基于混凝土结构的收缩与控制
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作者: 苗伟 宫保春
摘要：混凝土作为建筑工程的重要材料，其成型的过程会伴随着体积的变化，对建筑结构产生不利影响。本文将从材料方面控制混凝土结构的收缩，以保证混凝土结构的耐久性。
关键词：混凝土 收缩 材料控制
一、混凝土的收缩
在混凝土结构中，混凝土的收缩变形受到基础、竖向构件及混凝土内钢筋约束，混凝土中产生拉应力，当混凝土中总拉应力超过结构所能承受的拉应力时，结构就会产生裂缝。
根据国内外的研究，混凝土的收缩变形可按下述公式计算：
εy(t)=ε0yM1・M2……Mn・(1-e-bt)
式中：εy(t)―任意时间的相对收缩变形，t(时间)以天为单位；
b―经验系数一般取0.01；养护较差时取0.03；
ε0y―标准状态下的极限收缩
M1・M2……Mn为考虑各种非标准条件的修正系数
标准状态是指：275号普通水泥，标准磨细度(比表面积2500-3500m2/g)，骨料为花岗岩碎石，水灰比为0.4，水泥浆含量TP为20%，混凝土振动捣实，自然硬化，试件截面20cm×20cm(截面水力半径的倒数r=02)；测定收缩前湿养护7天，周围空气相对湿度为50%。标准状态下的极限收缩量以结构相对变形表示，ε0y取=3.24×10-4。
钢筋混凝土楼板裂缝控制的实际工程计算中，将混凝土的收缩值换算成相当于引起同样变形所需要的温差，即“收缩当量温差△T，以便计算分析混凝土的温度应力。
再根据式Ty′=-εy(t)/α可以求出当量温降。
例如:在标准状态下的极限收缩的收缩当量温差为
Ty′=-105×εy0
=-105×3.14×104=-32.4℃
可见标准状况下混凝土最终的收缩量大体相当于温度降低32.4℃的收缩值,在同等状况下，
半年的收缩当量温差为
Ty′=-105×εy0（1-e-0.01t）
=-32.4(1-e-0.01×6×30)
=-27℃
即在标准状况下，半年的收缩当量相当于考虑混凝土温度降低27℃时的温度变形.
二、从材料方面控制混凝土结构的收缩
1、科学地选用材料配合比，控制水泥用量和水灰比
选择混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较大的抗裂能力，具体说来，就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比较小、线膨胀系数较小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩。
A、选择水泥
内部混凝土主要考虑抗裂性能好，兼顾低热和高强两方面的要求，一般采用低热矿渣水泥，中热硅酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。外部混凝土，除抗裂性能外，还要求抗冻融性、耐磨性、抗蚀性、强度较高及干缩较小，因此一般采用较高标号的中热硅酸盐水泥。当环境水具有硫酸盐侵蚀时，应采用抗硫酸盐水泥。
B、控制水泥用量和水灰比。
水灰比大，收缩将显著增加，同时抗拉强度降低。如水灰比为0.6的收缩比水灰比为0.4的收缩增加约40%。当水灰比不变时，水和水泥的用量对混凝土的收缩变形有显著影响。例如水灰比不变，水泥浆量由20%增加到25%（水泥浆占混凝土总重量比），混凝土的收缩量增大20%;如果水泥浆增加到30%，则收缩增加45%。因此，在保证水灰比一定的条件下，应尽可能降低水泥浆量。
2、合理选择砂石骨料，控制骨料的含泥量
砂石骨料的粒径应当尽可能大一些，以达到减少收缩的目的。砂率过高意味着细骨料多粗骨料少，仍然起到增加收缩的作用，对控制开裂不利。砂石的吸水率应尽可能小一些，以利于降低收缩。砂石的含泥量对于混凝土的抗拉强度与收缩影响很大，应严格控制。
3、掺加外加剂
外加剂有减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等多种类型。减水剂是最常用、最重要的外加剂，它具有减水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升。引气剂的作用是在混凝土中产生大量微小气泡以提高混凝上的抗冻融耐久性。近年来，人们研究出用膨胀剂(大多采用“UEA”)配制的补偿混凝土能产生一定的膨胀，这种膨胀在内外约束条件下产生一定的内压应力，这种内压应力与冷缩或干缩产生的拉应力相抵消，建立混凝土内部新的应力平衡而防止开裂。在配筋足够时，要形成足够的内压应力，就必须有膨胀作保证，以使内压应力与抗拉强度的总值等于或大于因温差收缩产生的拉力，因此，膨胀是对温差的补偿效应，实质上就是膨胀应力对温差收缩产生拉应力的补偿。利用这种温差补偿效应，取得了防渗抗裂的效果。
参考文献
【1】王铁梦.工程结构裂缝控制.北京:中国建筑工业出版社，1997
【2】王铁梦.钢筋混凝土结构的裂缝控制.安徽建筑，2001,(1):10―13
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