浅析混凝土甲龄期性能与裂缝控制

刘莉

【摘要】混凝土在工程结构中的应用特别广泛，但是混凝土的各种性能和裂缝直接会影响到混凝土结构的安全和性能，本文通过对混凝土早龄期的各种性能和裂缝控制进行了相应的研究，研究了水化与电特性、收缩与徐变、抗压性能和抗压性能等，通过了理论分析，总结了混凝土早龄期的温度、水化、徐变、收缩和力学性能等随着时间发展变化的规律，为混凝土早期性能和裂缝的研究提供了一定的借鉴作用。

【关键词】混凝土；早龄期性能；裂缝控制

一、引言

混凝土因其特有的性能，在土木工程结构中得到了广泛的应用。但是混凝土结构一旦出现早期的开裂，往往会导致相应工程结构性能的衰退。混凝土材料在早龄期内部往往会产生相应的龟裂，在外部环境及荷载等因素的影响下会导致混凝土内部的裂缝形成和发展，直接会影响到混凝土的耐久性和使用寿命。

二、混凝土早龄期性能

2.1、混凝土早龄期的水化和电特性

在混凝土搅拌时，受到重力作用和外部环境，直接影响了混凝土的微观结构。水胶比和骨料的体积对于混凝土的早期性能会产生很大的影响。水泥的水化过程就是使混凝土从液态转化为固体材料，这种固体材料是一种刚性的，能够承受着荷载的作用。对于混凝土的水化程度可以通过测试电阻率的方法来进行。据相关研究表明，早龄期混凝土的电阻率和强度随着时间发展的曲线往往有着很强的相关性和相似性。混凝土早龄期电阻率的变化直接反应了混凝土早期水化的进程发展，从一定程度上客观的反应了混凝土在早期内部联通空隙减少和水化产物生产等系列变化。

2.2、混凝土在早龄期的收缩和徐变

混凝土的收缩往往包含多种，如塑性收缩、干燥收缩和自收缩等。在混凝土的不同龄期中，往往是多种收缩同时存在和相互影响的。混凝土早龄期的收缩是多种收缩相互综合作用产生的结构，如果在某一个龄期内进行严格的区别和划分收缩的大小是特别困难的。目前的很多研究将混凝土的收缩统一归纳为早龄期的总收缩变形。通过相关实验研究表明，造成混凝土微膨胀的主要原因如下：混凝土早期的水化放热导致了混凝土体积的膨胀；混凝土在浇注后，往往会出现泌水的情况，在密封的条件下，表面的泌水会被混凝土再次吸收，进而导致了混凝土体积的膨胀。在混凝土中掺入一定量的聚丙烯腈纤维，能够减小混凝土早龄期的收缩，同时，使用高强度的水泥，会导致混凝土后期收缩的增加。

2.3、混凝土早龄期的断裂性能和力学性能

1、早龄期的抗压强度

对C40不同的掺合料混凝土进行试验研究表明，混凝土在早龄期的抗压强度往往是随着水化程度的发展在不断的提高。混凝土早龄期的性能，如抗压性能与成熟的混凝土往往是有着很大的区别的，同时混凝土在早龄期呈现出的塑性特征具有很大的延性。高强度的混凝土与普通的混凝土在早期的抗压强度方面也是有着很大的区别。

2、混凝土早龄期内的抗拉强度

要想评价混凝土早期内开裂，就必然少不了混凝土的抗拉强度。混凝土早期的抗拉强度是随着时间发展变化的，其变化的规律和抗压强度比较相似，是随着龄期的不断增长，其抗拉强度也是在增长的。通过与混凝土在早期内的受压应力——应变曲线来进行比较，往往轴拉的曲线线性阶段更长，轴拉时候的延性会低于轴压时候的延性。

3、混凝土早期的断裂性能

据相关研究得出，高强度的混凝土与普通强度的混凝土相比较，其双参数模型中的临界应力强度因子和CTOD都比较高。但是随着时间的推移，在1d后，高强度的混凝土和普通混凝土的临界应力强度因子的增长速率是特别接近的，除了12h存在着很大的差异，高强度和普通的混凝土在不同龄期的CTOD幾乎都是完全相同的，同时也从另一个方面说明，在早龄期，高强度的混凝土的脆性往往比普通混凝土的脆性高。

三、混凝土早龄期裂缝控制

3.1混凝土早期的开裂机理分析

目前，普遍认为混凝土早期的裂缝产生的主要原因是由于混凝土的收缩，从而导致的拉应力超过了混凝土的抗拉强度，因此，影响混凝土开裂的主要参数是混凝土的收缩值。通过弹性力学的角度来进行分析，在一个完全约束住的混凝土中，收缩应变导致的拉应力是弹性模量与收缩应变的乘积，抗拉强度是抵抗收缩应变破坏的抗拉力，当拉应力大于抗拉强度时，混凝土就会开裂。但是在实际中，这个过程是十分复杂的，引起混凝土收缩开裂的因素众多，而收缩应变知识其中的一个因素，往往还有着弹性模量、混凝土的温度、徐变、抗拉强度和约束的程度等。由于混凝土在徐变的作用下，会产生应力松弛的作用，混凝土的开裂点往往会后移。同时，混凝土的各种性能在早期内是随着混凝土的龄期在不断的变化的，彼此间的各种因素也是相互影响的。因此，对于混凝土的早期开裂性能研究分析是一个动态的、复杂的过程。

3.2混凝土早龄期温度裂缝的控制

通过基于Arrhenius方程的等效龄期方法，能够比较准确的预测出混凝土的力学性能，如抗拉强度和抗压强度等，同时其力学性能在参考温度下是随着混凝土龄期的发展而变化着。通过采用等效龄期的方法，能够得到龄期和温度对其力学性能的影响规律，并且通过结合有限元分析软件，将其应用到混凝土早龄期的温度裂缝控制之中，这也是对于混凝土早龄期温度裂缝控制的一种新方法的尝试。

3.3混凝土结构开裂的综合分析

在工程结构中，混凝土结构非贯穿的裂缝占到很大一部分，可以达到百分之六七十，而开裂的原因往往是由于收缩变形和温度变形收到了约束，从而引起了应力的产生。当墙体和梁之类的结构，这些结构的壁厚大于500毫米时，就会由于温度的不均匀和收缩的不均匀引起特别显著的约束应力，进而导致了混凝土表面裂缝的产生。但是，这种混凝土早期受到温度和收缩开裂的研究特别扶助，目前对于两者的结合研究还比较少。

3.4混凝土早期裂缝控制在工程中的应用

据相关研究表明，通过控制混凝土的配合比例和掺加聚丙烯纤维和矿物掺合料等方法，能够显著的抑制混凝土早期开裂的现象。对于混凝土早期开裂提出了具体的建议：1、混凝土浇筑后，要立刻进行养护，要在混凝土表面覆盖塑料布等，尽量防止水分快速流失；2、在混凝土的表面尽量喷洒一些化学物质，阻止水分的流失；3、混凝土拆模后依然要进行养护；4、要保持混凝土所处的环境是一种高湿度的状态；5将混凝土表面的风速降低；6、提高养护温度，促进混凝土的凝结；7、超塑性减水剂的使用要控制。

四、结论

通过对混凝土的早龄期性能和裂缝控制进行了相应的研究，分析了混凝土的开裂机理等，并且给出了控制混凝土早期裂缝的建议。通过研究，得出如下结论：混凝土裂缝的产生是一个动态复杂的过程，是受到多种影响因素综合作用的结果；矿物掺合料对于混凝土的早龄期性能和裂缝控制都有着十分重要的影响，通过在混凝土中掺加矿粉和粉煤灰等材料，能够有效的控制住混凝土早龄期开裂的现象。

参考文献：

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