探討高性能混凝土開裂的原因

高性能混凝土(以下簡稱HPC)是經(jīng)過漫長時間的發(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“高強不一定耐久”的觀點已得到共識，但仍有相當多數(shù)認為高性能混凝土必須高強。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)計指標的新型高技術(shù)混凝土。并認為高性能混凝土適用于任何強度等級的混凝土。提出HPC內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有以下特點：

(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摻料等各級中心質(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。

制砂機具有這樣微結(jié)構(gòu)的混凝土，必然會有密實度大、干燥收縮小、抗化學(xué)腐蝕性強等性質(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)護后，在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細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。這種現(xiàn)象在混凝土剛拆模后表現(xiàn)尤為明顯，這時混凝土的強度很低，干縮卻非常大，同時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－體系的絕對體積減小。所有的膠凝材料在水化后都有這個減縮作用，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，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)?；瘜W(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)護不足，表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率時，則會造成毛細管中產(chǎn)生負壓，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度、使用熱膨脹系數(shù)低的集料(石灰?guī)r、輝長巖)，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)部相對濕度隨水泥水化的進展而降低進而造成毛細孔中水分不飽和并由此產(chǎn)生的負壓引起的混凝土收縮?；炷磷允湛s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、水泥細度、養(yǎng)護溫度、外加劑、試件尺寸等。

膠凝材料對混凝土早期收縮的影響，現(xiàn)代水泥的組成和細度發(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。

要正確認識高性能混凝土，不要將其看成是一個混凝土的品種而機械地搬用配合比。高性能混凝土的實現(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到的。影響開裂的因素是很復(fù)雜的，各種因素還可能會有相反的影響而相互抵消。應(yīng)當根據(jù)不同工程的特點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，通過收縮的測定可以預(yù)測混凝土開裂的傾向，但必須有正確的方法和對條件的控制。目前許多有關(guān)報道實際上對其所測的收縮數(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)范的開裂評價體系是必要的，以綜合評價混凝土的開裂行為，進而預(yù)測其耐久性。高性能混凝土是以耐久性為標志的高技術(shù)混凝土，所謂高技術(shù)，不僅僅指實現(xiàn)混凝土高性能化的材料技術(shù)、制備技術(shù)，更要強調(diào)高性能的施工技術(shù)。　