浅谈混凝土收缩及裂缝
关键词：混凝土；裂缝；控制
0前言
混凝土外观质量是目前工程施工中必须严格控制的，特别是随着国家不断加大城市基础设施和高速公路建设的投资规模,混凝土工程越来越多,业主对混凝土外观质量的要求也越来越高｡如何提高混凝土的外观质量,已经成为土建施工中的一个重要课题｡而裂缝是混凝土外观质量的一个重要指标。
公路工程中，小桥涵结构物众多，在公路建设中采用的钢筋混凝土盖板型通道涵洞，其涵台多采用素混凝土结构，在工程建设过程中，笔者发现，一定数量的混凝土涵台，尚未加载，已发生表面微小裂纹，假以时日，加之涵洞完成后荷载的影响，裂纹将会发展扩大，给结构的安全性带来隐患。本文仅从变形和收缩的角度对混凝土裂缝成因加以分析。
1裂缝的成因
现代混凝土科学已经证实，在尚未受荷的混凝土结构中存在肉眼不可见的微观裂缝，据此有些学者建立了混凝土构造模型，并通过弹性理论计算，从理论上证明变形约束应力可以引起微裂缝。一般认为，混凝土的裂缝主要有以以下三种形式存在[1]：
（1） 粘着裂缝：骨料与水泥石的粘结面上的裂缝，主要沿骨料周围出现；
（2） 水泥石裂缝：水泥浆中裂缝，出现在骨料与骨料之间；
（3） 骨料裂缝：骨料本身的裂缝。
混凝土的微裂缝主要指粘着裂缝和水泥石裂缝，微裂缝是肉眼不可见的，肉眼可见裂缝范围一般以0.05mm为界，大于或等于0.05mm的微裂缝称为宏观裂缝，宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。
1.1干燥收缩引起裂缝
混凝土的干燥收缩指混凝土停止养护后，在不饱和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。水泥石中的凝胶体在范德华力作用下，吸引周围的凝胶颗粒，并使其相邻表面紧密接触。当凝胶体表面吸附水时，产生拆开压力。拆开压力随吸附水膜的厚度的增加（相对湿度增加）而增大，当拆开压力超过范德华力时，拆开压力迫使凝胶颗粒分开引起膨胀；相对湿度降低时，拆开压力减小，凝胶颗粒继续在范德华力的作用下吸引在一起，产生收缩。干燥收缩是造成早期开裂的重要原因。
1.2温度收缩引起裂缝
温度收缩主要是由于混凝土内部温度随水泥水化而升高，最后又冷却到环境温度时产生的收缩。可表述为：
式中：εt——混凝土的温度变形；
αt——混凝土的热膨胀系数；
ΔT——混凝土的温度变化。
假定混凝上的热膨胀系数为10×10-6/℃，则温度下降15℃造成的热收缩量为150×10-6，如果混凝土的弹性模量为20GPa，热应变受完全约束所产生的弹性拉应力为3.0MPa。
1.3化学收缩引起裂缝。
水泥水化后，固相体积增加，但水泥—水体系的绝对体积则减小，其原因是水化产物与反应物的密度不同。大部分硅酸盐水泥浆体完全水化后，体积的减缩总量为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，使水泥石密实，而宏观体积减缩；在硬化后，宏观体积不变而水泥—水体系减缩后形成内部孔隙。[2]
1.4塑性收缩引起裂缝。
塑性收缩是指混凝土由于表面失水而产生的收缩，发生在混凝土硬化的塑性阶段。
混凝土在新拌状态下，拌合物的颗粒之间充满着水，如果养护不足，表面失水（蒸发）速率超过内部水向表面迁移的速率时，就会使毛细管中产生负压，浆体产生塑性收缩。在干燥前，新拌混凝土粒子间充满水分，浇注后，固体粒子沉降水分上升（泌水），形成一层表面水。水泥净浆浮至混凝土表面产生外分层，水泥浆浮至粗集料下方，产生内分层。如果沉降均匀发展就不会产生裂缝，但事实上往往由于粗集料的阻碍会产生差异沉降而开裂。
2裂缝的控制措施
2.1低水灰比抑制干缩
混凝土的干缩比其他各种收缩都重要。水泥净浆的收缩和水泥的细度及水灰比有关，较粗的熟料颗粒水化不完全的核心有类似于集料抑制混凝土收缩的作用。细颗粒的熟料水化较完全，细颗粒较多时，凝胶产生得更多，可增加收缩。当水灰比很低时，未水化的水泥颗粒较多，对干缩是有抑制作用的。在混凝土的配合比设计中，在保证施工和易性的前提下，采用较低的水灰比，有利于抑制干缩。
2.2高集灰比抑制收缩
混凝土的收缩Sc与水泥净浆收缩Sp之比取决于集料的含量a，即
Sc=Sp（1-a）n
式中n——经验系数，变动于1.2-1.7之间。
在配合比和其他条件相同的条件下，集料弹性模量不同时，混凝土的收缩值也不同。在一定范围内提高混凝土的集灰比无疑有利于抑制收缩。
2.3降低混凝土温度、延缓混凝土的凝结速率控制塑性收缩和温度收缩。
浇捣成型后，采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。
3工程实例
以正在建设中的湖南省衡阳至桂阳高速公路某合同段通道涵洞台身为例，该合同段通道涵洞台身设计为C30混凝土。表一列出了2种C30混凝土不同配合比。
在施工过程中，施工单位注意加强质量控制，强调精细化施工，浇捣成型后，蓄水保温措施得力，表面覆盖湿麻袋加强混凝土养护。该2种配合比的混凝土台身表观质量良好，均未见微裂纹。
表中1号混凝土与2号混凝土，其水灰比均为0.43，作为C30混凝土而言，该水灰比均属于较低；1号混凝土集灰比为5.02，2号混凝土集灰比为4.24，1号混凝土集灰比较2号混凝土稍高，这无疑利于该混凝土抑制收缩。加之减水剂的减水效果，1号混凝土比2号混凝土的外观质量更好。
4结语
从上述影响混凝土开裂的各种因素可知，收缩在混凝土的开裂中处于举足轻重的地位，在现场施工环境中，应对混凝土的收缩开裂进行综合分析。同时，为了使混凝土结构具有最小的开裂危险，要求材料具有以下特性：
（1） 较低的弹性模量，以使一定收缩量所引起的弹性拉伸应力较小；
（2） 较高的抗拉强度，以使拉应力超过材料的抗拉强度而使材料开裂的危险减小；
（3） 较高的断裂韧性，以使微裂缝的扩展变的困难。
参考文献：
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制.中国建筑工业出版社,1997
[2]吴中伟，廉惠珍.高性能混凝土.北京：中国铁道出版社，1999