混凝土收缩裂缝探讨
中国混凝土网 [2006-4-4]
摘 要：分析了混凝土的收缩过程及其机理，介绍了混凝土收缩应变的计算方法以及混凝土收缩裂缝的防控原则，以防止收缩裂缝产生，提高建筑物的外观质量和长期耐久性。
关键词：收缩裂缝，收缩应变值，防控原则
Discussion on shrinkage cracks of concrete
LIU Peng cheng WANG Hai ying WANG Guo hong
Abstract ： It analyzes shrinkage course and its mechanism of concrete, and introduces calculation method for shrinkage strain of concrete andprevention principle of shrinkage cracks, which to prevent shrinkage crack and improve visual quality and durability of building.
Key words ： shrinkage crack, shrinkage strain value, prevention principle
引言
混凝土发生裂缝是建筑工程中一个普遍的技术问题。其产生裂缝的原因主要有荷载因素和非荷载因素，对于前者，《规范》已针对不同的建筑等级及要求给出了成熟的裂缝控制验算公式。根据一项调查统计[1]表明：由于非荷载(温度、收缩、不均匀沉降)引起的裂缝约占80 %；而属于由荷载引起的仅占20 %。同时，由于泵送混凝土采用高水泥用量、高单位用水量和高砂率的配比，因此，随着泵送商品混凝土的大量推广应用，混凝土非荷载裂缝出现的几率也大大增加，不仅影响了建筑物的外观质量，同时对建筑物的长期耐久性也产生了不良影响，甚至会使人们产生“裂缝恐惧感”。由此可见，非荷载裂缝在混凝土裂缝中占有主导地位，研究和探讨它有极其重要的现实意义。下面对非荷载裂缝中的收缩裂缝做一些防控研究。
1 混凝土收缩过程及机理
了解混凝土收缩过程及机理，有助于深入其实质，把握其本质，从而对采取相应的抗收缩裂缝对策有所帮助。
混凝土材料因物理化学作用而产生的体积缩小现象统称为收缩。从混凝土开始浇筑至使用期，收缩过程大致可以分为五个阶段即：塑性收缩期，自生收缩期，水化热温差收缩期，干燥收缩期，环境温度收缩期等。
混凝土收缩的原因及机理主要可概括为以下三个方面：
1) 干燥收缩的原因是混凝土内部水分的消失。但是，开始干燥时所损失的自由水并不会引起混凝土的收缩，因此其主要原因是吸附水的消失；
2) 自生收缩是在没有水分转移下的收缩，其原因是水泥水化物的体积小于参与水化反应的水泥和水的体积，因此这是一种由水泥的水化反应所产生的固有收缩，但其值与干燥收缩比较是微不足道的；
3) 碳化收缩是混凝土中的水泥水化物与空气中的二氧化碳发生化学反应的结果。
混凝土如果在无约束的条件下收缩，它只会单纯地引起体积缩小，而不会产生应力，但实际工程中的混凝土构件均会不同程度的受到约束，使得混凝土为了保持初始长度，收缩就会在混凝土中产生拉应力[2]。由此可知，混凝土产生收缩裂缝必须具备三个条件：收缩变形的大小，约束的情况，实时的抗拉强度。这也是预防及控制混凝土收缩裂缝的出发点。
2 混凝土收缩应变实用计算法
2. 1 一般计算方法
英国BS5400 提出的关于收缩应变计算式由四个系数相乘，即[3]： εsh = kl ×kc ×ke ×kj 。
其中， kl ，kc ，ke ，kj 为影响系数，由表格或图解的方式给出以供查用欧洲混凝土委员会—国际预应力协会给出的计算式为：
εsh ( t，t0) =εsh0 [βs ( t) - βs ( t0) ] ，
εsh0 =εs1 ×εs2 ×εsh0 。
式中：εsh0 ———收缩应变基准值；
εs1 ———取决于环境；
εs2 ———取决于名义厚度h0 。
εs1 ，εs2可由相应的图表查出，βs 为收缩随时间发展的函数，也可由图
表查出， t 为所考虑瞬间混凝土的龄期， t0 为开始考虑收缩影响瞬间混凝土
的龄期。
B —P 模式给出的计算式更为复杂，它没有相应的通过实验得到的数据图表，偏重于纯计算式的应用。另外，还有美国混凝土学会、英国混凝土协会等也给出了不同的计算条款。
2. 2 一种实用计算法
该法的基础是找出标准状态下的最大收缩应变，而任何处于其他状态下的最大收缩应变用各种不同的系数加以修正。任意状态下最大(最终) 收缩应变值以εy (∞) 表示，标准状态下以ε0
y ( ∞) 表示，则：
εy (∞) =ε0
y ( ∞)M1 ×M2 ×M3 ×M4 ׄ×Mn 。
式中： M1 ， M2 ， M3 ，„， Mn ———各影响因素的修正系数，可由相应的表格查出，具体表格可参阅参考文献[1]；
ε0
y ( ∞) ———在标准状态下由实验得出的收缩应变值。
标准状态为：275号普通水泥；标准磨细度(比表面积为2500 cm2/ g～3500 cm2/ g) ；骨料为花岗岩碎石；水灰比为0.4 ；水泥浆含量为20%；混凝土振动捣实；自然硬化； 试件截面为20cm ×20cm；测定收缩前湿养护7d ；周围空气相对湿度为50%等。
ε0
y ( ∞) 用结构相对收缩变形表示，其实验统计值为： 3.24 ×10-4 。而对于任意时间任意状态下收缩应变的计算式可由下式表示：
εy ( t) =εy ( ∞) ×(1-e-bt ) 。
式中： b ———经验系数，一般取0.01；
εy ( t) ———任意时间任意状态下的收缩应变， t 以天为单位。
这样，就可以求出约束方向任意时间任意状态下的收缩应变值，从而可以初步判断约束方向混凝土收缩裂缝是否会出现，如果有出现裂缝的可能，就可以参照其修正系数，对混凝土相应的配制条件(由决定M1 ， M2 ， M3 .值的因素决定，可由相应的表格查出) 如：水泥品种、水泥细度、配筋率等加以调整，直到满足条件εy ( t)
3 混凝土收缩裂缝的防控原则
在工程实践中，采用“放”的原则的应用主要有：
1) 设置混凝土后浇带。新版高层规程和混凝土规范中规定：每30 m 留出施工后浇带，其宽度为800mm～1000 mm。这是国内外通用的减小混凝土收缩不利影响的有效方法。
2) 设置伸缩缝。混凝土结构设计规范对钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距依据结构类别和所处环境做出了规定。
3) 在施工过程中，应重视施工组织管理，采取正确的浇筑顺序与振捣方式等。
在工程实践中，采用“抗”的原则的应用主要有：
1) 采取构造
措施控制或减少混凝土收缩，如增设钢筋或钢筋网作为补偿；在温度收缩应力较大的现浇板中，表面布置双向温度收缩钢筋等。有的构造物伸缩缝的间距虽然符合规范要求，但由于施工周期长，结构为暴露在大气中的露天结构，故在结构中断面薄弱处、应力集中处宜采用各种加强措施。
2) 采取外加剂和施加预应力补偿混凝土的收缩。在混凝土中加入外加剂，产生少量预压应力来补偿混凝土硬化过程中产生的收缩应力，从而使裂缝控制在无害范围内，当然，应用时要注意外加剂的技术条件，并注意保温养护。预应力混凝土可增强梁板刚度，所产生的预应力可抵消由于混凝土收缩产生的轴向拉应力，从而消除或减少收缩裂缝的出现，达到扩大伸缩缝间距，不设后浇带，当然，所施加的预应力必须是专门用于抵消收缩应变的预应力。
3) 混凝土体积较大时，要防止各种收缩应力叠加等。
在大量工程中，单纯地采取“放”或“抗”的措施达不到预期的效果，而应把两者结合起来，才能达到防控混凝土收缩裂缝的效果。
4 结语
收缩裂缝属于早期裂缝范围，其形成机理复杂，需要考虑的因素颇多，既有环境因素，又有材料本身的原因，还有施工工艺的影响。因此，不能单纯地依赖于计算或概念手段，而应把两者结合起来综合应用，从整体论的观点进行防控，不能简单地认为采取了某种措施就万事大吉了，只有具体分析，适时、适度地做好每个环节，才能达到防控混凝土收缩裂缝的理想效果。
参考文献：
[1 ]王铁梦. 建筑物的裂缝控制[M] . 上海：上海科学技术出版社，1987. 24226.
[2 ]过镇海. 钢筋混凝土原理[M] . 北京：清华大学出版社，1997.79281.
[3 ]周 履，陈永春. 收缩徐变[M] . 北京：中国铁道出版社，1994.32235.
[4 ]陈肇元. 钢筋混凝土裂缝分析与控制[J ] . 工程力学，2001 (2) ：66267.
作者简介：刘鹏程(19752 ) ，男，昆明理工大学建筑工程学院硕士研究生，云南昆明 650224
王海莹(19682 ) ，女，副教授，昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明 650224
混凝土收缩裂缝探讨
中国混凝土网 [2006-4-4]
摘 要：分析了混凝土的收缩过程及其机理，介绍了混凝土收缩应变的计算方法以及混凝土收缩裂缝的防控原则，以防止收缩裂缝产生，提高建筑物的外观质量和长期耐久性。
关键词：收缩裂缝，收缩应变值，防控原则
Discussion on shrinkage cracks of concrete
LIU Peng cheng WANG Hai ying WANG Guo hong
Abstract ： It analyzes shrinkage course and its mechanism of concrete, and introduces calculation method for shrinkage strain of concrete andprevention principle of shrinkage cracks, which to prevent shrinkage crack and improve visual quality and durability of building.
Key words ： shrinkage crack, shrinkage strain value, prevention principle
引言
混凝土发生裂缝是建筑工程中一个普遍的技术问题。其产生裂缝的原因主要有荷载因素和非荷载因素，对于前者，《规范》已针对不同的建筑等级及要求给出了成熟的裂缝控制验算公式。根据一项调查统计[1]表明：由于非荷载(温度、收缩、不均匀沉降)引起的裂缝约占80 %；而属于由荷载引起的仅占20 %。同时，由于泵送混凝土采用高水泥用量、高单位用水量和高砂率的配比，因此，随着泵送商品混凝土的大量推广应用，混凝土非荷载裂缝出现的几率也大大增加，不仅影响了建筑物的外观质量，同时对建筑物的长期耐久性也产生了不良影响，甚至会使人们产生“裂缝恐惧感”。由此可见，非荷载裂缝在混凝土裂缝中占有主导地位，研究和探讨它有极其重要的现实意义。下面对非荷载裂缝中的收缩裂缝做一些防控研究。
1 混凝土收缩过程及机理
了解混凝土收缩过程及机理，有助于深入其实质，把握其本质，从而对采取相应的抗收缩裂缝对策有所帮助。
混凝土材料因物理化学作用而产生的体积缩小现象统称为收缩。从混凝土开始浇筑至使用期，收缩过程大致可以分为五个阶段即：塑性收缩期，自生收缩期，水化热温差收缩期，干燥收缩期，环境温度收缩期等。
混凝土收缩的原因及机理主要可概括为以下三个方面：
1) 干燥收缩的原因是混凝土内部水分的消失。但是，开始干燥时所损失的自由水并不会引起混凝土的收缩，因此其主要原因是吸附水的消失；
2) 自生收缩是在没有水分转移下的收缩，其原因是水泥水化物的体积小于参与水化反应的水泥和水的体积，因此这是一种由水泥的水化反应所产生的固有收缩，但其值与干燥收缩比较是微不足道的；
3) 碳化收缩是混凝土中的水泥水化物与空气中的二氧化碳发生化学反应的结果。
混凝土如果在无约束的条件下收缩，它只会单纯地引起体积缩小，而不会产生应力，但实际工程中的混凝土构件均会不同程度的受到约束，使得混凝土为了保持初始长度，收缩就会在混凝土中产生拉应力[2]。由此可知，混凝土产生收缩裂缝必须具备三个条件：收缩变形的大小，约束的情况，实时的抗拉强度。这也是预防及控制混凝土收缩裂缝的出发点。
2 混凝土收缩应变实用计算法
2. 1 一般计算方法
英国BS5400 提出的关于收缩应变计算式由四个系数相乘，即[3]： εsh = kl ×kc ×ke ×kj 。
其中， kl ，kc ，ke ，kj 为影响系数，由表格或图解的方式给出以供查用欧洲混凝土委员会—国际预应力协会给出的计算式为：
εsh ( t，t0) =εsh0 [βs ( t) - βs ( t0) ] ，
εsh0 =εs1 ×εs2 ×εsh0 。
式中：εsh0 ———收缩应变基准值；
εs1 ———取决于环境；
εs2 ———取决于名义厚度h0 。
εs1 ，εs2可由相应的图表查出，βs 为收缩随时间发展的函数，也可由图
表查出， t 为所考虑瞬间混凝土的龄期， t0 为开始考虑收缩影响瞬间混凝土
的龄期。
B —P 模式给出的计算式更为复杂，它没有相应的通过实验得到的数据图表，偏重于纯计算式的应用。另外，还有美国混凝土学会、英国混凝土协会等也给出了不同的计算条款。
2. 2 一种实用计算法
该法的基础是找出标准状态下的最大收缩应变，而任何处于其他状态下的最大收缩应变用各种不同的系数加以修正。任意状态下最大(最终) 收缩应变值以εy (∞) 表示，标准状态下以ε0
y ( ∞) 表示，则：
εy (∞) =ε0
y ( ∞)M1 ×M2 ×M3 ×M4 ׄ×Mn 。
式中： M1 ， M2 ， M3 ，„， Mn ———各影响因素的修正系数，可由相应的表格查出，具体表格可参阅参考文献[1]；
ε0
y ( ∞) ———在标准状态下由实验得出的收缩应变值。
标准状态为：275号普通水泥；标准磨细度(比表面积为2500 cm2/ g～3500 cm2/ g) ；骨料为花岗岩碎石；水灰比为0.4 ；水泥浆含量为20%；混凝土振动捣实；自然硬化； 试件截面为20cm ×20cm；测定收缩前湿养护7d ；周围空气相对湿度为50%等。
ε0
y ( ∞) 用结构相对收缩变形表示，其实验统计值为： 3.24 ×10-4 。而对于任意时间任意状态下收缩应变的计算式可由下式表示：
εy ( t) =εy ( ∞) ×(1-e-bt ) 。
式中： b ———经验系数，一般取0.01；
εy ( t) ———任意时间任意状态下的收缩应变， t 以天为单位。
这样，就可以求出约束方向任意时间任意状态下的收缩应变值，从而可以初步判断约束方向混凝土收缩裂缝是否会出现，如果有出现裂缝的可能，就可以参照其修正系数，对混凝土相应的配制条件(由决定M1 ， M2 ， M3 .值的因素决定，可由相应的表格查出) 如：水泥品种、水泥细度、配筋率等加以调整，直到满足条件εy ( t)
3 混凝土收缩裂缝的防控原则
在工程实践中，采用“放”的原则的应用主要有：
1) 设置混凝土后浇带。新版高层规程和混凝土规范中规定：每30 m 留出施工后浇带，其宽度为800mm～1000 mm。这是国内外通用的减小混凝土收缩不利影响的有效方法。
2) 设置伸缩缝。混凝土结构设计规范对钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距依据结构类别和所处环境做出了规定。
3) 在施工过程中，应重视施工组织管理，采取正确的浇筑顺序与振捣方式等。
在工程实践中，采用“抗”的原则的应用主要有：
1) 采取构造
措施控制或减少混凝土收缩，如增设钢筋或钢筋网作为补偿；在温度收缩应力较大的现浇板中，表面布置双向温度收缩钢筋等。有的构造物伸缩缝的间距虽然符合规范要求，但由于施工周期长，结构为暴露在大气中的露天结构，故在结构中断面薄弱处、应力集中处宜采用各种加强措施。
2) 采取外加剂和施加预应力补偿混凝土的收缩。在混凝土中加入外加剂，产生少量预压应力来补偿混凝土硬化过程中产生的收缩应力，从而使裂缝控制在无害范围内，当然，应用时要注意外加剂的技术条件，并注意保温养护。预应力混凝土可增强梁板刚度，所产生的预应力可抵消由于混凝土收缩产生的轴向拉应力，从而消除或减少收缩裂缝的出现，达到扩大伸缩缝间距，不设后浇带，当然，所施加的预应力必须是专门用于抵消收缩应变的预应力。
3) 混凝土体积较大时，要防止各种收缩应力叠加等。
在大量工程中，单纯地采取“放”或“抗”的措施达不到预期的效果，而应把两者结合起来，才能达到防控混凝土收缩裂缝的效果。
4 结语
收缩裂缝属于早期裂缝范围，其形成机理复杂，需要考虑的因素颇多，既有环境因素，又有材料本身的原因，还有施工工艺的影响。因此，不能单纯地依赖于计算或概念手段，而应把两者结合起来综合应用，从整体论的观点进行防控，不能简单地认为采取了某种措施就万事大吉了，只有具体分析，适时、适度地做好每个环节，才能达到防控混凝土收缩裂缝的理想效果。
参考文献：
[1 ]王铁梦. 建筑物的裂缝控制[M] . 上海：上海科学技术出版社，1987. 24226.
[2 ]过镇海. 钢筋混凝土原理[M] . 北京：清华大学出版社，1997.79281.
[3 ]周 履，陈永春. 收缩徐变[M] . 北京：中国铁道出版社，1994.32235.
[4 ]陈肇元. 钢筋混凝土裂缝分析与控制[J ] . 工程力学，2001 (2) ：66267.
作者简介：刘鹏程(19752 ) ，男，昆明理工大学建筑工程学院硕士研究生，云南昆明 650224
王海莹(19682 ) ，女，副教授，昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明 650224