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浅谈混凝土的自收缩开裂与控制

文/何维檄

混凝土在恒温水养的条件下仍然开裂,密封的高强混凝土的抗水胶比为0.17时砂浆的1d自收缩达到2500×10-6,15d时就达到
折强度随着养护龄期的增加而降低。这些现象不能仅通过冷缩开裂4000×10-6,而且继续发展,对混凝土来说,水胶比为0.17时,自收
或干缩开裂来解释,而只能通过自收缩来解释。自收缩是指水泥基缩大于800×10-6。水胶比越低,自收缩占混凝土收缩的比重越大。
胶凝材料在水泥初凝之后恒温恒重下产生的宏观体积降低。自收缩当水胶比很低时,混凝土内部的水不足以使水泥粒子充分水化,
不包括由于沉降、温度变化、遭受外力等原因所造成的体积变化。如因此,当外界水渗入混凝土内,它就与混凝土中水泥颗粒发生水化。
果混凝士本身同时经受干缩或冷缩,那么实际得到的应变是相应温在此种情况下,水泥水化使得毛细孔可能被这些堕入的水化产物填
度条件下包括自收缩的干缩应变或冷缩,那么实际得到的应变是在充,造成混凝土的绝对体积增大。但当水胶比很低,混凝土的密实度
相应温度条件下包括自收缩的干缩应变或冷缩应变。化学收缩是指高、渗透性低,即使在外界水中养护,水汽也很难渗透到混凝土内
水化验室物的绝对体积小于未水化之前的体积和未水化水泥的体部,混凝土内部仍然会发生自干燥和自收缩现象。混凝土外部膨胀
积之和,它是造成自收缩的主要原因。化学收缩和自收缩是不同的,与内部收缩的极端情况会加速混凝土产生裂缝并可能导致破坏。
前者是在有足够水供应的情况下宏观体积的变化。化学收缩虽然是控制自收缩开裂的方法
自收缩产生的主要原因,但二者之间没有直接关系。当认为硬化水高性能混凝土中存在的裂纹对其耐久性的影响要比普通混凝土
泥石是由固相、气相和液相所组成时,化学收缩被认为是反应物绝重要得多,人们已经意识到自收缩对混凝土结构裂纹得产生和发展
对体积的降低,而自收缩被认为是固相体积形成后外观体积的降具有非常重要的影响。自收缩产生的裂纹是较难控制的,因为混凝
低,因此自收缩是远远少于化学收缩的。土密实化的方法,比如降低w/c、掺加粉煤灰或磨细矿渣等矿物掺
自收缩的影响因素合料是提高混凝土性能的一些根本方法,而这些方法恰恰是产生自
自收缩的根源在于水泥硬化后未水化水泥继续水化引起绝对收缩的主要原因。另外养护对于降低自收缩的效果也不明显,因此
体积的减缩,其形成原因直接在于无外界水源或水泥水化引起的耗也难以控制自收缩裂纹。根据产生自收缩的机理及其影响因素,已
水速率大于外界水的迁移速率。可以分析混凝土自收缩的影响因素有的改善自收缩的方法可从材料和配合比设计两个方面来考虑。从
如下。材料选择的角度来看,目前采取的主要有如下一些措施。
一、水泥矿物成分与水泥类型一、材料的优化与选择
水泥继续水化是自收缩的根本原因,水泥矿物成分的水化速使用高C2S和C3A或C4AF的硅酸盐水泥能够降低混凝土的自
率、水化程度与水化结合水含量是影响自收缩大小的关键。水化速收缩,因此用中热或低热硅酸盐水泥制备的混凝土的自收缩值比普
率最快的C3A影响最大,其结合水含量也最高,其次为C4AF,C3S通硅酸盐水泥混凝土低得多。石膏含量增加会使水泥产生自膨胀作
与C2S影响最小。Tazawa根据普通硅酸盐水泥矿物成分进行试验回用,结构也降低了自收缩,但这种方法有时会对体积稳定性产生影
归,提出下式预测水泥浆体的自收缩。响。
ε(t)=-0.012αc3s(t)Pc3s-0.07αc2s(t)Pc2s+2.256αc3A(t)PcA+为了提高混凝土得抗裂性,改善混凝土抗拉强度低的缺陷,人们
0.085αc4AF(t)Pc4AF通常在混凝土中掺加纤维品种很多,目前主要有有机合成纤维和钢
式中ε(t)-在水化龄期为t时的自收缩值;α(t)-在水化龄期纤维。聚丙烯纤维是合成纤维中价格比较低廉的一种,它是以石油
为t时各矿物成分的水化程度;P-各矿物成分在水泥中的含量,%工业的副产品丙烯氰为原料制成的,其以包括pp纤维和杜拉纤维
该式中只是预测水泥浆体的开始水化1d后自收缩值的经验公式。等,弹性模量变化范围较大从几兆帕至几千兆帕。混凝土中掺加钢
不同水泥类型对自收缩的影响,实质上是不同矿物成分对其的影纤维以改善混凝土性能的研究发展得也相当迅速,增强混凝土上用
响,高铝水泥与早强水泥因C3A含量高,自收缩较大;低热水泥和热得钢纤维以改善混凝土性能得研究发展得也相当迅速,增强混凝土
水泥C2S含量高而自收缩值较小;对矿渣水泥,则水化后期的自收上用的钢纤维按其制造方法可以分为多种形式:切断纤维、剪切纤
缩值较高。维、切削纤维、溶油纤维等。当纤维长度及长径比在常用的范围,纤
二、水胶比维掺量在1%-2%的体积分数范围内,与基准混凝土相比,钢纤维混