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混凝土收縮是產生裂縫的重要原因

發表時間:2023-12-13 17:22:00 點擊: 85

混凝土的收縮是指混凝土在凝結硬化及使用過程中產生的化學反應、水份變化和溫度變化等引起的體積減小,按照形成原因可以簡單分為溫度收縮和失水收縮。溫度收縮主要由水泥水化期間引起的溫差收縮,混凝土失水現象是另一個引起收縮的因素,失水收縮包括水化消耗水和外部環境作用下的干燥失水。由于混凝土結構所處的環境復雜,其收縮一般為多種因素疊加引起的,而不是單一因素造成的,具體包括塑性收縮、自收縮、干燥收縮、溫度收縮、化學收縮和碳化收縮六類。因此,僅僅重視其中一個因素而忽視其他因素的影響很難有效控制裂縫的產生。

(1)塑性收縮

混凝土澆筑后,一直存在蒸發現象,即使空氣濕度特別大(只要濕度小于100%),當混凝土表面蒸發速度大于混凝土泌水速度時,便會產生收縮,因為發生在混凝土的塑性階段所以被稱為塑性收縮。當塑性收縮產生的應力大于混凝土自身抗拉力時就會引起塑性開裂,混凝土初凝前不具備強度,微弱的收縮拉力都會造成混凝土產生裂縫。

在干燥的環境中,再加上風和高溫的作用,混凝土如果不能及時養護,一直處于失水狀態,在面積的工程部位,如道路、地坪、樓板等,更容易失水產生裂縫。混凝土澆筑前對模板和墊層進行濕潤或刷油處理,澆筑完成后即采用密封保水方法對混凝土進行養護,如遇高溫或大風天氣,澆筑完成后立即進行覆膜覆蓋、灑水養護,并適當延長對混凝土的養護時間。不能進行覆蓋養護的應及時對混凝土表面進行抹壓,消除泌水通道,彌合已經形成的裂縫,但應注意避免抹壓過度,使結構形狀改變。此外,混凝土沉降引起的裂縫通常也是塑性開裂的一種,一般發生在混凝土坍落度偏大,勻質性差時容易出現。如混凝土澆筑、發生分層、離析現象,混凝土骨料下沉過程中受到鋼筋的阻擋造成鋼筋上方僅剩砂漿,鋼筋上方 混凝土過薄就容易產生塑性沉降順筋裂縫。

(2)自收縮

自收縮是指混凝土或其他水泥基材料在恒溫密封條件下,在表觀體積或長度上的減小。混凝土初凝后,內部的水分雖然難以向外部散失,但隨著水化的進行混凝土內部的水分逐漸降低導致毛細孔液面形成彎月面,使毛細孔壓升高而產生毛細孔負壓,引起混凝土的自收縮。隨著高效減水劑的使用,混凝土水膠比的大幅度降低,混凝土的自收縮現象越來越引起人們的關注,已經不可忽略。抑制自收縮的手段通常有加強養護,使用減縮劑,摻入礦物摻合料,選用低C3A、C4AF和高C2S的水泥可以降低自收縮。

(3)干燥收縮

干燥收縮是混凝土停止保濕養護后,在干燥的空氣中由于水分散失引起的不可逆收縮,隨著相對濕度的降低,水泥漿體的干燥收縮逐漸增大。一般認為,干燥收縮發生在混凝土硬化后,隨著濕度進一步降低引起水泥漿體開始失去較小毛細孔中的水,在毛細孔中形成彎液面對硬化漿體產生負壓會引起收縮,引起干燥收縮的主要是物理吸附水的散失。一般來說,混凝土干燥收縮的大小受環境、水泥用量和品種、水膠比、外加劑、礦物摻合料品種和摻量、砂率及骨料的種類影響。

(4)溫度收縮

水泥水化是放熱反應,而混凝土的導熱性差,造成內外溫度存在差異,在物體熱脹冷縮的特性下,在不同的部位導致體積變化的差異,當這種體積變形差異所引起的拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時,會產生收縮開裂。一般情況下,混凝土的溫度收縮與其本身及各成分的熱膨脹系數、內部溫度和降溫速度等因素有關。對于熱傳導差的大體積而言,如果不采取保溫措施,當混凝土外部接近環境溫度時,內部溫度可能仍處于高溫或上升階段,此時的混凝土內部高溫膨脹,外部降溫收縮,限制內部膨脹。混凝土內外溫度變化不同產生的收縮(膨脹)也不同,使得毛細孔水的表面張力隨著溫度下降而增大,孔壁受到的收縮力增大導致水泥石的收縮。混凝土、漿體、骨料和混凝土內部的毛細孔水的熱膨脹系數的差別造成混凝土在降溫的過程中產生局部溫度應力,從而會引起混凝土內部的微裂縫。

(5)化學收縮

化學收縮是指水泥水化后引起的體積收縮,化學收縮伴隨著水化反應產生,理論上說硅酸鹽水泥漿體完全水化后體積將減縮7%~9%。在水泥硬化的不同階段,化學減縮通過不同的方式表現。在水泥硬化前,水化生成的固相體積填充了先前水分占據的空間,使水泥石密實,此階段混凝土仍然是塑性狀態,化學減縮通過宏觀體積減小的方式表現。在水泥硬化后,混凝土具有一定的彈性模量而不能輕易產生宏觀體積收縮,化學減縮以形成內部孔隙的方式表現。因此,化學減縮在硬化前不影響混凝土塑性階段的性質,硬化后則隨水膠比的不同形成不同孔隙率而影響混凝土的各種力學性質(如強度)和非力學性質(如滲透性)。

(6)碳化收縮

混凝土的碳化作用是指大氣中的CO2在有水分存在的條件下與混凝土中的水化產物Ca(HO)2發生化學中和反應生成CaCO3等產物,碳化作用引起的體積變小稱為碳化收縮。

碳化速度取決于混凝土的含水量、混凝土孔溶液的pH值、環境相對濕度以及空氣中CO2的濃度。混凝土內部的碳化作用只在合適的相對濕度(約50%)下才會比較快地進行。這是因為相對濕度過高(例如相對濕度100%時),混凝土孔隙中被水分充滿,CO2很難通過孔隙擴散至水泥反應產物中去,而且水泥石中的Ca2-會通過水分擴散到混凝土表面,并且快速碳化生成CaCO3把空隙堵塞,使得碳化作用難以進行,故碳化收縮較小;相反,相對濕度過低時(例如25%時),由于碳化作用需要水分,而此時孔隙中沒有足夠的水分,碳化作用也不易進行,碳化收縮相應也較小。

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內容來源:砼話

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