郝 晋 高

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原　030006)

1　概述

如果混凝土产生过大的收缩或膨胀，会直接影响混凝土建筑物的抗渗性、抗冻性等，影响结构的使用功能。所以，由收缩而产生的裂缝，对水泥混凝土的耐久性会产生不利影响[1]。一般来说，混凝土的变形大致分为三种类型：弹性变形、收缩变形、徐变。本文主要阐述水泥混凝土收缩变形。

2　收缩变形

混凝土的收缩变形通常分为：化学收缩、塑性收缩、干燥收缩、温度收缩、自收缩、碳化收缩。

2.1　化学收缩

1)定义。化学收缩：由于水泥水化引起的收缩。在水泥水化的整个过程，随着水泥水化产物的增加，水泥和水的体积减少，但水泥水化产物(固体)增加的绝对体积要比水泥—水体积减小的绝对体积要小，导致整体的水泥—水体系的绝对体积减小，从而形成水泥石的收缩。研究表明，水泥水化完成后，体积减小约7%～9%[2]，从而形成内部孔隙。

2)影响因素。化学收缩与水泥的组成有关。水泥中主要矿物的收缩率见表1[3]。

表1　水泥中主要单矿物的收缩率

由表1可知，水泥的四种矿物成分，铝酸三钙(C3A)的收缩最大，硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)收缩相当，铁铝酸四钙(C4AF)收缩最小，仅为C3A的1/5。所以在水泥矿物组成中，如果C3A的含量越高，水泥的收缩就越大。矿物掺合料对水泥的化学收缩也有一定影响，如粉煤灰可以通过影响水泥的水化速率从而减小水泥的化学收缩，而且水泥的化学收缩随着粉煤灰掺量的增加而显著减小。

2.2　塑性收缩

1)定义。塑性收缩一般出现水泥混凝土浇筑后几个小时内，发生在混凝土的塑性阶段。由于混凝土浇筑后，混凝土内部湿度与外界空气湿度不一样，导致混凝土水分蒸发，当混凝土表面的失水速率大于混凝土内部供水速率时，表面混凝土会形成干燥状态，从而发生收缩开裂。

2)影响因素。引起混凝土塑性收缩的直接原因就是水分蒸发太快。引起塑性开裂的外部因素是施工环境和条件(如风速、温度和湿度)、养护条件、混凝土的抹平工艺等。内部因素是水泥的掺量品种、细掺料、矿物掺合料、浆集比、外加剂、混凝土的温度和凝结时间、水灰比等。美国波特兰水泥协会指出：当水分蒸发速率每小时超过1 kg/m2时，则必须采取防止混凝土塑性收缩而开裂的技术措施[5]。

2.3　干燥收缩

1)定义。混凝土在硬化过程中由于失去水分而引起体积减小，称为干燥收缩变形。当相对湿度低于平衡湿度时，就会引起干燥收缩。干燥收缩会对混凝土结构产生不利影响，因为收缩很容易产生裂缝，影响混凝土的耐久性。

2)影响因素。影响混凝土干燥收缩的因素很多，也较为复杂。主要包括环境温湿度、集料特性、水灰比、干燥时间等，其中集料的特性、混凝土的配合比对混凝土干燥收缩的影响较大。

集料对混凝土干燥收缩的影响主要体现为抑制作用。集料的刚性决定集料对混凝土干燥收缩抑制作用的大小。因为集料的弹性模量直接影响了混凝土的弹性变形，而混凝土的弹性变形与干缩之间有密切的相关性。实验表明：用低弹模的集料配制的混凝土，其收缩率比高弹模集料配制的混凝土可增加2.5倍[4]。

在混凝土的配合比设计中，对于干缩的影响首先反映在集料的体积含量。当集料体积含量由71%增加到74%时，在水灰比相同的情况下，混凝土的收缩可降低约20%[5]。

2.4　温度收缩

1)定义。温度收缩在国内习惯称之为冷缩。根据混凝土热胀冷缩的特性，当外界环境温度下降时，混凝土将产生收缩的拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，裂缝就会形成。

2)影响因素。根据温度收缩的定义，如果混凝土内部温度较高，和外界温差较大，温度收缩就会更严重，所以在大体积混凝土中应注意温度收缩的控制。水泥水化会放出大量热，所以减小水泥用量、使用低热水泥(如矿渣水泥)会降低水泥水化的水化热，减小温度收缩裂缝的发生。在混凝土配合设计中，尽可能使用掺合料(如粉煤灰、矿渣、硅灰等)替代部分水泥，以降低混凝土的水化热，减小温度收缩裂缝的发生。

2.5　自收缩

1)定义。在混凝土硬化期间，当不提供外界水对混凝土进行养护，即使混凝土水分不向外界流失，混凝土内部也会干燥，成为自收缩。混凝土的自收缩主要是由水泥的水化引起的，水泥水化引起的是化学减缩(收缩)，而水泥水化消耗的水，使得混凝土内部相对湿度[6,7]随水泥水化的进展而降低，形成自收缩。

2)影响因素。混凝土的自收缩的大小与水灰比、细掺料的活性、水泥细度等因素有关。

水泥继续水化是自收缩的根本原因。水灰比越小，自收缩越大；不同的掺合料对混凝土自身相对湿度的影响也不同：硅灰使得相对湿度的下降增大，而磨细矿渣使得混凝土后期的相对湿度的下降增大。混凝土中的水泥细度越细，自收缩越大。

2.6　碳化收缩

1)定义。空气中含CO2约0.04%，在合适的相对湿度下，CO2在混凝土表面与水泥水化生成的Ca(OH)2发生反应，称为碳化。需要注意的是，混凝土发生碳化时，CO2与Ca(OH)2的反应是通过水作为媒介发生的，并不是直接的气固接触。当相对湿度为100%时，混凝土的毛细孔中水是饱和的，CO2传输受到影响，碳化不会发生；当相对湿度较低时，毛细孔中的水分不足，难以形成碳酸，碳化也会受到抑制；研究表明，碳化适宜的相对湿度为55%～70%。

2)影响因素。影响混凝土碳化收缩的因素有混凝土的水灰比、水泥品种用量和细掺料等因素。水灰比越低，碳化的速度越慢。掺入矿物细掺料后，在相同水灰比下，碳化速率增加。

3　结语

1)相同因素对混凝土收缩有不同影响，如水灰比越低，碳化收缩越小，而自收缩越大。2)外界环境条件对混凝土的收缩有着重要影响，如外界湿度低时，会加快塑性收缩；混凝土内外温差大时，会加剧温度收缩。