混凝土早龄期性能与裂缝控制

混凝土早龄期性能与裂缝控制

魏林

合肥市永建混凝土有限责任公司安徽230051

摘要：混凝土是建筑施工的重要材料，在程度上影响着施工的质量。相关资料显示，很多工程由于混凝土早期开裂，导致结构性能衰退。与此同时，混凝土材料还会受到天气、温度的影响，很容易形成内部裂缝。在这种情况下，就会减少混凝土的使用寿命。因此，对混凝土早龄期性能与裂缝控制进行分析与探讨非常有必要。

关键词：混凝土；早龄期性能；裂缝控制

从混凝土微观结构出发,研究普通混凝土、高性能混凝土成型过程的时变温度场;对裂缝持续增长的早龄期混凝土物理、力学特性进行深入、系统的研究;综合考虑混凝土材料、结构特征,研究混凝土结构早期裂缝的成因机理、分析方法与控制措施;提出裂缝开展的预测和控制方法,建立裂缝扩展过程的损伤模型;在理论分析与试验研究的基础上,总结了混凝土早龄期的水化、温度、收缩、徐变、力学性能和断裂性能随时间的发展规律;综合分析各种因素对混凝土早期开裂的影响,推导了混凝土结构内部应力的增量计算方法。

一、混凝土早龄期性能

混凝土早龄期性能包括徐变、收缩、水电特性、水化放热、断裂性能等多个方面。下面进行具体分析。

1、混凝土的初期水化与电特性。混凝土在搅拌的过程中，其微观结构主要受到骨料体积、水胶比的影响。本文主要采用电阻率的办法来测试混凝土的水化程度。首先，对不同掺合料的电阻率以及水灰比进行分析，然后结合运用相关的曲线图进行对比，可以发现早龄期混凝土的强度与电阻率随着时间变化而改变。

2、混凝土的早期水化放热。在研究的过程中，将水与颗粒结合，然后得出水化反应的“单元立方体”。同时，根据动力学方面的理论，提出减小晶体与核反应的控制条件。最后，在分析水泥化学组分的基础上，探讨对水化放热反应速率影响的因素。通过实验证实，该方法不仅可以有效分析水泥早期的水化度，而且为早龄混凝土的时变性提供了理论依据。

3、混凝土早龄期的收缩与徐变。混凝土收缩包括自收缩、塑性收缩，以及干燥收缩。由于影响混凝土收缩的因素比较多，所以在区分一定龄期混凝土的收缩时面临很大的困难。本文在实验分析的基础上，得出了混凝土膨胀收缩的主要原因。分别是：第一，混凝土在早期水化放热后，使体积膨胀。第二，混凝土完成浇筑后，由于环境比较封闭，混凝土反复吸收泌水后，也会使体积膨胀。另外，在计算混凝土收缩应变的基础上，发现混凝土的收缩与水泥材料有很大关系。本文在计算混凝土徐变时，主要依据老化理论、有效模量法，得出了新的龄期调整扩大系数计算公式。即：

（1）式中，A代表龄期调整最终扩大因子，P代表调整影响指数。（A＞0，P＞0）

4、混凝土早期力学性能与断裂性能。混凝土早期抗拉强度是混凝土早期开裂的关键因素。与普通强度混凝土相比，高强度的混凝土脆性更大。当前，很多学者在研究混凝土断裂性能中，采用数值模拟的办法。通过数值模拟的法可以看出，混凝土抗压强度与断裂韧度近似双折线。对曲线图进行观察，发现混凝土的抗压强度与临街裂缝尖端张开位移一致，因此可以作为判断混凝土强度的依据。另外，对不同混凝土裂缝开口曲线进行对比，得出的结果与试验的结果也比较接近。

二、混凝土早龄期裂缝控制

1、混凝土早期开裂机理。通常，很多人将混凝土早期断裂的原因归为：混凝土收缩产生的应拉力。但是，在实际情况下，除了以上原因之外，混凝土早期断裂还包括多个因素。比如：混凝土的徐变、温度，以及约束程度等。同时，当混凝土龄期发生变化后，这些因素还会相互影响。

2、混凝土损伤塑型与弥散裂缝模型。以ABAQUS混凝土为例。首先，实施混凝土单轴拉伸实验。然后，建立混凝土弥散裂缝模型与损伤塑性模型，并将这两个模型结合在一起。最后，用数值模拟出混凝土的断裂以及损伤情况，并根据相应位移曲线分析混凝土的损伤场与塑性应变场。

3、混凝土早龄期温度裂缝控制与数值模拟。在传统混凝土应力公式的基础上，提出了新的混凝土温度应力计算方法。当节点的温度上升时，温度负荷也随之增加。那么，可以根据增量求法计算出节点处的最大温度应力。计算的公式为：

式中，σ（t）代表温度应力，k代表混凝土热膨胀系数，θi代表时刻变化后，温度的增量。代表应力松弛系数。根据以上公式，将混凝土的材料参数带入其中，可以得到混凝土抗拉强度与最大温度的比值。即：

式中，Pc代表混凝土开裂风险，σmax代表最大温度应力值，ft代表节点等效领期抗拉强度值，与传统的计算方法相比，等效龄法计算出的混凝土应力、强度更加准确。

4、混凝土结构开裂。混凝土断裂的主要原因有两个。一个是温度变形，另外一个是收缩变形。当混凝土变形后，就会引起应力的变化。但是混凝土断裂的原因比较复杂，除了以上两个原因外，还受到徐变、弹性模量，以及约束度等因素的影响。因此，对混凝土裂缝的控制要进行深入的分析与研究。有关专家利用混凝土结构开裂分析法，在综合考虑混凝土早期性能的基础上，计算出混凝土的极限拉应变，以及理论拉应变。早期混凝土的温度比较高。在3一30d之间，混凝土理论拉应变升高。30d后，混凝土发生徐变，导致应力松弛，从而减小了拉应变。因此，可以判断出混凝土开裂的最危险时间为30d。在这个时期要加强对混凝土的保养，这样可以在很大程度上避免混凝土的断裂。

5、混凝土早期裂缝控制的具体应用。分析混凝土早龄期性能的基础上，然后提出控制混凝土断裂的方法与措施。主要包括以下几个方面：第一，严格检查混凝土的材料，保证质量符合标准。如果采用劣势材料进行施工，就会影响浇筑的质量，从而产生混凝土裂缝。第二，还应该注意因含泥量太大的粗骨料、含泥量大的粉砂等造成的材料问题。如果这些成分构成超过规定时，会使材料发生不同程度的结构变化。与此同时，由于这些因素的存在，在配比方面的掌握即使按照标准进行，其收缩率也会在一定程度上发生变化。第三，应该注意到颗粒配比方面的问题，如均匀性等。一方面，应该注意添加剂的量、标准、掺入量，二是应该注意掺入的时机。如果时机不对，也会因操作不当产生浇筑后的裂缝。另一方面，应该注重施工步骤是否恰当，搅拌过程中均匀度、时间的把握，运输中的时间、距离、路况等。第四，当混凝土浇筑完毕后，要及时做好保养工作。比如：给混凝水表面洒水，并加盖麻布、塑料布等，使混凝土保持一定的温度与湿度。同时，也可以在混凝土表面喷洒化学物质，这样也可以起到减少水分流失的作用。第五，混凝土拆模后，要及时做好养护工作。第六，减少混凝土表面的风速，使混凝土保持一定的湿度。第七，当周围的温度比较高时，可以降低混凝土表面的温度，这样可以在混凝土的表面生成大量水珠，避免混凝土过于干燥。第八，加大骨料的用量，控制水泥浆收缩的力度。第八，将超塑性减水剂的用量控制在一定的范围内，禁止超量使用。

结合混凝土的早期裂缝特点，提出具体控制的办法与措施。比如：检查混凝土材料质量、合理掌握颗粒配比、采用合理的施工步骤、浇筑完成后及时洒水养护，减小混凝土表面风速，提高混凝土养护温度，限制水泥浆收缩等。另外，相关资料显示提高胶凝材料的水胶比也可以起到防止混凝土开裂的作用。希望以上意见可以在控制早期混凝土裂缝中起到参考的作用，并不断提高混凝土的施工质量。

参考文献：

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