混凝土收縮裂縫探討

　　1 混凝土收縮過程及機(jī)理
　　了解混凝土收縮過程及機(jī)理，有助于深入其實(shí)質(zhì)，把握其本質(zhì)，從而對(duì)采取相應(yīng)的抗收縮裂縫對(duì)策有所幫助。

　　混凝土材料因物理化學(xué)作用而產(chǎn)生的體積縮小現(xiàn)象統(tǒng)稱為收縮。從混凝土開始澆筑至使用期，收縮過程大致可以分為五個(gè)階段即：塑性收縮期，自生收縮期，水化熱溫差收縮期，干燥收縮期，環(huán)境溫度收縮期等。

　　混凝土收縮的原因及機(jī)理主要可概括為以下三個(gè)方面：

　　1) 干燥收縮的原因是混凝土內(nèi)部水分的消失。但是，開始干燥時(shí)所損失的自由水并不會(huì)引起混凝土的收縮，因此其主要原因是吸附水的消失；

　　2) 自生收縮是在沒有水分轉(zhuǎn)移下的收縮，其原因是水泥水化物的體積小于參與水化反應(yīng)的水泥和水的體積，因此這是一種由水泥的水化反應(yīng)所產(chǎn)生的固有收縮，但其值與干燥收縮比較是微不足道的；

　　3) 碳化收縮是混凝土中的水泥水化物與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。

　　混凝土如果在無約束的條件下收縮，它只會(huì)單純地引起體積縮小，而不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，但實(shí)際工程中的混凝土構(gòu)件均會(huì)不同程度的受到約束，使得混凝土為了保持初始長度，收縮就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力。由此可知，混凝土產(chǎn)生收縮裂縫必須具備三個(gè)條件：收縮變形的大小，約束的情況，實(shí)時(shí)的抗拉強(qiáng)度。這也是預(yù)防及控制混凝土收縮裂縫的出發(fā)點(diǎn)。

　　2 混凝土收縮應(yīng)變實(shí)用計(jì)算法
　　2.1 一般計(jì)算方法
　　英國BS5400 提出的關(guān)于收縮應(yīng)變計(jì)算式由四個(gè)系數(shù)相乘，即：

　　εsh = kl ×kc ×ke ×kj 。

　　其中， kl ，kc ，ke ，kj 為影響系數(shù)，由表格或圖解的方式給出以供查用歐洲混凝土委員會(huì)—國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)給出的計(jì)算式為：

　　εsh (t，t0) =εsh0 [βs (t) - βs (t0) ] ，
　　εsh0 =εs1 ×εs2 ×εsh0 。

　　式中：εsh0 ———收縮應(yīng)變基準(zhǔn)值；
　　　　　εs1 ———取決于環(huán)境；
　　　　　εs2 ———取決于名義厚度h0 。

　　εs1 ，εs2可由相應(yīng)的圖表查出，βs 為收縮隨時(shí)間發(fā)展的函數(shù)，也可由圖表查出，t為所考慮瞬間混凝土的齡期，t0為開始考慮收縮影響瞬間混凝土的齡期。

　　B —P 模式給出的計(jì)算式更為復(fù)雜，它沒有相應(yīng)的通過實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)圖表，偏重于純計(jì)算式的應(yīng)用。另外，還有美國混凝土學(xué)會(huì)、英國混凝土協(xié)會(huì)等也給出了不同的計(jì)算條款。

　　2.2 一種實(shí)用計(jì)算法
　　該法的基礎(chǔ)是找出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的最大收縮應(yīng)變，而任何處于其他狀態(tài)下的最大收縮應(yīng)變用各種不同的系數(shù)加以修正。任意狀態(tài)下最大(最終) 收縮應(yīng)變值以εy (∞) 表示，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下以ε0y ( ∞) 表示，則：

　　εy (∞) =ε0y ( ∞)M1 ×M2 ×M3 ×M4 ×…×Mn 。

　　式中： M1 ， M2 ， M3 ，…， Mn ———各影響因素的修正系數(shù)，可由相應(yīng)的表格查出，具體表格可參閱參考文獻(xiàn)；
　　ε0y ( ∞) ———在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下由實(shí)驗(yàn)得出的收縮應(yīng)變值。

　　標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為：275號(hào)普通水泥；標(biāo)準(zhǔn)磨細(xì)度(比表面積為2500 cm2/ g～3500 cm²/g) ；骨料為花崗巖碎石；水灰比為0.4 ；水泥漿含量為20%；混凝土振動(dòng)搗實(shí)；自然硬化； 試件截面為20cm×20cm；測(cè)定收縮前濕養(yǎng)護(hù)7d ；周圍空氣相對(duì)濕度為50%等。

　　ε0y ( ∞) 用結(jié)構(gòu)相對(duì)收縮變形表示，其實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值為： 3.24 ×10^-4 。而對(duì)于任意時(shí)間任意狀態(tài)下收縮應(yīng)變的計(jì)算式可由下式表示：

　　εy ( t) =εy ( ∞) ×(1-e-bt ) 。

　　式中： b ———經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.01；
　　εy ( t) ———任意時(shí)間任意狀態(tài)下的收縮應(yīng)變， t 以天為單位。

　　這樣，就可以求出約束方向任意時(shí)間任意狀態(tài)下的收縮應(yīng)變值，從而可以初步判斷約束方向混凝土收縮裂縫是否會(huì)出現(xiàn)，如果有出現(xiàn)裂縫的可能，就可以參照其修正系數(shù)，對(duì)混凝土相應(yīng)的配制條件(由決定M1，M2，M3 .值的因素決定，可由相應(yīng)的表格查出) 如：水泥品種、水泥細(xì)度、配筋率等加以調(diào)整，直到滿足條件εy ( t) <εcmax為止，以達(dá)到初步防控混凝土收縮裂縫的目的。

　　3 　混凝土收縮裂縫的防控原則
　　在工程實(shí)踐中，采用“放”的原則的應(yīng)用主要有：

　　1) 設(shè)置混凝土后澆帶。新版高層規(guī)程和混凝土規(guī)范中規(guī)定：每30m 留出施工后澆帶，其寬度為800mm～1000mm。這是國內(nèi)外通用的減小混凝土收縮不利影響的有效方法。

　　2) 設(shè)置伸縮縫?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距依據(jù)結(jié)構(gòu)類別和所處環(huán)境做出了規(guī)定。

　　3) 在施工過程中，應(yīng)重視施工組織管理，采取正確的澆筑順序與振搗方式等。

　　在工程實(shí)踐中，采用“抗”的原則的應(yīng)用主要有：
　　1) 采取構(gòu)造
　　措施控制或減少混凝土收縮，如增設(shè)鋼筋或鋼筋網(wǎng)作為補(bǔ)償；在溫度收縮應(yīng)力較大的現(xiàn)澆板中，表面布置雙向溫度收縮鋼筋等。有的構(gòu)造物伸縮縫的間距雖然符合規(guī)范要求，但由于施工周期長，結(jié)構(gòu)為暴露在大氣中的露天結(jié)構(gòu)，故在結(jié)構(gòu)中斷面薄弱處、應(yīng)力集中處宜采用各種加強(qiáng)措施。

　　2) 采取外加劑和施加預(yù)應(yīng)力補(bǔ)償混凝土的收縮。在混凝土中加入外加劑，產(chǎn)生少量預(yù)壓應(yīng)力來補(bǔ)償混凝土硬化過程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，從而使裂縫控制在無害范圍內(nèi)，當(dāng)然，應(yīng)用時(shí)要注意外加劑的技術(shù)條件，并注意保溫養(yǎng)護(hù)。預(yù)應(yīng)力混凝土可增強(qiáng)梁板剛度，所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力可抵消由于混凝土收縮產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力，從而消除或減少收縮裂縫的出現(xiàn)，達(dá)到擴(kuò)大伸縮縫間距，不設(shè)后澆帶，當(dāng)然，所施加的預(yù)應(yīng)力必須是專門用于抵消收縮應(yīng)變的預(yù)應(yīng)力。

　　3) 混凝土體積較大時(shí)，要防止各種收縮應(yīng)力疊加等。
　　在大量工程中，單純地采取“放”或“抗”的措施達(dá)不到預(yù)期的效果，而應(yīng)把兩者結(jié)合起來，才能達(dá)到防控混凝土收縮裂縫的效果。