良好效果。但是工程实践表明，泵送混凝土属于大流动性的混凝土，具有塌落度大、水泥用量多、砂率高等特点，因此，在施工中产生温度裂缝、干缩裂缝的概率较高，给结构的整体性和耐久性造成许多不利影响。

2.2 干缩与开裂

混凝土的干燥过程总是首先从表面开始，由表及里逐渐深入到内部，因此总是表面收缩大，而内部收缩小，甚至不收缩。因而就混凝土整体而言，干缩变形是极不均匀的，表层混凝土的收缩变形受到内部混凝土的制约，即内部混凝土限制了表层混凝土的收缩，致使表面混凝土承受拉应力，而内部混凝土承受压应力。当表面混凝土所受到的拉应力超过其抗拉强度时，混凝土表面便出现裂纹，这就是干缩导致的开裂。同时，水泥石收缩也受到集料（石子、砂子）的限制作用而