探討高性能混凝土開裂的原因

高性能混凝土(以下簡(jiǎn)稱HPC)是經(jīng)過漫長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，總結(jié)傳統(tǒng)混凝土耐久性存在的問題后提出來的，已經(jīng)在很多重要的工程中成功得到了應(yīng)用，并因其耐久性而將在今后逐步代替普通混凝土在建筑物中的使用。盡管“高強(qiáng)不一定耐久”的觀點(diǎn)已得到共識(shí)，但仍有相當(dāng)多數(shù)認(rèn)為高性能混凝土必須高強(qiáng)。然而，近年來有些國家的論文指出“高性能混凝土”的易裂性。

我國著名混凝土科學(xué)家吳中偉院士將HPC定義為：在大幅度提高普通磨粉機(jī)能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作、以耐久性為設(shè)計(jì)指標(biāo)的新型高技術(shù)混凝土。并認(rèn)為高性能混凝土適用于任何強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。提出HPC內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

(1)孔隙率很低，基本上不存在>100nm的大孔；

(2)水化物中Ca(OH)2減少，C－S－H和AFt增多；

(3)未水化的顆粒多，未水化顆粒和礦物細(xì)摻料等各級(jí)中心質(zhì)增多；

(4)界面厚度小，孔隙率低、Ca(OH)2數(shù)量減少，且取向程度下降，水化物結(jié)晶顆粒尺寸減少，更接近水泥石本體水化的分布。

制砂機(jī)具有這樣微結(jié)構(gòu)的混凝土，必然會(huì)有密實(shí)度大、干燥收縮小、抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)等性質(zhì)。

混凝土的收縮是導(dǎo)致混凝土開裂的主要原因。

干燥收縮，干燥收縮是指混凝土停止養(yǎng)護(hù)后，在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生的不可逆收縮，它不同于干濕交替引起的可逆收縮,雷蒙磨粉機(jī)。這種現(xiàn)象在混凝土剛拆模后表現(xiàn)尤為明顯，這時(shí)混凝土的強(qiáng)度很低，干縮卻非常大，同時(shí)由于混凝土拆模后和空氣接觸使周圍空氣溫度上升，由此導(dǎo)致周圍空氣的濕度降低，進(jìn)一步加大了混凝土干縮。影響混凝土干燥收縮的主要因素是：骨料、水灰比、單位水泥漿體含量。

化學(xué)收縮，水泥水化后，固相體積增加，但水泥－體系的絕對(duì)體積減小。所有的膠凝材料在水化后都有這個(gè)減縮作用，大部分硅酸鹽水泥在水化后體積總減少量為7%～9%。在硬化前，所增加的固相體積填充原來被水所占據(jù)的空間，使水泥密實(shí)，而宏觀體積減縮；在硬化后，則宏觀體積不變而水泥－水體積減縮后形成內(nèi)部孔隙。因此，這種化學(xué)減縮在硬化前不影響硬化混凝土的性質(zhì)。化學(xué)減縮和水泥的組成有關(guān)。

塑性收縮，塑性收縮發(fā)生在硬化前的塑性階段，是指塑性階段混凝土由于表面失水速率大于泌水速率而產(chǎn)生的收縮，多見于道路、地坪、樓板等大面積的工程，以夏季有風(fēng)的情況下施工最為普遍?；炷猎谛掳璧臓顟B(tài)下，拌和物中顆粒間充滿水，如果養(yǎng)護(hù)不足，表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率時(shí)，則會(huì)造成毛細(xì)管中產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié){體產(chǎn)生塑性收縮。塑性收縮常伴隨著不可見裂縫的發(fā)展。

溫度收縮，溫度收縮主要是混凝土內(nèi)部溫度由于水泥水化而升高，最后又冷卻到環(huán)境溫度時(shí)產(chǎn)生的收縮。其大小與環(huán)境溫度、混凝土澆筑溫度、混凝土的熱膨脹系數(shù)、混凝土最高溫度和降溫速率有關(guān)。降低溫升、減小降溫速率、提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、使用熱膨脹系數(shù)低的集料(石灰?guī)r、輝長(zhǎng)巖)，有利于減少冷縮和防止開裂。

(5)碳化收縮,空氣中含CO2約為0.04%，在相對(duì)濕度合適的條件下，CO2能和混凝土表面由于水泥水化生成的水化物很快地起反應(yīng)，稱為碳化，伴隨有體積收縮，稱為碳化收縮。碳化收縮是不可逆的。

(6)自收縮,自收縮是由于混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低進(jìn)而造成毛細(xì)孔中水分不飽和并由此產(chǎn)生的負(fù)壓引起的混凝土收縮。混凝土自收縮是在混凝土與外界無水分交換的條件下發(fā)生的。影響自收縮的因素主要有水膠比、水泥品種、輔助膠凝材料、集料、水泥細(xì)度、養(yǎng)護(hù)溫度、外加劑、試件尺寸等。

膠凝材料對(duì)混凝土早期收縮的影響，現(xiàn)代水泥的組成和細(xì)度發(fā)生了很大變化，這是建筑業(yè)需求的反映；現(xiàn)代混凝土是70年來采用水化趨快、用量趨大的水泥的最終產(chǎn)物。

要正確認(rèn)識(shí)高性能混凝土，不要將其看成是一個(gè)混凝土的品種而機(jī)械地搬用配合比。高性能混凝土的實(shí)現(xiàn)并不是僅依靠配合比，而是需要從涉及到施工的全面配合才能達(dá)到的。影響開裂的因素是很復(fù)雜的，各種因素還可能會(huì)有相反的影響而相互抵消。應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同工程的特點(diǎn)和條件分析不同組成和配合比的混凝土開裂的傾向。在約束條件下的收縮是引起混凝土開裂的潛在因素，通過收縮的測(cè)定可以預(yù)測(cè)混凝土開裂的傾向，但必須有正確的方法和對(duì)條件的控制。目前許多有關(guān)報(bào)道實(shí)際上對(duì)其所測(cè)的收縮數(shù)據(jù)缺乏分析，沒有采取一定的方法和條件把不同種類的收縮加以區(qū)別，因此顯得混亂。工程實(shí)踐表明，混凝土耐久性往往與其開裂行為密切相關(guān)；建立統(tǒng)一規(guī)范的開裂評(píng)價(jià)體系是必要的，以綜合評(píng)價(jià)混凝土的開裂行為，進(jìn)而預(yù)測(cè)其耐久性。高性能混凝土是以耐久性為標(biāo)志的高技術(shù)混凝土，所謂高技術(shù)，不僅僅指實(shí)現(xiàn)混凝土高性能化的材料技術(shù)、制備技術(shù)，更要強(qiáng)調(diào)高性能的施工技術(shù)。　