早期收縮裂縫怎么形成？
引起混凝土收縮的驅(qū)動(dòng)力可分為兩類(lèi)：溫度作用與濕度作用。
溫度作用引起的早期收縮包括水化熱與晝夜溫差引起的溫降收縮，其中前者在大體積混凝土中尤為顯著。
濕度作用引起的早期收縮包括塑性收縮、自收縮與干燥收縮。值得注意的是，溫度作用與濕度作用引起的收縮是同時(shí)發(fā)生，相互作用的,因此使得研究的難度增大。
1、水化熱引起的溫度收縮
溫度收縮主要是混凝土在水泥水化放熱出現(xiàn)溫峰后的降溫過(guò)程中產(chǎn)生的。水泥在早期水化過(guò)程中將放出大量的熱，一般每克水泥可放出502J熱量，在條件下，每45kg水泥水化將產(chǎn)生5~8℃絕熱溫升。在沒(méi)有緩凝劑的條件下，通常在開(kāi)始的12h左右出現(xiàn)溫度峰值。隨后，由于水化放緩放熱減小,在與外界環(huán)境熱交換下溫度開(kāi)始下降。由于混凝土內(nèi)、外散熱條件的不一致，表層混凝土溫度降低得快，沿混凝土截面出現(xiàn)溫度梯度，使得溫降過(guò)程中出現(xiàn)收縮沿截面的不一致，從而導(dǎo)致表層混凝土受拉，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生溫度裂縫。這在大體積混凝土中溫升可高達(dá)60℃，是造成這類(lèi)混凝土早期裂縫的主要因素。另外需要解釋的是水化溫升階段通常不會(huì)出現(xiàn)脹裂，因?yàn)闇厣蛎涍^(guò)程中混凝土尚處于流塑性狀態(tài)，且溫升過(guò)程迅速,沿截面也相對(duì)均勻。而隨后的散熱溫降過(guò)程由于較為緩慢、均勻性又較差，且混凝土已逐漸硬化，往往容易在此時(shí)出現(xiàn)溫度收縮裂縫。
2、晝夜溫差引起的溫度收縮
晝夜溫差也會(huì)引起相應(yīng)的溫度變形。如對(duì)于混凝土板,在早晨太陽(yáng)的照射下，表層混凝土的溫度顯著升高，其膨脹受到底層混凝土的限制而使表層拱起；在白天，隨著全截面溫度趨于相同，變形表現(xiàn)為自由伸長(zhǎng)；而夜晚，隨著表層溫度的開(kāi)始降低，又出現(xiàn)表層彎起的現(xiàn)象。因此對(duì)于新澆筑的混凝土，晝夜溫差大時(shí)極易出現(xiàn)早期的這類(lèi)溫度裂縫。
3、塑性收縮
塑性收縮發(fā)生在混凝土終凝前的塑性階段，通常在澆筑后4~15h左右出現(xiàn)，絕大部分發(fā)生在初凝前的流塑性階段。這一階段水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水、水分急劇蒸發(fā)以及骨料與漿體的不均勻沉降等現(xiàn)象。因此，塑性收縮又可以細(xì)分為失水凝縮、化學(xué)減縮、沉降收縮三類(lèi)。
失水凝縮是新拌混凝土水化過(guò)程中因泌水等因素水分從混凝土內(nèi)部向外遷移，并在表面迅速蒸發(fā)造成的，多發(fā)生在干熱與刮風(fēng)天氣中；
化學(xué)減縮在此特指早期塑性階段表現(xiàn)出的由于水化反應(yīng)前后生成物的平均密度比反應(yīng)物小而產(chǎn)生的體系宏觀體積的收縮；
沉降收縮是混凝土在澆搗后各組成材料發(fā)生不均勻沉落，出現(xiàn)分層離析，粗骨料下沉，水泥凈漿上浮，當(dāng)受到鋼筋等阻擋時(shí)使混凝土相互分離造成開(kāi)裂的現(xiàn)象。
相對(duì)而言塑性收縮造成的早期裂縫較為容易處理，即通常在施工中振搗充分且做好養(yǎng)護(hù)是可以避免這類(lèi)收縮裂縫的，一旦出現(xiàn)，采用二次抹壓或二次澆灌層加以平整即可，不會(huì)影響后期的結(jié)構(gòu)耐久性能。
4、干燥收縮
干燥收縮通常是混凝土停止養(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，隨著相對(duì)濕度的降低，水泥漿體的干縮增大。干縮機(jī)理與水泥漿體內(nèi)部孔隙有關(guān)，水泥水化的結(jié)果是生成水化硅酸鈣及在內(nèi)部形成大量被水填充的微細(xì)孔(>5nm的毛細(xì)孔與0.5~2.5nm的凝膠孔)，這些微細(xì)孔中儲(chǔ)存有水化未消耗的多余水分。混凝土干燥的時(shí)候，混凝土表層水的蒸發(fā)速度可能超過(guò)混凝土向外泌水的速度，因此，表層的水面降低，并隨著蒸發(fā)的繼續(xù)，水分的失去從表層逐漸向混凝土內(nèi)部不斷發(fā)展，毛細(xì)孔與凝膠孔中的吸附水相繼失去。這些微細(xì)孔內(nèi)水分的失去將在孔中產(chǎn)生毛細(xì)管負(fù)壓，并促使氣液彎月面的形成，從而對(duì)孔壁(也即水化硅酸鈣凝膠骨架)產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成水泥漿體收縮。
以往通常認(rèn)為干縮主要發(fā)生在澆筑后3~90天齡期內(nèi)，事實(shí)上，若早期不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，加水?dāng)嚢杵瘕g期3天內(nèi)的干縮相當(dāng)大，文獻(xiàn)對(duì)此曾有專門(mén)研究。
對(duì)水灰比分別為0.42、0.32的OTC3、OTC4兩組試件在初凝后敞開(kāi)干燥條件下測(cè)得的齡期3d內(nèi)的各種變形曲線，其中OTC3未摻減水劑，OTC4則摻了1.8%的脂肪族高效減水劑，從測(cè)試的結(jié)果看，兩者齡期3d時(shí)的干燥收縮均非常大，前者約585×10-6m/m，而后者則約1110×10-6m/m，幾乎是前者的2倍。而通常混凝土的極限拉應(yīng)變僅有300×10-6m/m左右，可見(jiàn)澆筑后若早期不及時(shí)做好密封或保濕養(yǎng)護(hù)，干燥收縮足以導(dǎo)致早期收縮裂縫的產(chǎn)生。
5、自收縮
混凝土的自收縮是指混凝土在沒(méi)有與周?chē)h(huán)境發(fā)生濕度交換的情況下由于混凝土的自干燥引起的體積變化。所謂自干燥是指在水泥水化過(guò)程中由于沒(méi)有外界水供應(yīng)或外界水通過(guò)毛細(xì)孔遷移到體系內(nèi)部的速度小于水化耗水的速度時(shí)，水化所需的水分將從毛細(xì)孔中吸收，于是在毛細(xì)孔中形成氣液彎月面，同時(shí)水化反應(yīng)體積的減小將以在內(nèi)部形成微細(xì)孔的形式得到補(bǔ)償。而毛細(xì)孔水的降低使混凝土內(nèi)部飽和蒸氣壓也隨之降低，即相對(duì)濕度將降低，但毛細(xì)孔水的減少并沒(méi)有使水泥石的質(zhì)量發(fā)生損失，這一現(xiàn)象被稱為自干燥。可見(jiàn)自干燥對(duì)于自收縮的作用機(jī)理與干燥收縮在本質(zhì)上是一致的，即都與失水造成的毛細(xì)孔壓力有關(guān)系，所不同的是兩者的失水方式不同。
值得說(shuō)明的是自干燥在任何水灰比條件下都有可能發(fā)生，只是不同混凝土在表現(xiàn)的程度上有所不同而已。當(dāng)水灰比較低時(shí)，這一微觀現(xiàn)象在毛細(xì)孔中的普遍發(fā)生將表現(xiàn)為宏觀上的自收縮；而當(dāng)水灰比較高時(shí)，自干燥現(xiàn)象僅在局部毛細(xì)孔中發(fā)生，而在宏觀上則可以忽略。對(duì)于W/C≥0.42的不摻減水劑的普通混凝土，置于干燥環(huán)境下的收縮主要是干燥收縮，自收縮可以忽略。應(yīng)該注意到混凝土早期的這一自收縮量值已經(jīng)相當(dāng)大，若再加之水化熱引起的溫降收縮，單這兩個(gè)收縮量值之和便很容易超過(guò)混凝土的極限拉伸應(yīng)變，由此也不難理解，當(dāng)前一些高強(qiáng)高性能混凝土，即使在恒溫水養(yǎng)的過(guò)程中早期也出現(xiàn)裂縫。
講講塑性收縮裂縫
塑性收縮開(kāi)裂出現(xiàn)于混凝土澆筑后數(shù)小時(shí)內(nèi)，通常在表面收光前。正如它的名字暗示的那樣，這類(lèi)開(kāi)裂發(fā)生在混凝土尚處于塑性狀態(tài)時(shí)，其原因是混凝土表面收縮引起的。塑性收縮開(kāi)裂主要發(fā)生在混凝土平板結(jié)構(gòu)上，如地坪、樓板、路面等處，也可以發(fā)生在其他水平結(jié)構(gòu)的表面，如梁體、基礎(chǔ)、和墻體的頂部。
塑性收縮開(kāi)裂形成的裂縫大部分為相互平行、長(zhǎng)短不一，相距0.3米到1米左右。當(dāng)然也會(huì)看到各種各樣其他形狀的裂縫，通常不會(huì)是貫通裂縫。
塑性收縮開(kāi)裂通常都是表層的淺縫，一般對(duì)結(jié)構(gòu)的安全沒(méi)有影響，很少需要維修。但影響觀感。另外，也可能對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生負(fù)面影響，特別是對(duì)鋼筋混凝土，潛在的危害更大。
典型的塑性收縮裂縫
塑性收縮開(kāi)裂一般不會(huì)形成貫通裂縫
環(huán)境和施工因素
1、施工環(huán)境和施工條件：風(fēng)速大于10km/hr，相對(duì)濕度較低，環(huán)境溫度和（或）混凝土溫度較高等。
2、養(yǎng)護(hù)不正確、不及時(shí)、不徹底：養(yǎng)護(hù)是避免出現(xiàn)塑性收縮開(kāi)裂的為簡(jiǎn)單有效的手段，正確、及時(shí)、徹底的養(yǎng)護(hù)是唯一能避免出現(xiàn)塑性收縮開(kāi)裂的辦法。
3、表面抹平和收光的工具和工藝：如果抹平和收光的工具和工藝正確，則可以避免并修復(fù)塑性開(kāi)裂。反之，可能會(huì)加劇塑性收縮開(kāi)裂的嚴(yán)重程度。
4、氣候寒冷或基層溫度較低，會(huì)影響到混凝土的固化時(shí)間，從而加大出現(xiàn)塑性收縮開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。
混凝土本身因素
1、硅酸鹽水泥的用量和種類(lèi)會(huì)影響到泌水及內(nèi)部溫度，因此也會(huì)影響到塑性收縮開(kāi)裂出現(xiàn)的幾率和嚴(yán)重程度。
2、礦物外摻料--如粉煤灰、硅粉等，在提高混凝土密實(shí)度的同時(shí)，也降低了泌水率，因此此類(lèi)混凝土更易發(fā)生塑性收縮開(kāi)裂。
3、外加劑的種類(lèi)和用量，比如緩凝劑延緩了混凝土的固化時(shí)間，因此加大了出現(xiàn)塑性收縮開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。
4、水灰比過(guò)高也會(huì)延緩混凝土的固化時(shí)間，從而加大出現(xiàn)塑性收縮開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。
事實(shí)上，塑性收縮開(kāi)裂往往是多因素所致，而不是單一因素造成的。但控制混凝土表面水分的蒸發(fā)速度是避免塑性收縮開(kāi)裂的重要手段
