全混凝土常見的幾種干縮形成原因和改進(jìn)措施

混凝土常見的幾種干縮形成原因和改進(jìn)措施商品混凝土的干燥收縮是商品混凝土變形中最常見的一種變形，研究各因素下商品混凝土的干縮相關(guān)性具有十分重要的意義。收縮裂縫是商品混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它不僅能降低建筑物的抗?jié)B能力，而且會引起鋼筋的銹蝕，從而影響建筑物的使用功能。因而收縮裂縫控制成為控制商品混凝土質(zhì)量的一項(xiàng)重要內(nèi)容。一商品混凝土工程中幾種常見收縮1.1干燥收縮商品混凝土的干燥收縮是商品混凝土變形中最常見的一種變形，是一種普遍的而且是難以避免的物理化學(xué)行為，而干縮變形又是引起商品混凝土開裂的最常見的也是最主要的原因。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于商品混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同：商品混凝土外部受水分變化影響較大，水分損失快，變形較大，內(nèi)部水分散失慢，變形較小。變形較大的表面受到內(nèi)部的約束，產(chǎn)生較大應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05mm～0.2mm之間，大體積商品混凝土中平面部位多見，較薄的梁板中多沿其短向分布。當(dāng)商品混凝土處于自由狀態(tài)時(shí)，商品混凝土因水分散失而引起的體積縮小不會引起不良的后果，但實(shí)際工程中商品混凝土結(jié)構(gòu)由于基礎(chǔ)、鋼筋或相鄰部分的牽制而處于不同程度的約束狀態(tài)，商品混凝土收縮因受約束(如兩端固定的梁、高配筋的梁、澆筑在老商品混凝土上或堅(jiān)硬巖基上的新商品混凝土)會引起拉應(yīng)力，而且商品混凝土抗拉強(qiáng)度不高，因而容易引起商品混凝土開裂。對于承重商品混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫會影響承載能力、危及安全和使用壽命；對于擋水建筑物，可能引起滲漏；水分通過裂縫侵入商品混凝土中，容易引起鋼筋銹蝕和可溶性侵蝕以及加速凍融破壞，引起一系列危害。1.2溫度收縮溫度收縮是工程建設(shè)中常見的情況。產(chǎn)生溫度收縮的原因是商品混凝土硬化過程中水泥水化熱、氣溫、太陽輻射作用使商品混凝土在高溫下硬化，硬化后降溫產(chǎn)生溫差收縮所致。商品混凝土結(jié)構(gòu)突然遇到短期內(nèi)大幅度的降溫,如寒潮的襲擊，大壩施工過程中汛期過水等，會產(chǎn)生較大的內(nèi)外溫差，相應(yīng)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力而使商品混凝土結(jié)構(gòu)貫穿開裂。溫度裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現(xiàn)，中間較密。高溫膨脹引起的商品混凝土溫度裂縫通常是中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯。此種裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕，商品混凝土的碳化，降低商品混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。1.3塑性收縮塑性收縮是指商品混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長短不一，互不連貫狀態(tài)。其產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋荷唐坊炷猎诮K凝前幾乎沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者商品混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，商品混凝土表面失水過快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使商品混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)商品混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響商品混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、商品混凝土的凝結(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對濕度等。1.4自生收縮商品混凝土的自生收縮是其硬化中由于化學(xué)作用引起的，也稱為硬化收縮。這種收縮與外界溫度變化無關(guān)，它發(fā)生在整個(gè)商品混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，不同于塑性收縮和干燥收縮發(fā)生在商品混凝土表面。由于自生收縮量較小，在實(shí)際應(yīng)用中通常將其與干燥收縮一同考慮，而不加以區(qū)分。在水泥用量較大、溫度較高及水泥較細(xì)等情況下，自生收縮趨于增大。1.5碳化收縮大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生的碳化反應(yīng)引起的收縮變形稱為碳化收縮。碳化作用只有在適中的溫度(約50℃左右)才發(fā)生，由商品混凝土表面向內(nèi)部深入。碳化在二氧化碳濃度高，干濕交替作用的環(huán)境中發(fā)展更顯著。碳化收縮在一般環(huán)境中并不作考慮，但在特殊環(huán)境中和對耐久性要求很高的工程中則應(yīng)加以考慮。碳化作用可使商品混凝土抗?jié)B性降低，還可使商品混凝土堿性狀態(tài)中性化、pH值降低。鋼筋的商品混凝土保護(hù)層完全碳化后，在水和氧氣能滲入的條件下鋼筋會發(fā)生銹蝕。二、干縮產(chǎn)生的影響2.1干縮對商品混凝土結(jié)構(gòu)物的影響商品混凝土的收縮如果是不受限制的均勻收縮，稱自由收縮。自由收縮產(chǎn)生的只是壓應(yīng)力，結(jié)果只是使商品混凝土體積縮小而已，所以自由收縮不會引起商品混凝土的開裂。但是，實(shí)際工程中，從單一構(gòu)件到各種結(jié)構(gòu)物，自由收縮的情況是不存在的，上述五種商品混凝土收縮變形總會受某些方面的限制。商品混凝土中干縮裂縫的存在，將影響商品混凝土承受荷載的能力，嚴(yán)重時(shí)還會損害商品混凝土的耐久性。現(xiàn)階段有大量的商品混凝土工程出現(xiàn)了干縮破壞現(xiàn)象，造成了巨大的財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)我國一些工程和國際上一些著名工程的統(tǒng)計(jì)，處理裂縫所花費(fèi)約為造價(jià)的[5%~10%]。（1）商品混凝土的干縮裂縫由于商品混凝土的“三大一小”，即水泥用量大、水用量大、砂率大、石子用量??；“三高一低”，即高水化熱、高氣溫、高風(fēng)速、低的相對濕度等特點(diǎn)，商品混凝土容易產(chǎn)生干縮裂縫，已成為一項(xiàng)質(zhì)量通病，尤其是板類或較薄的、平面商品混凝土結(jié)構(gòu)。商品商品混凝土的“三大一小”和“三高一低”是造成干縮裂縫的主要根源之一。（2）商品混凝土給排水構(gòu)筑物的干縮裂縫在鋼筋商品混凝土給水排水構(gòu)筑物中，裂縫問題是其所特有的一個(gè)頗為重要的問題。造成池壁產(chǎn)生裂縫的原因是很復(fù)雜的，它與設(shè)計(jì)、施工和使用的材料等因素有關(guān)。裂縫滲水會引起鋼筋銹蝕，影響水池的使用年限和結(jié)構(gòu)安全。（3）商品混凝土路面的干縮裂縫水泥商品混凝土路面在施工中，商品混凝土路面或多或少地會出現(xiàn)干縮裂縫。這種裂縫一般是窄、短、淺，不影響路面的正常使用，但會降低路面的耐磨性、耐腐蝕性，加劇商品混凝土面層的風(fēng)化。（4）離心商品混凝土管的干縮裂縫用離心工藝制作鋼筋商品混凝土排水管，因受配料、成型、養(yǎng)護(hù)工藝與氣溫及通風(fēng)等多種因素的影響，其管內(nèi)壁經(jīng)常出現(xiàn)干縮裂縫。離心制管的干縮性裂縫均產(chǎn)生在管承插口內(nèi)壁，由里向管外壁擴(kuò)展?？煞殖蓛纱箢悾呵捌诟闪雅c后期干裂，前者出現(xiàn)在蒸養(yǎng)脫模后管承插口內(nèi)壁處，寬度約為0.5～15mm；后者在脫模時(shí)很難發(fā)現(xiàn)，但在管子現(xiàn)場堆放半月后，漸漸出現(xiàn)在管承插口處，且隨管子曝曬日久，不僅會滋生新的干縮裂縫，又使原裂縫繼續(xù)擴(kuò)張延伸，直至裂透管子整個(gè)壁厚。（5）泵送商品混凝土的干縮裂縫泵送商品混凝土廣泛應(yīng)用在高層建筑及大體積商品混凝土中，達(dá)到了提高施工工效，節(jié)約施工成本的良好效果。但是工程實(shí)踐表明，泵送商品混凝土屬于大流動性的商品混凝土，具有塌落度大、水泥用量多、砂率高等特點(diǎn)，因此，在施工中產(chǎn)生溫度裂縫、干縮裂縫的概率較高，給結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性造成許多不利影響。2.2干縮與開裂商品混凝土的干燥過程總是首先從表面開始，由表及里逐漸深入到內(nèi)部，因此總是表面收縮大，而內(nèi)部收縮小，甚至不收縮。因而就商品混凝土整體而言，干縮變形是極不均勻的，表層商品混凝土的收縮變形受到內(nèi)部商品混凝土的制約，即內(nèi)部商品混凝土限制了表層商品混凝土的收縮，致使表面商品混凝土承受拉應(yīng)力，而內(nèi)部商品混凝土承受壓應(yīng)力。當(dāng)表面商品混凝土所受到的拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，商品混凝土表面便出現(xiàn)裂紋，這就是干縮導(dǎo)致的開裂。同時(shí)，水泥石收縮也受到集料（石子、砂子）的限制作用而使靠近集料表面的水泥石（也稱界面）受拉而常常出現(xiàn)裂紋。此外，模具壁對商品混凝土，底部商品混凝土對上部商品混凝土等等，都使商品混凝土受拉而對商品混凝土的收縮起限制作用。不受限制的均勻收縮叫自由收縮，自由收縮產(chǎn)生的只是壓應(yīng)力，結(jié)果只是使商品混凝土體積縮小而已，所以自由收縮不會引起商品混凝土的開裂。但是，在實(shí)際工程中，從單一構(gòu)件到尺寸較大的結(jié)構(gòu)物，自由收縮的情況是不存在的，商品混凝土的干縮變形總是受到這個(gè)或那個(gè)方面的限制。正因?yàn)樵趯?shí)際工程中，商品混凝土的干燥收縮均為限制性收縮，使商品混凝土受拉，而在商品混凝土的各種強(qiáng)度中，抗拉強(qiáng)度最低，僅為抗壓強(qiáng)度的7~11%，所以說，干縮是使商品混凝土開裂的最常見的原因，尤其要注意保濕，以防止商品混凝土發(fā)生干燥而出現(xiàn)干縮裂紋。三、影響商品混凝土干縮的主要因素影響商品混凝土干縮的因素主要有水泥和混合材品種、商品混凝土的配合比、骨料種類及含量、外加劑種類及含量、商品混凝土周圍條件、結(jié)構(gòu)特征因素、纖維種類及含量。3.1水泥及混合材品種水泥品種對商品混凝土干縮的影響主要取決于水泥的礦物組成和需水量。一般認(rèn)為，水泥中含較多的硫鋁酸鹽會產(chǎn)生較大的收縮，適當(dāng)?shù)氖鄵搅靠蓽p小收縮。在水泥中摻入需水量較小的混合材，可以降低商品混凝土的干縮；而在水泥中摻入需水量較大的混合材則使商品混凝土的干縮值增大。水泥中微細(xì)顆粒越多，商品混凝土早期的收縮大，而最終干縮值小。在商品混凝土中摻入不同的混合材對商品混凝土的干縮值有不同的影響，這主要與混合材的相對需水量有關(guān)。若混合材具有較小的內(nèi)比表面積和吸附水的能力，摻入商品混凝土中使商品混凝土需水量減小，水泥石中毛細(xì)管減少，干縮減小。3.2骨料的影響骨料對商品混凝土干縮的影響主要有兩個(gè)方面。第一是骨料用量的影響，由于漿體是商品混凝土干縮的主要來源，加入自身無干縮變化的、需水量較小的骨料就相當(dāng)于減少了水泥漿體，從而降低了商品混凝土的收縮。第二是骨料硬度的影響，在商品混凝土中加入比漿體堅(jiān)硬、不收縮的骨料可以抑制漿體的干縮運(yùn)動，有效的減小收縮量。骨料自身的尺寸、形狀和級配不影響商品混凝土干縮值，但骨料含量對商品混凝土干縮影響很大，商品混凝土干縮值隨骨料含量的增大幾乎直線下降。骨料的彈性模量決定了它所能抑制漿體收縮的程度，商品混凝土干縮隨骨料彈性模量的增加而明顯減小。3.3礦物摻合料的影響已有大量研究資料表明，超細(xì)粉煤灰由于其優(yōu)良的減水性能、密實(shí)填充、微集料效應(yīng)等，可以較好地抑制商品混凝土的干縮。采用粉煤灰等量取代水泥時(shí)，同齡期下，商品混凝土干縮先隨粉煤灰摻量的增大而減小，但到某個(gè)摻量后，干縮又隨粉煤灰摻量的增大而增大，即粉煤灰摻量存在一個(gè)最佳值。3.4外加劑的影響在商品混凝土中摻加外加劑，由于外加劑的種類和摻量的不同，對商品混凝土的干縮有不同的影響。有試驗(yàn)表明，商品混凝土中摻入減水劑(普通減水劑和高效減水劑)、引氣劑以及引氣減水劑時(shí)，商品混凝土的干縮值基本不變或略有增大。在商品混凝土中摻加適量膨脹劑，可以使商品混凝土在養(yǎng)護(hù)期產(chǎn)生適度的體積膨脹。在鋼筋和鄰位約束存在的情況下，在商品混凝土中將產(chǎn)生一定的化學(xué)預(yù)應(yīng)力，這種化學(xué)預(yù)應(yīng)力能大致抵消因干縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而達(dá)到補(bǔ)償收縮、降低干縮的作用。3.5周圍條件的影響相對濕度對商品混凝土干縮的影響很大，商品混凝土干縮值隨空氣相對濕度的增加而減小，在相對濕度為100%時(shí)表現(xiàn)為膨脹。在早期對商品混凝土進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，并不能降低商品混凝土的最終干縮值，但可以推遲商品混凝土產(chǎn)生干縮的時(shí)間，從而減少干縮裂縫。溫度升高使商品混凝土干縮增大，這是因?yàn)闇囟仍礁撸唐坊炷林忻?xì)孔水及C-S-H凝膠的層間水越容易失去，從而產(chǎn)生毛細(xì)管作用，引起商品混凝土收縮。因此，在較高溫度下灌注商品混凝土，尤其是面積大、厚度薄的商品混凝土構(gòu)件，極易出現(xiàn)大量的表面干縮裂縫。商品混凝土表面使用各種覆蓋物或涂料，均可減小商品混凝土中的溫度濕度梯度，從而降低收縮應(yīng)力，干縮相應(yīng)也較小。3.6結(jié)構(gòu)特征因素結(jié)構(gòu)特征因素是指結(jié)構(gòu)物的形狀、尺寸及配筋率。在一定結(jié)構(gòu)物體積的情況下，商品混凝土干縮隨結(jié)構(gòu)物的表面積增大而增大，即商品混凝土干縮隨體積與表面積比值的增加而直線下降。有資料表明：原始構(gòu)件的表面積越大，最初的收縮速率越快，但后期的收縮值較低；構(gòu)件表面積越低，早期收縮速率較低，而后期的收縮值大。試件尺寸對商品混凝土干縮的影響的規(guī)律是：小試件的干縮值比大試件的干縮值大，其差值隨齡期的增大而減小。商品混凝土構(gòu)件的配筋率對干縮有很大影響，這是因?yàn)殇摻顚ι唐坊炷粮煽s有抑制作用，商品混凝土干縮隨配筋率的增加而減小。3.7纖維的影響在商品混凝土中加入纖維可提高商品混凝土的抗開裂能力，某些種類的纖維還可以降低商品混凝土的干縮值，如鋼纖維和碳纖維。有文獻(xiàn)報(bào)道，加入1%的鋼纖維使48天齡期的商品混凝土干縮值降低了6%；在商品混凝土中加入短的碳纖維(0.19%體積含量)，在潮濕條件下養(yǎng)護(hù)14天，其干縮值降低了84%。目前，也有人在商品混凝土中摻加某些種類的有機(jī)纖維(如聚丙烯纖維、維綸纖維)的試驗(yàn)研究，并取得了一定的成果