賀川江

【摘 要】砼在硬化過程中，由于受到理化作用使其體積發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)砼開裂，對建筑結(jié)構(gòu)安全使用和耐久性非常不利。如果在配制砼時改用膨脹水泥或仍用普通水泥但同時加入膨脹劑，就能使其在硬化時產(chǎn)生膨脹，以抵消收縮應(yīng)力而達(dá)到不裂或少裂的目的，這就是補(bǔ)償收縮砼。

【關(guān)鍵詞】收縮裂縫；膨脹水泥；補(bǔ)償收縮砼

當(dāng)今現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)早期收縮的現(xiàn)象已屢見不鮮，以致由此引發(fā)出有害裂縫，對砼結(jié)構(gòu)的耐久性和建筑物的安全性構(gòu)成威脅。而在近代砼新技術(shù)的推廣應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，某些新型砼早期裂縫發(fā)生的概率有所加大，甚至制約了新技術(shù)的推廣應(yīng)用。為此，對砼的收縮開裂與提高其抗裂性的研究，已被業(yè)界廣泛重視，并已取得階段性成果。

1 砼收縮和開裂的原因剖析

在研討補(bǔ)償收縮砼之前，有必要先了解一下砼的固有特性：收縮和開裂。眾所周知，自砼澆筑完畢起，在其凝結(jié)硬化過程中，由于受到物理、化學(xué)等多種作用，都會使砼體積發(fā)生變化；當(dāng)這些體積變形受到某種約束，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力時，此種拉應(yīng)力極易超過其抗拉強(qiáng)度，此時就會使砼開裂。具體來說，是由下列三種收縮變形引發(fā)了砼開裂。

1.1 砼的收縮變形

砼凝固時發(fā)生的體積收縮主要是塑性收縮、干燥收縮和降溫收縮。

1.1.1 塑性收縮

是指砼澆筑成型后，水泥漿體尚未失去塑性的階段，由于水泥水化、固體顆粒沉淀，尤其是多余水分被分泌、蒸發(fā)的緣故，使砼體積縮減。塑性收縮極易導(dǎo)致表面出現(xiàn)細(xì)微裂紋，尤其表表面積較大或體型較大的構(gòu)件，比如樓地面、厚大筏板基礎(chǔ)等，施工中應(yīng)采取遮陽、擋風(fēng)等防護(hù)措施；另一類原因則是使用了沉降量過大的砼、流動性大而保水性差的砼，以及由于施工條件欠佳或澆筑工藝不妥之故，這些需通過關(guān)注砼配合比與施工質(zhì)量控制予以消除。

1.1.2 干燥收縮

是指砼進(jìn)入硬化階段，尤其是停止保濕養(yǎng)護(hù)后，由于內(nèi)部水分的散失而產(chǎn)生的收縮。砼中有各種孔隙，如氣孔、毛細(xì)孔、膠孔等，它們之中都多少含有水分；在硬化過程中，除氣孔中水的減少與收縮無關(guān)外，毛細(xì)孔和膠孔中含有的水分先后散失，致使凝膠體緊縮，便是砼干燥收縮的主因。因此，要減少干燥收縮，加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)是關(guān)鍵。

1.1.3 降溫收縮

是指由于砼中熱量散失或溫度下降引起的收縮，又稱冷縮。施工中必須重視砼這種冷縮變形帶來的不利影響，尤其是在大體積砼中，由于散熱降溫而引起的冷縮開裂，比干縮開裂更為普遍和嚴(yán)重；然而，在全面分析砼的溫差變形時，除重視冷縮影響外，還應(yīng)關(guān)注熱膨脹和冷熱溫差條件下對砼體積穩(wěn)定性造成的不利后果，這也正是大體積砼更要著重應(yīng)對的技術(shù)難題。

1.2 砼收縮裂縫的原因剖析

砼收縮變形的發(fā)生，當(dāng)處于約束狀態(tài)下，所產(chǎn)生的拉應(yīng)力一旦達(dá)到自身的極限抗拉強(qiáng)度時就會出現(xiàn)裂縫；裂縫的存在不僅有礙觀瞻，更會危及砼結(jié)構(gòu)物的整體性、抗?jié)B性和耐久性，甚至降低結(jié)構(gòu)的承載能力，以致危及其安全性；再有，如水或不良介質(zhì)從裂縫中侵入，可造成結(jié)構(gòu)物滲漏、鋼筋銹蝕和砼被腐蝕等，進(jìn)而縮減建筑物的使用壽命。試驗和研究人員認(rèn)為，砼收縮裂縫的形成必須具備三個條件：一是發(fā)生收縮，二是受到約束，三是產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度。事實上，硅酸鹽系列水泥配制的砼總是會發(fā)生收縮變形的，結(jié)構(gòu)物中的砼又總是處于不同的約束狀態(tài)，而抗拉強(qiáng)度低和收縮率大又都是砼的突出弱點，因此，砼的收縮開裂既是必然的，又是極易發(fā)生的，可見只有分析裂縫的成因，把握住裂縫的形成條件，才能通過從材料、設(shè)計和施工等方面采取有針對性的防裂措施。

1.3 組成材料對砼收縮裂縫的影響及其應(yīng)對措施

砼所用原材料的品種、粒型、用量和比例等，都會影響砼干縮和開裂。由于這眾多因素及其交互作用的影響十分復(fù)雜，可以從水泥凈漿和骨料兩方面入手分析。

1.3.1 水泥凈漿

在砼中，水泥凈漿的收縮量取決于下列因素。水泥的品種、成分和細(xì)度：需水量大的水泥，鋁酸三鈣含量高或堿含量高的水泥，顆粒越細(xì)的水泥，會加大凈漿的收縮量；水泥用量、用水量和水灰比：水泥用量越多、用水量和水灰比越大，砼的干縮量也會越大；外加劑和摻合料的品種、用量：某些品種的外加劑或當(dāng)超過最佳用量時，會加大凈漿收縮的傾向，比表面積大、需水量大的摻合料也有這種加大收縮的傾向。

1.3.2 骨料

砼中的骨料，兼有抵制收縮的作用，但應(yīng)由下列因素來決定。骨料的品種、性能及顆粒狀況：骨料的彈性模量越高，抵御收縮的能力越好，其粒徑大、級配好、粒型理想，都能削減砼的收縮量，而吸水率大的骨料會加大砼的收縮；骨料的絕對體積：當(dāng)其他條件相近時，骨料的絕對體積適當(dāng)增大，砼抵制收縮的作用越強(qiáng)；砂率：在骨料的絕對體積中，細(xì)骨料的占有率是很重要的因素，因為砂率加大會降低骨料的平均料徑，加大骨料的總表面積，這必然導(dǎo)致將加大水泥漿的用量而減小骨料的絕對體積，對減小砼收縮不利。

1.3.3 砼總體

砼是由各種組成材料復(fù)合而成的，其總體的收縮性能是上述各因素的綜合表現(xiàn)；除此之外，還必須考慮下面幾個問題。砼結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸：由于砼干燥是從表面開始的，單位體積的表面積越大，其收縮就越大，對給定形狀的小試件，測其初始收縮率較大，但體積大的砼的最終收縮率，與小試件的極限干縮并無差別；鋼筋的用量與分布：鋼筋砼結(jié)構(gòu)由于受到鋼筋的約束比素砼收縮要小，但這種約束往往會使砼收縮應(yīng)力超限而導(dǎo)致其開裂，這與配筋率大小和分布有關(guān)；所處環(huán)境的濕度：延長早期保濕養(yǎng)護(hù)時間，可降低早期砼收縮值，但對極限收縮無太大影響。

2 補(bǔ)償收縮砼定義及其補(bǔ)償收縮機(jī)理

所謂補(bǔ)償收縮砼，就是：配制砼時改用膨脹水泥，或仍用普通水泥、同時加入膨脹劑，都能使砼在凝結(jié)硬化時產(chǎn)生膨脹，利用并控制這種膨脹能量，可產(chǎn)生抵消收縮應(yīng)力的預(yù)壓應(yīng)力，達(dá)到不裂或少裂的目的，這種砼就叫補(bǔ)償收縮砼，現(xiàn)已廣泛用于工程。

2.1 補(bǔ)償收縮砼的補(bǔ)償收縮機(jī)理

要使砼產(chǎn)生補(bǔ)償收縮效能，必須同時具備兩個條件：（1）砼發(fā)生適度體積膨脹；（2）這種膨脹應(yīng)受到恰當(dāng)?shù)募s束。因為只有這樣才能產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力來抵御收縮開裂的形成。要使砼發(fā)生膨脹，取決于所用膨脹水泥或膨脹劑中的某種組分生成膨脹性的水化產(chǎn)物。當(dāng)前應(yīng)用較多且性能穩(wěn)定的是硫鋁酸鈣類膨脹水泥和膨脹劑，它們均以水化時能生成的鈣礬石作為膨脹源，而鈣礬石的生成時間、數(shù)量和結(jié)晶形狀，以及要與水泥石強(qiáng)度的增長相適應(yīng)等，都決定著砼的膨脹是否適度。因此在施工時要通過合理選擇膨脹水泥或膨脹劑的品種、成分、膨脹能級，并把握好它們的最佳用量和確保其保濕養(yǎng)護(hù)等有效措施，才能使砼膨脹適度，獲得補(bǔ)償收縮的預(yù)期效能。同時，還必須強(qiáng)調(diào)對膨脹的約束，因為不受約束的膨脹是不會產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力的；約束膨脹的方法很多，如利用結(jié)構(gòu)中的配筋、鄰近部位砼及基礎(chǔ)對其的摩擦等。

2.2 補(bǔ)償收縮砼的技術(shù)性能要求

為確保補(bǔ)償收縮砼的質(zhì)量，應(yīng)規(guī)定其技術(shù)性能、提出具體項目和控制指標(biāo)。因為這種砼補(bǔ)償收縮效能的優(yōu)劣取決于限制膨脹時所產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力，并體現(xiàn)在限制條件下的膨脹率；我國最新發(fā)布的《砼外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定了補(bǔ)償收縮砼性能的試驗方法和指標(biāo)，其中規(guī)定砼試件的尺寸為100mm×100mm×300mm，限制（下轉(zhuǎn)第308頁）（上接第128頁）條件為中間預(yù)埋一根兩端焊接厚鋼板的鋼筋；在上述新規(guī)范中還提出另一項技術(shù)要求，就是將該試件在水中養(yǎng)護(hù)14天，測完限制膨脹長度后轉(zhuǎn)至氣溫20±2℃、相對濕度（60±5）%的室內(nèi)，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天測量試件長度、計算收縮率，定名為“限制干縮率”，這個干縮率可用來表征砼膨脹穩(wěn)定后，處在空氣中產(chǎn)生回縮的程度，即補(bǔ)償收縮效能的優(yōu)劣程度。

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