混凝土的干燥收縮過程

摘要：分析了混凝土干縮的機理及過程，為指導配制低干縮的混凝土提供依據。

關鍵字：混凝土；干縮；過程

干縮是水泥混凝土中常見的一種變形，而干縮變形又是引起水泥混凝土開裂的最主要的原因之一。混凝土收縮主要是由水泥漿體引起的。混凝土結構由于處于不同的約束狀態下因收縮引起拉應力，當混凝土的抗拉強度小于該拉應力時，就會引起混凝土產生裂縫，從而導致混凝土耐久性性能的下降.因而對水泥砂漿以及混凝土的干縮和干縮補償問題的研究，具有十分重要的實際意義。

在準靜態條件下，水泥石的干縮過程如圖1所示：

圖1橫坐標起點相當于在水中長期養護的水泥石（含水量為100%），曲線AB段為干縮初期階段，水泥石中大孔及大毛細孔（孔半徑大于100nm）失水，水泥石不收縮。曲線BC段為孔半徑小于100nm的毛細孔失水，水泥石發生收縮，這是由于毛細孔和凝膠孔中失水產生的毛細管壓力引起的。毛細管壓力隨水泥石含水量減少而變化，起初增加，達到最大值之后開始減少。相對濕度進一步減少時，大部分毛細管完全脫水，毛細管壓力減少，由于固體骨架的彈性恢復，可以使水泥石體積膨脹，這相當于曲線CD段。在不同條件下養護的混凝土收縮試驗結果表明，沒有發現干縮過程中含水量在一定范圍內變化時水泥石體積有所增加，只是在收縮—含水量試驗曲線上發現一個拐點。毛細管水失去后，吸附結合水開始蒸發，空氣相對濕度越低、溫度越高，則吸附水從晶體表面蒸發的越多，同時亞微觀晶體相互靠近，C—S—H凝膠中的層間水也開始蒸發，這是曲線DE段。曲線最后一段EF，相當于水化硅酸鈣層間水蒸發階段。

就一般的濕度條件（相對濕度從100%到40%）下，水泥石的干縮主要是由毛細管張力控制，拆散應力的作用可能也是重要的。

就毛細管張力而言，它是毛細管內部的液體對毛細管壁的一種拉力，毛細管張力的作用使得在毛細管壁上產生壓力，從而使毛細管壁產生壓力變形而產生體積收縮。形成彎月面的毛細管半徑越小，數量越多，則毛細管張力越大，收縮越大。對于一定半徑的毛細管而言，毛細管壁對壓力的抵抗能力就決定了變形的大小。這種抵抗能力可以用水泥石的彈性模量來表示，當采用同樣骨料和配合比時，也可以用混凝土的彈性模量來表示，彈性模量越大，試件的抗變形能力越大。對于標號大約C30的混凝土，其彈性模量隨抗壓強度的增加而增加，但其管壁中產生一個和毛細管張力相對抗的力，當達到力的平衡時，體積變形也就停止了。另外，由于水泥石的變形受到內部的限制（如骨料等），在漿體中也會產生拉應力。由于應力的存在，徐變也就會隨之發生，在壓應力處的徐變使干縮增加，而拉應力處的徐變使干縮減少。由于混凝土本身是不均勻的，如果漿體中的拉應力過大就會在薄弱環節引起微裂縫的產生。

毛細管張力不僅僅在干燥環境時才出現，在水養條件下也會出現。在水灰比很低的試件中，由于化學收縮也會使得試件內部一些毛細孔產生彎月面，而外部的水很難進入試件內部來消除毛細孔中的彎月面，從而產生毛細管張力。這就表明，對于水灰比很低的試件，在試件放入干縮室前收縮和微裂縫的產生均使得測定的干縮值較低。

就拆散應力而言，當拆散應力小于范德華力時，試件中也產生拉力。這種拉力一方面使周圍的粒子受到壓力而壓縮，當拉力受到限制時也會產生拉應力，應力的出現也會造成徐變，過大的拉應力也會產生微裂縫。在干縮試件中，由于受到的限制較小，毛細管張力和拆散應力引起拉應力較圖小，試件主要是由于承受壓應力而產生體積收縮。

在50%相對濕度下，水泥漿體干縮如圖1.3所示。由于高密度C—S—H較低密度C—S—H更為密實，因此其比低密度C—S—H更加能抵抗干縮。在50%相對濕度下，高密度C—S—H可能仍然飽和的，所以，可以把高密度C—S—H歸于抵抗收縮的一類，而把低密度C—S—H歸于產生收縮的一類。所以低密度C—S—H和高密度C—S—H的比例對于干縮有很大的影響。不可逆收縮可能是低密度C—S—H的收縮造成的。

根據圖2，可以把在50%相對濕度下干縮過程分為兩個階段：第一個階段是毛細孔失水，毛細孔張力使得毛細孔壁上水泥顆粒之間的低密度C—S—H、高密度C—S—H以及為水化水泥顆粒受到壓縮而產生收縮；第二個階段是低密度C—S—H的失水，在水泥顆粒之間的低密度C—S—H的失水引起收縮。

事實上，由于試件有一定的厚度，水從其中的散失將在試件內產生濕度梯度，因而，也將試件內部產生收縮梯度，即越離試件表面越近，其收縮量越大，外部較大的收縮將受到內部較小部分的限制，由于試件在力的作用下將產生徐變，所以通過測量線性干縮的方法得到的只是總體上的數據，對于某個點的干縮值則只能通過在內部埋設應變計的方法來測定。這種收縮梯度對于大尺寸的試件就必須加以考慮。而在較小尺寸的試件中，這種濕度梯度對于干縮值的影響就不大，可以通過測量試件線性收縮的方法來測定干縮值。

參考文獻：

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