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预拌混凝土的早期收缩开裂
预拌混凝土的早期收缩是导致混凝土早期开裂现象的主要原因之一,预拌混
凝土早期开裂的问题越来越受到人们的重视,有学者据调查,建筑物的裂缝只有
20%是荷载裂缝,而更多的80%的裂缝是变形裂缝,这个变形裂缝所谓的变形就是
指由于混凝土的收缩产生的变形,混凝土的收缩大于混凝土的抗拉强度而开裂。
所以在研究预拌混凝土早期收缩抗裂性能之前,必须先对预拌混凝土的早期收缩
有一个全面的了解。预拌混凝土的开裂是预拌混凝土收缩、徐变、弹性模量、抗
拉强度和外部约束的综合作用结果。随着混凝土技术的发展,预拌混凝土的这些
性能在早期发生了明显的变化。
首先,混凝土的早期收缩变形发生了很大变化。这些收缩变形包括:
(l)塑性收缩塑性收缩通常发生在混凝土浇捣后3~12小时,混凝土仍处于
塑性状态的时候。其成因主要是因为混凝土在新拌状态下,拌合物颗粒间充满着水,如果养护不足或存在其它原因,表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率
时,则会造成毛细管中产生负压,从而使浆体产生收缩。塑性收缩发生在混凝土
新拌状态下,因此它主要发生在早期,混凝土在早期由于表面温湿度的变化、混
凝土基底或模板材料的吸水会使混凝土的塑性收缩发生很大的变化。
(2)化学收缩混凝土的化学收缩是指在混凝土内水泥水化的过程中,水化产
物的绝对体积同水化前水泥和水的绝对体积之和相比有所减少的现象。硅酸盐水
泥的水化收缩率大约在7%~9%的范围内。普通混凝土的化学收缩一般为40~100
x10一`,高强混凝土可能为其1.5~2倍。
(3)干燥收缩干燥收缩是指混凝土停止养护后,在不饱和的空气中失去内部
水分而引起的收缩。干燥收缩比较大,在普通混凝土中高达500~600x10一6。是
普通混凝土产生裂缝的主要原因。干燥收缩是一个长期的收缩过程,但是其收缩
速率随着时间的增加而急剧减小,早期收缩速率较大,经长期测试表明,两周内
就完成20年收缩的14%~34%。
(4)自收缩自收缩是指在恒温绝湿的条件下由于胶凝材料的继续水化引起自
干燥而造成的混凝土宏观体积的减少。水灰比越低,自收缩就越大,而且自收缩
主要产生于混凝土拌和后的前几天尤其是第一天。过去使用的水泥颗粒较大,比
表面积较小,而且水泥标号也很低,因此早期水泥水化程度,再加上混凝土的水
灰比较大,自收缩很小。据Dav15`”测定的自收缩量值仅为50~100xlo一6。因此
混凝土的早期自收缩一般不会引起混凝土的裂缝问题。但是随着预拌混凝土的迅
速发展,自收缩的作用越来越明显。有研究表明,当混凝土的水胶比低于0.3时,
自收缩率高达200~400x10一6,磨细矿渣大量掺入的混凝土自收缩率可以达到100
X10一6。
在工程实践中,我们发现预拌混凝土的自收缩现象是非常显著的,比如混凝
土在恒温水养护的条件下仍然开裂,密封的高性能预拌混凝上的抗折强度随着养
护龄期的增加而降低。这些现象不能仅仅通过冷缩开裂或干燥开裂来解释,而只
能通过自收缩来解释。
具体分析预拌混凝土早期收缩尤其是自收缩增大的原因主要有两个,即低水
灰比或低水胶比和掺较大量的活性矿物。混凝土的自收缩一般发生在初凝之后,
密封的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低,即自干燥。自干燥造成混
凝土内部水量减少,孔隙和毛细管中的水也逐步被吸收减少,导致水蒸气处于不
饱和状态,使毛细管中的液面形成弯月面,最终产生毛'细管收缩应力,使水泥石
受负压作用,成为凝结和硬化混凝土产生自收缩的主要动力。高强、高性能混凝
土的水灰比较低,自干燥消耗掉的水分不能从外界及时得到补充,就开始从毛细
孔隙中取水,造成毛细孔隙中的水分不饱和而产生负压,因而引起混凝土的自收
缩。该收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的前几天,而早期混凝土的抗拉强度还很小,自收缩的发展首先会引发混凝土的表面裂缝。
除因水灰比或水胶比的降低会产生显著的自收缩之外,混凝土中较大量的活
性矿物掺合料的掺入也会使混凝土早期收缩增大,特别是掺用硅灰,即使水灰比
或水胶比在0.4~0.5时,混凝土也会产生较大的自收缩。而低水灰比的混凝土掺
入此类活性掺合料,会由于混凝土内部的自干燥而产生的自收缩将更为显著。活
性掺合料掺入混凝土能产生自收缩的原因,主要是由于活性掺合料具有较高的火
山灰活性而增大了化学减缩。同时,在水泥水化初期生成较高含量凝胶孔的孔结
构体系的水泥石会产生高度的自干燥,从而引起严重的混凝土自收缩。此外,活
性掺合料的表面积较大,会导致活性掺合料与拌合水很快结合,加速了水泥石中
的孔隙空间的缺水与内部相对湿度的降低,从而增大了自干燥和自收缩,提高了
早期开裂的可能性。另外,在混凝土中加入掺入减水剂或高效减水剂,在减少了
混凝土用水量的同时,对混凝土的自干燥和自收缩也会带来不利的影响。
单纯的收缩或膨胀