浅谈混凝土早期开裂原因及抗裂措施

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1、浅谈混凝土早期开裂原因及抗裂措施　　混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性复合材料。由于配合比设计及原材使用不当，以及施工水平等原因，造成混凝土早期开裂。大多数的混凝土裂缝属于非荷载裂缝，其中因不均匀收缩、温度等因素造成的混凝土早期开裂，是非荷载裂缝的主要原因之一。混凝土发生开裂的条件就是：在约束下变形产生的拉应力超过实时的抗拉强度。通过对混凝土配合比的优化设计，以及施工措施的控制，可以减少混凝土早期开裂。混凝土早期防裂是综合性课题，对各种因素应该综合考虑。　　关键词：早期开裂非荷载裂缝温度应力约束变形　　0．前言　　随

2、着我国国民经济的不断增长以及建筑业的快速发展，混凝土已经成为现代使用最广泛人造建筑材料，其配合比、施工技术、质量控制技术都得到了迅速发展，达到了一个新水平。各项重点工程的陆续开建，对混凝土的耐久性提出了严格的要求。耐久性问题引起了人们足够的重视，也相应开展了不少有意义和卓有成效的研究工作。混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。混凝土早期开裂问题成为影响其耐久性的主要原因之一。　　实际工程调查表明，早期的混凝土抗拉强度低，较大的变形受到约束时容易引起开裂，这取决于混凝土自身组成材料、配合比以及其所处环境和约束条件。大

3、多数的混凝土裂缝属于非荷载裂缝，其中因不均匀收缩、温度等因素造成的混凝土早期开裂，是非荷载裂缝的主要原因之一。本文简单分析了几种常见的混凝土早期开裂的原因，并提出了一些抗裂措施。　　1．混凝土早期开裂的力学分析　　混凝土是一种非均质的复杂多相复合材料，在其微观结构相组成之间主要的结合力是范德华力。因此其抗拉强度远低于抗压强度。当混凝土内部产生拉应力超过其抗拉强度时，就会产生裂缝。那么，混凝土发生开裂的条件就是：在约束下变形产生的拉应力超过实时的抗拉强度。理想状态下混凝土早期开裂公式：　　　　—混凝土所受的实时拉应力　　—拉应力与约束变形的相关系数　

4、　—约束变形。无约束的自由变形=0　　—混凝土的实时抗拉强度　　从上面公式看可以看出，不受约束的自由变形不会产生应力；抗拉强度足以抵抗所产生的拉应力时则不会开裂。然而，早期混凝土的抗拉强度极低，其更容易形成早期裂缝。　　2．混凝土收缩开裂的机理及防裂措施　　2.1干燥收缩裂缝　　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毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩，它不同于干湿交替引起的可逆收缩。随着环境中相对湿度的降低，水泥浆体的干缩增大。混凝土早期内部的水分主要以自由水、吸附水、结晶水的形式存在。混凝土暴露在干燥的空气中先失去自由水，其

5、次是存在毛细孔和凝胶孔的吸附水。由于在大多数情况下，混凝土不会连续暴露在使水泥浆体中C—S—H失去结构水的相对湿度下，故引起收缩的主要是失去自由水、毛细孔和凝胶孔的吸附水。　　混凝土的干缩是由表面逐步扩展到内部的，在混凝土中呈现湿度梯度，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，致使表面混凝土承受拉力，内部混凝土承受压力，当表面混凝土所受的拉力超过其抗拉强度时，混凝土便产生裂缝。　　混凝土内的固体水泥浆体体积会随含水量而改变，而骨料对水泥浆体体积的变化则起很大的约束作用，约束变形使混凝土产生拉应力，如果该拉应力大于其抗拉强度时，便产生裂缝。混凝土

6、刚拆模后表现尤为明显，这时混凝土的强度很低，干缩却非常大，同时由于混凝土拆模后和空气接触使周围空气温度上升，由此导致周围空气的湿度降低，进一步加大了混凝土干缩。　　因此为了避免或者尽量减少干燥收缩，应加强混凝土早期养护，保证早期混凝土表面相对湿度不低于100%；配合比设计时应尽量采用较小水胶比和砂率，以及尽量降低胶集比；在满足施工要求的条件下,尽量采用较小的混凝土坍落度。冯乃谦等讨论了众多引起混凝土裂缝的问题,提出减少用水量,提倡用粉煤灰混凝土以对付混凝土的干缩[1]。　　2.2化学收缩裂缝　　由水泥水化反应而引起的混凝土体积变小称为化学收缩。水泥

7、水化反应的主要产物是C-S-H凝胶，水泥水化的过程也是混凝土体积减小的过程。大部分硅酸盐水泥在水化后体积总减少量为7%～9%，在硬化前，所增加的固相体积填充原来被水所占据的空间，使混凝土密实，而宏观体积减缩。而混凝土并非均质材料，不均匀有约束的收缩会引起混凝土的开裂。从硅酸盐水泥的组分矿物来分析，C3A(铝酸三钙)水化后体积减少量可达23%左右，是化学收缩最严重的矿物，其次分别是C4AF(铁铝酸四钙)、C3S(硅酸三钙)、C2S(硅酸二钙)。　　因此混凝土中水泥用量越多，混凝土的化学收缩也越大。在水泥品种方面，水泥中C3A(铝酸三钙)含量越高，混凝

8、土的化学收缩也越大。在配合比设计的时候尽量减少水泥用量，同时选择C3A(铝酸三钙)含量低的水泥。　　2.3沉降收缩裂缝