干縮概念-機(jī)理

水泥混凝土路面板在硬化過程中，由于水分逐漸蒸發(fā)，面板體積收縮產(chǎn)生干縮，其線性收縮指數(shù)為(1.0~2.0)X10-4，即每米收縮0.1~0.2mm;而溫度變化產(chǎn)生的線脹縮指數(shù)為1.0x105,即溫度每升降1.0oc,每米變形0.01mm。前者在水泥混凝土面板硬化過程中發(fā)生，后者在硬化中和硬化后的整個過程中發(fā)生。當(dāng)氣溫驟變，如夏季夜間下雨、冬季晝夜溫差大、加之刮風(fēng)的影響，混凝土表面水分蒸發(fā)加快，特別是氣溫升降達(dá)到100C以上時，面板硬化、干縮和溫度變化脹縮的疊加，混凝土面板如未及時拆模、養(yǎng)護(hù)、切縫，產(chǎn)生裂縫斷板是必然的。水泥混凝土路面的收縮變形有以下兒種方式:除溫度收縮外，發(fā)生施工完成初期的塑性收縮、終凝后的干燥收縮、自生收縮和大氣中CO2：引起的碳化收縮。若混凝土抗拉強(qiáng)度不足以抵抗因收縮引起的約束所產(chǎn)生的應(yīng)力時，混凝土表面就會發(fā)生開裂，產(chǎn)生裂縫。下面簡單分析兒種混凝土收縮的作用機(jī)理。首先，混凝土的塑性收縮是施工完成后，在硬化前山于表面水的蒸發(fā)以及集料、基層或模板材料對水分的吸收，當(dāng)水分的散失速率超過了混凝土泌水的上升速率時，會造成毛細(xì)管負(fù)壓，新拌混凝土表面會迅速干燥而產(chǎn)生塑性收縮。若此時的混凝土強(qiáng)度尚不足以抵抗因約束而引起的拉應(yīng)力時，表面即會產(chǎn)生開裂，此種情況往往在施工以后的兒個小時內(nèi)就會發(fā)生。其次，混凝土產(chǎn)生干縮變形的主要原因是山于飽和的水泥漿露置于低濕度的環(huán)境中，水泥漿體中的水化硅酸鈣(C-S-I｝因毛細(xì)孔和膠孔中的水分蒸發(fā)而失去物理吸附水所導(dǎo)致的收縮應(yīng)變。對于混凝土的碳化收縮，是指大氣中的二氧化碳在存在水分的條件下與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鈣和水。碳化過程是二氧化碳山混凝土表面向內(nèi)部逐漸擴(kuò)散深入，碳化引起水泥石化學(xué)組成及組織結(jié)構(gòu)的變化，二氧化碳不僅與水泥石中的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，而且山于氫氧化鈣濃度的降低，將要侵蝕和分解水泥石中所有的水化產(chǎn)物，形成硅膠和鋁膠，從而產(chǎn)生收縮。有研究表明，通過觀察碳化混凝土的切割面，細(xì)裂紋的深度與碳化層的深度是一致的。細(xì)裂紋的產(chǎn)生將導(dǎo)致混凝土的抗拉、抗折強(qiáng)度的降低。在實(shí)際工程中，碳化收縮往往與干燥收縮相伴發(fā)生。在混凝土組成中，水泥石或水泥漿是產(chǎn)生干縮的主要因素。水泥石是山凝膠體、結(jié)晶體、未水化的水泥殘?jiān)退Y(jié)合在一起的多孔密集體，其中包含著氣孔、毛細(xì)孔、凝膠孔。在這些孔隙中均存在著水分，混凝土在干燥過程中，首先發(fā)生氣孔水和毛細(xì)孔水的蒸發(fā)，氣孔水的蒸發(fā)并不引起混凝土的收縮。毛細(xì)孔水的蒸發(fā)，使毛細(xì)孔內(nèi)水面后退，彎月面的曲率變大，在表面張力的作用下，水的內(nèi)部壓力比外部壓力小，其壓力差為:隨著空氣濕度的降低，毛細(xì)孔中的負(fù)壓逐漸增大，產(chǎn)生收縮力，使混凝土收縮。當(dāng)毛細(xì)孔中的水蒸發(fā)完后，如繼續(xù)干燥，則凝膠體顆粒的吸附水也發(fā)生部分蒸發(fā)。失去水膜的凝膠體顆粒，山于分子引力的作用，使粒子間的距離變小甚至發(fā)生新的化學(xué)結(jié)合而收縮。因此，水泥漿量是決定混凝土干縮變形大小的主要因素，強(qiáng)度等級低的混凝土中水泥漿用量小于強(qiáng)度等級高的混凝土，因此，其干縮值也小。在相同水灰比下，不同養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土干縮變形也有明顯差別，隨著濕養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增加，混凝土的干縮變形在減小，濕養(yǎng)護(hù)1d的干縮變形最大，濕養(yǎng)護(hù)28d的干縮變形最小?？梢?，早期的濕養(yǎng)護(hù)環(huán)境可以有限的減緩混凝土干縮的速度，使達(dá)到相同變形量所用時間延長。養(yǎng)護(hù)并不能控制混凝土自身硬化收縮，而如果混凝土處于良好的養(yǎng)護(hù)狀態(tài)，則可以減小這種收縮的量值或延緩收縮的時間，為混凝土強(qiáng)度增長而提高抗裂性提供一定的余地。如果養(yǎng)護(hù)不及時或養(yǎng)護(hù)條件差，那么混凝土的自身硬化收縮和干縮相疊加，很容易導(dǎo)致混凝土開裂。對于南方多雨潮濕環(huán)境下的水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)可以采用常規(guī)的覆蓋養(yǎng)護(hù)方式，而對于北方一些地區(qū)，風(fēng)大、晝夜溫差大、蒸發(fā)量大的氣候條件下，必須采用二次養(yǎng)護(hù)的方式。在水泥混凝土路面施工中，必須重視養(yǎng)護(hù)這個環(huán)節(jié)，而養(yǎng)護(hù)的“及時性”是關(guān)鍵。在混凝土抹面拉麻之后，應(yīng)立即噴灑液體養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)劑噴灑效果的控制，確保均勻噴灑?；炷脸跄螅瑧?yīng)覆蓋節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜等材料繼續(xù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。并且，養(yǎng)護(hù)周期越長越好，不能少于14d。認(rèn)為是砂漿或漿體在恒溫及相對濕度的情況下，因?yàn)樗值纳⑹?dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的體積隨著齡期的增大而減小的現(xiàn)象［fl'ZI。目前關(guān)于混凝土干燥收縮的解釋包括:毛細(xì)管液面下降、滲透壓或表面張力變化等。當(dāng)混凝土相對濕度小于平衡濕度時都將產(chǎn)生收縮對于大體積混凝土，水泥凝結(jié)硬化早期的水化熱導(dǎo)致的溫度應(yīng)力是產(chǎn)生裂縫的主要原因。但是，混凝土的干縮、自收縮、溫度收縮和塑性收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力的疊加，也加劇了開裂程度。自身收縮與干縮一樣，是由于水的遷移而引起。但它不是由于水向外蒸發(fā)散失，而是因?yàn)樗嗨瘯r消耗水分造成凝膠孔的液面下降，形成彎月面，產(chǎn)生所謂的自干燥作用，混凝土體內(nèi)的相對濕度降低，體積減小。按現(xiàn)行方法測量的混凝土收縮值是不可靠的，因?yàn)閷⒚撃Ｖ蟮脑嚰叽缱鳛榛鶞?zhǔn)值，恰恰忽略了試件在第一天