從原材料角度預防混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生
1.前言
混凝土作為建筑工程中一種面廣量大的施工材料,不僅歷史悠久,而且具有其他材料無法替代的優(yōu)點,如強度高、價格低、壽命長、工藝成熟、施工便捷等等。但是,混凝土材料也有著自身固有的缺陷,如混凝土在水化硬化和外界環(huán)境中引起的體積收縮,使得混凝土材料產(chǎn)生裂縫,結果不僅影響建筑物外觀,而且有的會降低結構強度,加速鋼筋銹蝕,抗?jié)B、抗凍性能下降,嚴重影響建筑工程的使用性能及整體質量。尤其對于預拌泵送混凝土,它具有坍落度大、砂率大、水泥用量多等特點,因此,泵送混凝土更容易產(chǎn)生收縮而出現(xiàn)裂縫。
分析和研究混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生原因以及針對成因而采取相應的對策,對于混凝土的應用和工程的質量都有著極其重要的實際意義。一般來說,混凝土拌合物在硬化過程中要經(jīng)歷化學收縮、塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等具有固有物理特性的收縮過程,這些收縮產(chǎn)生的總收縮率在0.04%~0.06%之間,也是混凝土材料出現(xiàn)裂縫的主要原因。因此,合理選用組成混凝土的原材料,從原材料角度避免和減小各種收縮,是預防混凝土產(chǎn)生裂縫的首要措施。
2.混凝土的收縮機理
要從原材料開始控制混凝土的收縮,首先要弄清混凝土的收縮原理及組成混凝土的各成分對收縮的影響。
2.1化學減縮
在水泥的水化過程中,無水的熟料礦物轉變?yōu)樗?固相體積逐漸增加,但水泥-水體系的總體積卻在不斷縮小。下表列出幾種主要熟料礦物在水化前后的 體積變化情況。
水泥熟料礦物水化后整個體系均發(fā)生體積減縮。各礦物發(fā)生化學減縮的大小順序為:C3A>C4AF>C3S>C2S。
2.2塑性收縮
塑性收縮發(fā)生在混凝土硬化前的塑性階段。當混凝土表面水分蒸發(fā)速度大于補充表面水分的泌水速度時,表面干燥就會產(chǎn)生塑性收縮裂縫。產(chǎn)生塑性收縮的原因是由于泌出水分的蒸發(fā),在水泥顆粒與集料之間,因面層之間的張力產(chǎn)生凹月面,混凝土在產(chǎn)生足夠的抗張強度之前干燥,表面張力大于抗張強度,在混凝土硬化過程中就會出現(xiàn)塑性收縮裂縫。
典型的塑性收縮裂縫通常是相互平行的,間距0.3~1m,很少會擴展到混凝土材料的自由邊。當水分蒸發(fā)速度較大時,表面失水加快,任何延長凝結時間的因素都有使塑性收縮增大的趨勢,如寒冷的氣候、較低的水泥用量、緩凝劑和大多數(shù)的減水劑。
2.3干燥收縮
混凝土干燥收縮的機理比較復雜,已有的水泥收縮理論中,以毛細管張力學說最具說服力。毛細管張力Ps用拉普拉斯(Laplace)公式表示為:
Ps=2σ/r
式中:Ps---毛細管張力;
σ--- 水的表面張力;
r---彎月面的曲率半徑。
混凝土漿體失水
混凝土作為建筑工程中一種面廣量大的施工材料,不僅歷史悠久,而且具有其他材料無法替代的優(yōu)點,如強度高、價格低、壽命長、工藝成熟、施工便捷等等。但是,混凝土材料也有著自身固有的缺陷,如混凝土在水化硬化和外界環(huán)境中引起的體積收縮,使得混凝土材料產(chǎn)生裂縫,結果不僅影響建筑物外觀,而且有的會降低結構強度,加速鋼筋銹蝕,抗?jié)B、抗凍性能下降,嚴重影響建筑工程的使用性能及整體質量。尤其對于預拌泵送混凝土,它具有坍落度大、砂率大、水泥用量多等特點,因此,泵送混凝土更容易產(chǎn)生收縮而出現(xiàn)裂縫。
分析和研究混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生原因以及針對成因而采取相應的對策,對于混凝土的應用和工程的質量都有著極其重要的實際意義。一般來說,混凝土拌合物在硬化過程中要經(jīng)歷化學收縮、塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等具有固有物理特性的收縮過程,這些收縮產(chǎn)生的總收縮率在0.04%~0.06%之間,也是混凝土材料出現(xiàn)裂縫的主要原因。因此,合理選用組成混凝土的原材料,從原材料角度避免和減小各種收縮,是預防混凝土產(chǎn)生裂縫的首要措施。
2.混凝土的收縮機理
要從原材料開始控制混凝土的收縮,首先要弄清混凝土的收縮原理及組成混凝土的各成分對收縮的影響。
2.1化學減縮
在水泥的水化過程中,無水的熟料礦物轉變?yōu)樗?固相體積逐漸增加,但水泥-水體系的總體積卻在不斷縮小。下表列出幾種主要熟料礦物在水化前后的 體積變化情況。
水泥熟料礦物水化后整個體系均發(fā)生體積減縮。各礦物發(fā)生化學減縮的大小順序為:C3A>C4AF>C3S>C2S。
2.2塑性收縮
塑性收縮發(fā)生在混凝土硬化前的塑性階段。當混凝土表面水分蒸發(fā)速度大于補充表面水分的泌水速度時,表面干燥就會產(chǎn)生塑性收縮裂縫。產(chǎn)生塑性收縮的原因是由于泌出水分的蒸發(fā),在水泥顆粒與集料之間,因面層之間的張力產(chǎn)生凹月面,混凝土在產(chǎn)生足夠的抗張強度之前干燥,表面張力大于抗張強度,在混凝土硬化過程中就會出現(xiàn)塑性收縮裂縫。
典型的塑性收縮裂縫通常是相互平行的,間距0.3~1m,很少會擴展到混凝土材料的自由邊。當水分蒸發(fā)速度較大時,表面失水加快,任何延長凝結時間的因素都有使塑性收縮增大的趨勢,如寒冷的氣候、較低的水泥用量、緩凝劑和大多數(shù)的減水劑。
2.3干燥收縮
混凝土干燥收縮的機理比較復雜,已有的水泥收縮理論中,以毛細管張力學說最具說服力。毛細管張力Ps用拉普拉斯(Laplace)公式表示為:
Ps=2σ/r
式中:Ps---毛細管張力;
σ--- 水的表面張力;
r---彎月面的曲率半徑。
混凝土漿體失水