化學(xué)縮減與溫度收縮對(duì)混凝土早期開(kāi)裂的影響

肖金漢

摘 要：本文對(duì)引起混凝土早期開(kāi)裂的因素進(jìn)行了分析，主要從化學(xué)縮減和溫度收縮兩個(gè)方面進(jìn)行了研究。結(jié)果表明混凝土的化學(xué)組成直接影響化學(xué)縮減量的大小，各個(gè)化學(xué)組分發(fā)生水化反應(yīng)放出的溫度以及外界溫度的變化又會(huì)導(dǎo)致溫度收縮，進(jìn)而使混凝土發(fā)生早期開(kāi)裂。

關(guān)鍵詞：混凝土早期開(kāi)裂；化學(xué)縮減；溫度收縮

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.012

1 引言

混凝土的早期開(kāi)裂問(wèn)題直接影響混凝土在工程中的應(yīng)用，在混凝土發(fā)生初步凝結(jié)硬化后，產(chǎn)生的原因體積形變由于受到約束會(huì)使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)這種內(nèi)應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度后，混凝土就會(huì)發(fā)生早期開(kāi)裂[1]。有關(guān)早期開(kāi)裂問(wèn)題的研究一直以來(lái)都是學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)，通過(guò)眾多學(xué)者的努力，混凝土中水泥組分水化反應(yīng)、顯微結(jié)構(gòu)變化以及外界環(huán)境等導(dǎo)致早期開(kāi)裂的因素被逐步揭示[2，3]。本文分析了化學(xué)縮減和溫度收縮對(duì)混凝土早期開(kāi)裂的影響。

2 化學(xué)縮減對(duì)混凝土早期開(kāi)裂的影響

混凝土中的主要成分為C3S、C2S、C3A和C4AF，這些成分與水之間的水化反應(yīng)會(huì)使混凝土發(fā)生化學(xué)縮減，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土體積的改變，使其發(fā)生早期開(kāi)裂的現(xiàn)象，各組分與水發(fā)生的反應(yīng)方程式如式1所示：

（1）

式1中的各個(gè)反應(yīng)物與生成物之間存在體積的差異，即為化學(xué)縮減（CS），計(jì)算公式如式2所示：

（2）

式2中，攪拌前混凝土的體積和水的體積分別用用Vci和Vwi表示，發(fā)生水化反應(yīng)后混凝土的體積和水的體積分別用Vc和Vw表示，生成的水化產(chǎn)物的體積用Vhy表示。

除了上述方法外，還可以根據(jù)組分的分子量和密度計(jì)算混凝土的化學(xué)縮減，式1中的各個(gè)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，當(dāng)混凝土與水接觸的瞬間化學(xué)縮減即刻發(fā)生，在反應(yīng)開(kāi)始的幾小時(shí)或幾天內(nèi)化學(xué)縮減的速率會(huì)逐漸達(dá)到最大值，以混凝土中C3S為例，反應(yīng)物C3S和生成物C3S2H3的分子體積分別表示為Vb和Vr，二者之差Vs為體積收縮（大小為24.290），Vs和C3S的摩爾質(zhì)量之比為單位質(zhì)量的C3S發(fā)生水化反應(yīng)后產(chǎn)生的化學(xué)縮減，大小為0.0532，以此類(lèi)推獲得各個(gè)組分的單位質(zhì)量的化學(xué)縮減，結(jié)果列于表1中，之后利用各個(gè)組分的質(zhì)量百分含量即可算出混凝土的化學(xué)縮減量，如式3所示：

（3）

結(jié)合表1數(shù)據(jù)和式3可以看出，C3A對(duì)混凝土的化學(xué)縮減影響最大， C3A含量越多，混凝土的化學(xué)縮減也越大；C2S對(duì)化學(xué)縮減的影響較小，C2S含量較大時(shí)，混凝土的化學(xué)縮減較小，同時(shí)混凝土的水灰比對(duì)化學(xué)縮減不存在影響，因此混凝土的化學(xué)縮減只和化學(xué)成分有關(guān)。

3 溫度收縮對(duì)混凝土早期開(kāi)裂的影響

混凝土由于水化反應(yīng)放熱，在早期會(huì)出現(xiàn)溫度上升，當(dāng)溫度到達(dá)峰值后會(huì)逐漸降低，伴隨著溫度的降低混凝土的體積會(huì)逐漸減小，這種由于溫度變化而引起的收縮稱(chēng)為溫度收縮，而溫度收縮也會(huì)對(duì)混凝土的早期開(kāi)裂產(chǎn)生影響。

（4）

式4所示為混凝土溫度收縮ε的計(jì)算公式，式中，α為混凝土的熱膨脹系數(shù)，ΔT為溫度梯度。

溫度時(shí)引起混凝土溫度收縮的關(guān)鍵因素，除了組分水化反應(yīng)導(dǎo)致的溫度變化外，外界溫差也會(huì)使混凝土發(fā)生體積變化。圖1所示為外界溫度對(duì)混凝土形變影響的示意圖，將混凝土制成板狀，造成陽(yáng)光直射，板狀混凝土表面溫度升高，而底層受熱較少，因此板狀混凝土的表面會(huì)拱起；白天時(shí)，板狀混凝土整體受熱均勻，只會(huì)發(fā)生橫向伸長(zhǎng)；夜晚時(shí)表面溫度的降低大于底層，因此表面會(huì)發(fā)生凹陷。

4 結(jié)論

綜上所述，化學(xué)縮減與溫度收縮會(huì)對(duì)混凝土的早期開(kāi)裂產(chǎn)生影響，混凝土的成分及各成分的含量對(duì)化學(xué)縮減存在直接影響，含C3A較多的混凝土其化學(xué)縮減也較大；溫度差異是引起溫度收縮的主要因素，包括組分水化反應(yīng)放出的熱量以及外界溫度的變化，都會(huì)導(dǎo)致混凝土發(fā)生溫度收縮，進(jìn)而導(dǎo)致早期開(kāi)裂。

參考文獻(xiàn)：

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