混凝土早齡期性能及裂縫控制

邢娜

摘 要：混凝土結構早期開裂直接決定著土木工程結構性能衰退狀況。而因混凝土材料自身特點及多種因素的影響下，混凝土內部逐步產生裂縫，并對混凝土結構的耐久性、服役壽命等造成極大影響。為此，研究混凝土早齡期性能及裂縫控制問題極為關鍵。本文在對混凝土早齡期基本力學性能分析的基礎上，對其早期裂縫試驗方法、控制方法等內容進行了探究。

關鍵詞：混凝土；早齡期性能；裂縫控制

一、混凝土早齡期性能

1、混凝土初期水化及電特性

攪拌混凝土后，混凝土微觀結構就開始受重力作用、外界環境等因素的影響。水膠比、骨料體積是決定新拌混凝土初期性能的主要因素，新拌混凝土可認為是懸浮于水中不同粒徑的懸浮液，也可當做是水在粒子附近填充形成的多孔介質材料。水泥的水化過程能夠讓混凝土由粘塑性液態材料逐步向剛性可承受荷載作用的固體材料轉化。

混凝土水化程度監測目前常用的方式就是電阻率測試法。利用分析研究各類水灰比、不同摻合料混凝土電參數及相關曲線變化規律，可以看出伴隨時間的增加，早齡期混凝土電阻率、強度曲線的相似性及相關性也會越來越強，如圖1所示。通過混凝土早齡期電阻率變化速率曲線分析，混凝土水化進程可進行5階段劃分，即水泥水解—誘導—凝結—硬化—硬化后期。通過觀察電阻率速率曲線各個關鍵點，如峰值點、拐點等，可全面展現水泥水化的整個過程，能夠極為準確地做到混凝土凝結時間的確定。通過混凝土早期電阻率的變化情況，可以把混凝土早期內部變化充分反映出來，如生成水化產物等。

2、混凝土早齡期收縮與徐變

干燥收縮、塑性收縮及自收縮等都是混凝土收縮的主要類型。但各個齡期混凝土結構中往往同時存在多種收縮，且相互作用、相互影響。因混凝土早期收縮是各類收縮綜合作用的結果，因此詳細劃分難度較大。為此，本文利用自制混凝土收縮測量裝置對3類混凝土早期收縮、后期干燥等進行了分析。通過觀測得出，密封養護原理下，混凝土3天變形現象為“膨脹—收縮”。筆者認為，混凝土產生微膨脹的原因可分為2點：第一，混凝土早期水化放熱出現體積膨脹；第二，澆注混凝土一定時間后，將會產生泌水問題。密封條件下，伴隨水泥水化情況此類表面泌水將會被混凝土吸收，進而產生體積膨脹現象。室內干燥條件下，混凝土后期收縮分析得出，聚丙烯腈纖維混凝土適量添加，可達到早期收縮降低的目的，如水泥強度等級較高，則可實現混凝土后期收縮增加的目的。但在養護條件一致的情況下，各類型混凝土最終收縮值差距較小。為此，筆者認為混凝土收縮變形可選取公式（1）表示。

其中，齡期t時混凝土早期收縮應變可由 表示；

混凝土最終收縮應變可由 表示；

齡期可由t表示；

試驗常數為a1、b1、a2、b2表示。

計算流動變形速率時，可對一個齡期調整擴大系數k進行定義，以此對老混凝土流動變形估算缺陷加以彌補，并對新徐變分析方法進行定義，也就是我們所說的齡期調整流動率法。基于此，混凝土流動變形值可利用齡期調整流動率進行計算，如公式（2）所示。

（2）

其中，t齡期應力可由 表示；

T齡期彈性模量可由E（t）表示；

初始加載時刻可由 表示；

任意加載時刻可由 表示；

初始加載后的流動變形度可由Cf 表示；

滯后彈性變形度可由 表示。

由此得出，齡期調整擴大系數，其計算公式（3）如下：

其中，0以上的待定參數為A、P；

齡期調整最終擴大因子由A表示；

齡期調整影響指數可由p表示。

二、混凝土早齡期裂縫控制

1、混凝土早齡期溫度裂縫控制及數值模擬

一般都會選取有限元計算法進行傳統早齡期混凝土溫度應力分析，但該方法存有一定缺陷，為此，筆者將等效齡期方法引入對其進行改進，且分析評估了早齡期混凝土的溫度應力、開裂風險等。假設分析混凝土溫度應力有限元內，溫度荷載可通過節點溫度增量進行表示，并進行加載作業，所有節點最大溫度應力此時可根據“增量法”獲取，公式（4）如下：

（4）

其中，t時刻節點的溫度應力可由 表示；

混凝土熱膨脹系數可由k表示；

ti時刻通過等效齡期計算的節點彈性模量可由E（ti）表示；

第i時段內的節點溫度增量則可由 表示；

應力松弛系數可由 表示；

計算時段則由i表示。

某時刻混凝土的開裂風險=此時刻混凝土最大溫度應力/抗拉強度，計算公式（5）如下：

（5）

其中，節點開裂風險可由Pc表示；

節點最大溫度應力值可由 表示；

所有節點等效齡期計算的抗拉強度值可由ft表示。

2、混凝土結構裂縫分析

非貫穿表面裂縫作為混凝土結構物裂縫的主要裂縫之一，其所占比例高達70%左右。產生此類裂縫的主要原因為溫度變形、收縮變形受到約束出現應力。如500mm以上為梁或墻體類結構壁厚時，因溫度分布不均或收縮等問題，產生較為嚴重的約束應力，進而引起混凝土表面裂縫產生。因此類混凝土裂縫極為復雜，為有效控制裂縫，必須對一系列影響因素進行分析，如溫度、徐變等，對其開裂風險進行準確評估?；炷两Y構在約束條件下，拉應力增量可通過公式（6）表示，

其中，混凝土泊松比可由V表示；

第i時段增量 混凝土溫度應變及收縮應變增量的和可由 表示。

通過對混凝土所有早期性能的充分考慮，可對C35復摻礦物合料混凝土的強度進行計算，通過圖2可反映出180d極限拉應變和理論拉應變的關系。

由圖2所示，理論拉應變曲線的過程為“下—上—下”?；炷猎缙跍囟容^高時，將大大減少理論拉應變。3到30天干燥收縮作用為主，此時將提升理論拉應變；30天之后，因應力松弛現象產生，將同時降低理論拉應力、理論拉應變。除此之外，理論計算獲取的拉應變從始至終都控制在C35極限拉應變以下，由此可見，C35混凝土抗裂性能良好。

3、混凝土早期裂縫控制措施

第一，澆筑混凝土后及時做好養護工作，如將麻布、塑料布等覆蓋到混凝土表面，避免水分流失過快；

第二，將化學物質噴灑到混凝土表面，避免水分過度流失；

第三，完成拆模作業后，應再次做好養護工作；

第四，應始終確保施工作業在高濕度狀態完成；

第五，混凝土表面風速有效減??；

第六，混凝土養護溫度提升，加快凝結速度；

第七，超塑性減水劑使用需適量；

第八，水泥材料應具有較大粒徑，以此對化學收縮問題進行有效控制。

三、結束語

綜上所述，伴隨國民經濟發展速度的不斷提升，混凝土作為一項重要施工材料，在我國工程建設中得到了廣泛應用。但在其應用范圍逐步擴大的今天，早齡期裂縫問題也愈加嚴重，為更好地控制裂縫，本文在充分了解混凝土早齡期各項性能的基礎上，探討了其裂縫產生原因，并提出了相應的控制措施，以期全面提升混凝土工程質量。

參考文獻

[1] 韓宇棟，張君，王家赫，郝挺宇. 基于粗骨料含量的混凝土早齡期收縮調控[J].混凝土. 2017（01）.

[2] 趙志方，李海峰，譚愷嚴，吉順文.混凝土早齡期抗裂性能測試方法評述[J]. 實驗室科學. 2012（06）.

[3] 金臻麗，楊俊杰，應義淼，章雪峰，鄭曙光.余震作用下早齡期混凝土強度及損傷試驗[J]. 建筑結構. 2011（03）.

[4] 徐仲卿，袁泉，楊振坤，王夢夢，王冬雁.早齡期混凝土力學性能試驗及其單軸本構模型[J]. 沈陽工業大學學報. 2015（01）.