干湿变形的危害及减少干燥收缩的方法

由混凝土吸水或失水而引起的体积变化叫做干湿变形。干湿变形的危害主要是失水收缩，是引起混凝土开裂的主要原因。

1.干燥收缩机理及其对混凝土性能的影响

混凝土内部存在着许多孔径大小不一、形状不同的孔隙，孔隙中通常有水存在，当环境湿度下降时孔隙中的水会逐步失去。失水的难易程度取决于孔径的大小和水的存在形式，如图5-22所示。

（1）毛细孔水。存在于毛细孔中，当环境的相对湿度为40％～50％时即可蒸发，毛细孔水失去时，凝胶体受到毛细孔负压力的作用而紧缩，将使混凝土产生体积收缩；

（2）吸附水。在分子引力作用下，吸附于水泥凝胶粒子表面，当相对湿度下降至30％时，大部分吸附水失去，是水泥凝胶体产生体积收缩的主要原因；

图5-22　硬化水泥浆体孔中水的存在形式

（3）凝胶水。在水泥凝胶体粒子之间通过氢键牢固地与凝胶粒子键合，又叫做层间水。只有在环境非常干燥时（相对湿度小于11％）才会失去，使结构明显地产生收缩。

（4）自由水。存在于较大的气孔中，或凝胶体及晶体表面，极易蒸发，但对体积变化没有影响。

当混凝土处于水中或潮湿环境时，气孔和毛细孔中充满水；当外部环境比较干燥时，首先是气孔中的自由水蒸发，然后是毛细孔水蒸发，这时将使毛细孔负压增大而产生收缩力，使毛细孔被压缩，从而使混凝土体积发生收缩。如果再继续失水，将使凝胶粒子表面的吸附水膜减薄，胶粒之间紧缩。以上这些作用将导致混凝土产生干缩变形。干缩后的混凝土如果再吸收水分，孔隙内充水，体积膨胀，可恢复大部分干缩变形，但其中有30％～50％是不可恢复的。

硬化后的混凝土属脆性材料，变形能力极差，抗拉强度低。在凝结硬化过程中如果产生过大的体积收缩将使混凝土内部产生较大拉应力而引起裂缝，降低混凝土的强度以及抗冻、抗渗、抗侵蚀等耐久性能。如果构件在自由状态下收缩，开裂程度会小一些，但工程中大多数构件处于有约束状态，因此，收缩变形量就将分散为许多微小的裂缝遍布于整个构件，如图5-23所示。

图5-23　混凝土构件在自由状态和约束条件下的收缩

（a）自由收缩；（b）约束条件下的收缩

混凝土的干燥收缩主要发生在水泥凝胶体相，水泥浆体的干缩值通常可达到400～1000微应变（10－6mm/mm）。混凝土中骨料比较坚硬，分散在水泥浆体中具有抵抗收缩的作用，所以一般在结构设计中取混凝土的干缩值为（150～200）微应变。(www.xing528.com)

2.收缩变形试验方法

混凝土的收缩变形试验采用尺寸为100mm×100mm×515mm的棱柱体标准试件，试件成型后在标准养护条件下（20°C±2°C，相对湿度95％以上）带模养护1～2d脱模，并继续养护至3d龄期，移入20°C±2°C，相对湿度60％±5％的恒温、恒湿室，并测量试件的初始长度L0（mm），以后将试件一直在该恒温、恒湿室内养护，并在规定的时间（从移入恒温、恒湿室起1d、3d、7d、28d、45d、60d、90d、120d、150d、180d等）测定试件的长度Lt（mm）；则混凝土收缩值按式（5-11）计算：

式中　εst——试验期为t天的混凝土收缩值，t从测定初始长度时算起；

L0——试件长度的初始读数，mm；

Lt——试件在试验期为t天时测得的长度读数，mm；

Lb——试件的测量标距，mm，采用收缩测量仪时为540mm。

3.影响干缩变形的因素

（1）水泥浆量。混凝土中骨料的体积比较稳定，干缩变形主要发生在水泥凝胶体相中，混凝土中水泥浆量越多，干缩变形越大。因此在保证强度、耐久性要求的条件下，应尽量减少混凝土中胶凝材料的用量。

（2）水灰比。混凝土的水灰比越大，水泥颗粒之间的空隙越大，硬化后的水泥凝胶体中毛细孔孔隙率越大，使干燥收缩率增加。通常用水量每增加1％，干缩率大约增大2％～3％。

（3）水泥品种。不同品种的水泥其需水量有所不同，需水量越大的水泥硬化后内部孔隙率越大，干燥收缩率也越大。火山灰质水泥需水量较大，而粉煤灰水泥需水量较小，因此，使用火山灰水泥的混凝土干缩率较大，使用粉煤灰水泥的混凝土干缩率较小。

（4）骨料质量和颗粒级配。混凝土中骨料坚硬，不易变形，在混凝土整体中起骨架作用，能够抑制收缩变形。因此，使用质地坚硬、含泥量小、吸水率低、级配良好的骨料，可以大大减小混凝土的干缩率。

（5）施工质量与保潮养护。均匀、密实地浇注成型，可以获得内部组织完好的混凝土，减少混凝土内部的毛细孔数量，减小干燥收缩。混凝土浇注成型后，尽量延长潮湿养护时间，使早期混凝土内部水分不蒸发，使水化反应顺利进行，对减少干燥收缩、减少原生裂缝至关重要。因此，要特别重视混凝土的潮湿养护。