简论砼收缩裂缝的原因与补偿收缩砼的补偿收缩机理

贺川江

（新疆伊犁新星建筑安装有限公司，新疆 伊犁 835000）

【摘　要】砼在硬化过程中，由于受到理化作用使其体积发生变化，进而引发砼开裂，对建筑结构安全使用和耐久性非常不利。如果在配制砼时改用膨胀水泥或仍用普通水泥但同时加入膨胀剂，就能使其在硬化时产生膨胀，以抵消收缩应力而达到不裂或少裂的目的，这就是补偿收缩砼。

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关键词 收缩裂缝；膨胀水泥；补偿收缩砼

当今现浇砼结构早期收缩的现象已屡见不鲜，以致由此引发出有害裂缝，对砼结构的耐久性和建筑物的安全性构成威胁。而在近代砼新技术的推广应用中发现，某些新型砼早期裂缝发生的概率有所加大，甚至制约了新技术的推广应用。为此，对砼的收缩开裂与提高其抗裂性的研究，已被业界广泛重视，并已取得阶段性成果。

1　砼收缩和开裂的原因剖析

在研讨补偿收缩砼之前，有必要先了解一下砼的固有特性：收缩和开裂。众所周知，自砼浇筑完毕起，在其凝结硬化过程中，由于受到物理、化学等多种作用，都会使砼体积发生变化；当这些体积变形受到某种约束，从而产生拉应力时，此种拉应力极易超过其抗拉强度，此时就会使砼开裂。具体来说，是由下列三种收缩变形引发了砼开裂。

1.1　砼的收缩变形

砼凝固时发生的体积收缩主要是塑性收缩、干燥收缩和降温收缩。

1.1.1　塑性收缩

是指砼浇筑成型后，水泥浆体尚未失去塑性的阶段，由于水泥水化、固体颗粒沉淀，尤其是多余水分被分泌、蒸发的缘故，使砼体积缩减。塑性收缩极易导致表面出现细微裂纹，尤其表表面积较大或体型较大的构件，比如楼地面、厚大筏板基础等，施工中应采取遮阳、挡风等防护措施；另一类原因则是使用了沉降量过大的砼、流动性大而保水性差的砼，以及由于施工条件欠佳或浇筑工艺不妥之故，这些需通过关注砼配合比与施工质量控制予以消除。

1.1.2　干燥收缩

是指砼进入硬化阶段，尤其是停止保湿养护后，由于内部水分的散失而产生的收缩。砼中有各种孔隙，如气孔、毛细孔、胶孔等，它们之中都多少含有水分；在硬化过程中，除气孔中水的减少与收缩无关外，毛细孔和胶孔中含有的水分先后散失，致使凝胶体紧缩，便是砼干燥收缩的主因。因此，要减少干燥收缩，加强保湿养护是关键。

1.1.3　降温收缩

是指由于砼中热量散失或温度下降引起的收缩，又称冷缩。施工中必须重视砼这种冷缩变形带来的不利影响，尤其是在大体积砼中，由于散热降温而引起的冷缩开裂，比干缩开裂更为普遍和严重；然而，在全面分析砼的温差变形时，除重视冷缩影响外，还应关注热膨胀和冷热温差条件下对砼体积稳定性造成的不利后果，这也正是大体积砼更要着重应对的技术难题。

1.2　砼收缩裂缝的原因剖析

砼收缩变形的发生，当处于约束状态下，所产生的拉应力一旦达到自身的极限抗拉强度时就会出现裂缝；裂缝的存在不仅有碍观瞻，更会危及砼结构物的整体性、抗渗性和耐久性，甚至降低结构的承载能力，以致危及其安全性；再有，如水或不良介质从裂缝中侵入，可造成结构物渗漏、钢筋锈蚀和砼被腐蚀等，进而缩减建筑物的使用寿命。试验和研究人员认为，砼收缩裂缝的形成必须具备三个条件：一是发生收缩，二是受到约束，三是产生的收缩应力超过其抗拉强度。事实上，硅酸盐系列水泥配制的砼总是会发生收缩变形的，结构物中的砼又总是处于不同的约束状态，而抗拉强度低和收缩率大又都是砼的突出弱点，因此，砼的收缩开裂既是必然的，又是极易发生的，可见只有分析裂缝的成因，把握住裂缝的形成条件，才能通过从材料、设计和施工等方面采取有针对性的防裂措施。

1.3　组成材料对砼收缩裂缝的影响及其应对措施

砼所用原材料的品种、粒型、用量和比例等，都会影响砼干缩和开裂。由于这众多因素及其交互作用的影响十分复杂，可以从水泥净浆和骨料两方面入手分析。

1.3.1　水泥净浆

在砼中，水泥净浆的收缩量取决于下列因素。水泥的品种、成分和细度：需水量大的水泥，铝酸三钙含量高或碱含量高的水泥，颗粒越细的水泥，会加大净浆的收缩量；水泥用量、用水量和水灰比：水泥用量越多、用水量和水灰比越大，砼的干缩量也会越大；外加剂和掺合料的品种、用量：某些品种的外加剂或当超过最佳用量时，会加大净浆收缩的倾向，比表面积大、需水量大的掺合料也有这种加大收缩的倾向。

1.3.2　骨料

砼中的骨料，兼有抵制收缩的作用，但应由下列因素来决定。骨料的品种、性能及颗粒状况：骨料的弹性模量越高，抵御收缩的能力越好，其粒径大、级配好、粒型理想，都能削减砼的收缩量，而吸水率大的骨料会加大砼的收缩；骨料的绝对体积：当其他条件相近时，骨料的绝对体积适当增大，砼抵制收缩的作用越强；砂率：在骨料的绝对体积中，细骨料的占有率是很重要的因素，因为砂率加大会降低骨料的平均料径，加大骨料的总表面积，这必然导致将加大水泥浆的用量而减小骨料的绝对体积，对减小砼收缩不利。

1.3.3　砼总体

砼是由各种组成材料复合而成的，其总体的收缩性能是上述各因素的综合表现；除此之外，还必须考虑下面几个问题。砼结构的形状和尺寸：由于砼干燥是从表面开始的，单位体积的表面积越大，其收缩就越大，对给定形状的小试件，测其初始收缩率较大，但体积大的砼的最终收缩率，与小试件的极限干缩并无差别；钢筋的用量与分布：钢筋砼结构由于受到钢筋的约束比素砼收缩要小，但这种约束往往会使砼收缩应力超限而导致其开裂，这与配筋率大小和分布有关；所处环境的湿度：延长早期保湿养护时间，可降低早期砼收缩值，但对极限收缩无太大影响。

2　补偿收缩砼定义及其补偿收缩机理

所谓补偿收缩砼，就是：配制砼时改用膨胀水泥，或仍用普通水泥、同时加入膨胀剂，都能使砼在凝结硬化时产生膨胀，利用并控制这种膨胀能量，可产生抵消收缩应力的预压应力，达到不裂或少裂的目的，这种砼就叫补偿收缩砼，现已广泛用于工程。

2.1　补偿收缩砼的补偿收缩机理

要使砼产生补偿收缩效能，必须同时具备两个条件：（1）砼发生适度体积膨胀；（2）这种膨胀应受到恰当的约束。因为只有这样才能产生预压应力来抵御收缩开裂的形成。要使砼发生膨胀，取决于所用膨胀水泥或膨胀剂中的某种组分生成膨胀性的水化产物。当前应用较多且性能稳定的是硫铝酸钙类膨胀水泥和膨胀剂，它们均以水化时能生成的钙矾石作为膨胀源，而钙矾石的生成时间、数量和结晶形状，以及要与水泥石强度的增长相适应等，都决定着砼的膨胀是否适度。因此在施工时要通过合理选择膨胀水泥或膨胀剂的品种、成分、膨胀能级，并把握好它们的最佳用量和确保其保湿养护等有效措施，才能使砼膨胀适度，获得补偿收缩的预期效能。同时，还必须强调对膨胀的约束，因为不受约束的膨胀是不会产生预压应力的；约束膨胀的方法很多，如利用结构中的配筋、邻近部位砼及基础对其的摩擦等。

2.2　补偿收缩砼的技术性能要求

为确保补偿收缩砼的质量，应规定其技术性能、提出具体项目和控制指标。因为这种砼补偿收缩效能的优劣取决于限制膨胀时所产生的预压应力，并体现在限制条件下的膨胀率；我国最新发布的《砼外加剂应用技术规范》中规定了补偿收缩砼性能的试验方法和指标，其中规定砼试件的尺寸为100mm×100mm×300mm，限制条件为中间预埋一根两端焊接厚钢板的钢筋；在上述新规范中还提出另一项技术要求，就是将该试件在水中养护14天，测完限制膨胀长度后转至气温20±2℃、相对湿度（60±5）%的室内，继续养护28天测量试件长度、计算收缩率，定名为“限制干缩率”，这个干缩率可用来表征砼膨胀稳定后，处在空气中产生回缩的程度，即补偿收缩效能的优劣程度。

［责任编辑：刘展］