水泥细度与水泥混凝土硬化收缩性能之间的关系研究

水泥细度与水泥混凝土硬化收缩性能之间的关系研究

作者：胡小利

来源：《城市建设理论研究》2012年第35期

【摘要】混凝土裂缝产生的影响因素比较复杂，也比较多。本文分析其中常见的几种混凝土开裂的情况与水泥之间的关系，从施工工艺和技术角度剖析硬化收缩的关系，加强施工管理，提高施工质量，从混凝土的原材料质量控制做。科学进行配合比设计。

【关键词】水泥细度硬化收缩性能混凝土开裂施工工艺

[ Abstract ] concrete cracks the complex influence factors, and more. This paper analyses the common types of the cracking of concrete and the relationship between cement, from construction technology and technical aspects of hardening contraction relationship, strengthen construction management, improve construction quality, from raw material of concrete quality control. Scientific proportioning design.

[ Key words ] cement fineness, hardening shrinkage, cracking of concrete, construction technology

中图分类号：TU528.45 文献标识码：A 文章编号：

1.混凝土开裂情况的现状及对工程的危害

自20世纪初起,人们就已经认识到大体积水工混凝土会因为水泥水化时放热散发缓慢而产生明显的温升, 并在随后的降温过程体积收缩受约束而出现开裂。为了减小水化放热产生的影响, 开始采用掺火山灰的办法。30 年代又开发出低热水泥, 以后还利用加大粗骨料粒径、非常低的水泥用量、预冷拌合物原材料、限制浇注层高和管道冷却等措施, 进一步获得降低水化温峰、抑制温度裂缝的效果。

混凝土裂缝产生的影响因素比较复杂，也比较多。目前还没有精确的公式可以事先准确计算，加之施工中有很多不确定因素，对裂缝的控制仍处于半经验半理论的阶段。因此，可以通过逐一分析各影响因素，调整混凝土的内部和外部条件，尽可能的减小混凝土的收缩量和收缩速度,避免裂缝的产生和扩展。

混凝土广泛应用于水电、核电、桥梁、隧洞、国防建筑物等重要工程，这些工程由于工程量大、施工复杂、投资大、一旦发生质量问题, 后果严重。而目前大体积混凝土由于施工中的各种原因易产生裂缝,严重危害工程质量，是大体积混凝土施工的技术难点。

2. 混凝土开裂的原因及收缩种类

2.1. 混凝土开裂的原因

⑴温度应力产生的裂缝。混凝土在硬化期间经历从低温到高温再到低温的温度变化过程，水泥产生大量水化热，内部温度不断上升，在混凝土表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，就会出现裂缝。

⑵混凝土塑性塌落引起的裂缝。

⑶混凝土加水拌和后，水泥中的碱性物质与骨料中活性氧化硅等起反应，析出的胶状碱硅胶从周围介质中吸水膨涨，体积增大3倍，从而使混凝土涨裂产生裂缝。

⑷许多混凝土虽然内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化，如养护不当、时干时湿，表面干缩变形受到内部混凝土体的约束，也往往产生裂缝。

⑸构件超载产生的裂缝，例如，构件在超出设计的均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩，出现垂直于构件纵轴的裂缝，构件在较大剪力作用下，产生斜裂缝，并向上、下延伸。

⑹当结构的基础出现不均匀沉陷，就有可能产生裂缝，随着沉陷的进一步发展，裂缝会进一步扩大。

⑺当钢筋混凝土处于不利环境中，例如，侵蚀性水，由于混凝土保护层厚度有限，特别是当混凝土密实性不良时，环境中的氯离子等和溶于水中的氧会使混凝土中的钢筋生锈，生成氧化铁，氧化铁的体积比原来金属的体积大得多，铁锈体积膨胀，对周围混凝土产生挤压，使混凝土胀裂。

⑻有的混凝土虽然设计抗裂强度高，但由于原材料质地不均匀、水灰比不稳定以及运输和浇筑过程中的离析现象，同一块体混凝土中其抗拉强度存在不均匀现象，存在易于出现裂缝的薄弱部位。

2.2. 混凝土收缩的分类

混凝土的收缩现象有干燥收缩、温度收缩,自身收缩、塑性收缩和碳化减缩等五大类型。比较熟悉的是干燥收缩和温度收缩，这里着重介绍的是自身收缩, 还顺便提及塑性收缩问题。自身收缩与干缩一样,是由于水的迁移而引起。但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降, 形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，混凝土体的相对湿度降低，体积减小。水灰比的变化对干燥收缩和自身收缩的影响正相反，即当混凝土的水灰比降低时干燥收缩减小，而自身收缩增大。如当水灰比大于015时，其自干燥作用和自身收

缩与干缩相比小得可以忽略不计，但是当水灰比小于0135时，体内相对湿度会很快降低到80%以下，自身收缩与干缩则接近各占一半。

自身收缩在混凝土体内均匀发生，并且混凝土并未失重。此外，低水灰比混凝土的自身收缩集中发生于混凝土拌合后的初龄期，因为在这以后，由于体内的自干燥作用，相对湿度降低，水化就基本上终止了。换句话说，在模板拆除之前，混凝土的自身收缩大部分已经产生，甚至已经完成，而不像干燥收缩，除了未覆盖且暴露面很大的地面以外，许多构件的干缩都发生在拆模以后, 因此只要覆盖了表面，就认为混凝土不发生干缩。

还有塑性收缩，在水泥活性大、混凝土温度较高，或者水灰比较低的条件下也会加剧引起开裂。因为这时混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土的表面就会出现分布不规则的裂缝。出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加快，于是裂缝迅速扩展。所以在上述情况下混凝土浇注后需要及早覆盖。

3. 减少收缩、提高混凝土抗裂性的措施

混凝土的早期开裂主要由混凝土失水产生的干燥收缩、水泥水化产生的混凝土自收缩以及水泥水化热产生的温度应变所引起，它涉及混凝土所用的材料（特别是水泥）、生产工艺（配合比、强度设计等）以及施工方法（浇注、养护）等诸多问题，必须通过水泥生产者、混凝工作者和施工人员共同努力，各自采取相应的措施综合解决。

针对大体积混凝土温度裂缝成因，可从几方面制定防裂措施，即减小温度变形和内外温差、消除或减小约束程度和提高抗拉能力.

3.1．水泥细度对抗裂性的影响

目前，我国大多数水泥厂粉磨技术较高，尤其许多水泥厂多通过增加水泥细度，来增加水泥的早期强度,，水泥磨的越细，其中的细颗粒越多，水泥的比表面积增大，越易提高水泥早期强度。但这其中就有一个弊端粒径在1µm以下的颗粒不到一天就完全水化，几乎对后期强度没有任何贡献，因而水化快消耗混凝土内部的水分较快，引起混凝土的自干燥收缩，细颗粒容易水化充分，产生更多的易于干燥收缩的凝胶和其他水化物，粗颗粒的减少，减少了稳定体积的未水化颗粒，因而影响到混凝土的长期性能，我们现有的混凝土结构，一般的设计寿命是60 年，而有专家预测，由于超细的水泥颗粒含量太多，50年后，我们的混凝土强度只能达到设计强度的40％。