混凝土体积稳定性 混凝土的体积稳定性指在荷载或非 荷载作用下，混凝土的变形 非荷载变形的类型 •混凝土内部湿度变化导致的体积变化 •温度变化导致的体积变化 •化学反应导致的体积变化 •沉降导致的体积变化 混凝土内部湿度变化导致的体积变化 •干燥收缩（Dry shrinkage）： 混凝土在未饱和空气中因向外界散失水分 而产生的收缩 干缩与水灰比、环境温湿度、胶凝材料组 成、骨料品种与比例、养护条件、龄期等因素有 关 –100g水泥浆体，可蒸发水分约6ml –混凝土C=300kg/m3 ，可蒸发水分约18l –水泥砂浆干缩值约0.1~0.2% –水泥混凝土180天自由干缩值约0.04~0.06% •自收缩（Autogenous shrinkage): 在与外界没有水分交换的条件下，混凝土 内部自干燥作用引起的宏观体积收缩 混凝土的自收缩在初凝以后开始产生 自收缩大小与水胶比、胶凝材料组成、减 水剂品种与掺量、骨料品种与比例有关 自收缩机理 •水化反应进行过程中，一部分拌合水 由化学反应消耗，一部分填充凝胶孔当 水灰比较大时，凝胶孔基本上充满水，自 身收缩很小；水灰比较小时，凝胶孔形成 弯月面，外界的压力使水泥浆体收缩。
自收缩的测定方法 自收缩与干缩的异同点 相同点：均由于水的迁移所引起； 不同点： 1.自缩不失重； 2.自身收缩各向同性地发生，干缩 由表 及里地发生； 3.水灰比降低时，干缩减小，自缩 增大； 4.覆盖后（或拆模前）不发生干缩 ，而 自缩必须通过湿养护处理 •常规收缩试验测定结果是干燥收缩与 自收缩的叠加 •普通混凝土的干缩测定值中自收缩值 占10%左右；低水胶比的高强或高性能混 凝土的自收缩值则大得多 •干燥收缩是引起普通混凝土开裂的主 要原因之一 温度变化导致的体积收缩 •混凝土在硬化和使用期间，随温度降 低而产生的宏观体积收缩 •水泥的水化热、外界热源及环境温度 变化是引起温度收缩的主要原因 •与水胶比、胶凝材料的组成与用量、 混凝土拌和物入模温度、环境温度变化、 内部的相对湿度、结构形式等因素有关 与普通混凝 土相比，高性能 混凝土的最大绝 热温升降低10℃ ，最大温峰达到 时间推迟约5小 时 混凝土的绝热温升 •近几十年来，基础、桥梁、隧道衬砌 以及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土 开裂的现象增多，同时发现干燥收缩通常 在这里并不重要了水化热以及温度变化 已经成为引起素混凝土与钢筋混凝土约束 应力和开裂的主导原因。
大体积混凝土 任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解 决水化热及随之引起的体积变形问题，以 最大限度减少开裂影响的，即称为大体积 混凝土 美国混凝土学会 •温度收缩是引起大体积混凝土开裂的 主要原因 •高强和高性能混凝土具有较大的温度 收缩 化学反应导致的体积变化 •水化收缩（硬化收缩或化学收缩）： 水化过程中水化产物的绝对体积减少硅 酸盐水泥的水化收缩约7%混凝土C=300kg/m3 ，减缩值21~27L/m3 初凝以前水化收缩表现为宏观体积收缩， 初凝以后则导致内部微裂缝产生 水化收缩 •膨胀组分引起的体积膨胀： 由膨胀组分的水化反应导致混凝土发生宏 观体积膨胀可能导致开裂破坏；也可补偿收缩 •碱-骨料反应引起的体积膨胀： 胶凝材料中的碱与骨料中的活性氧化硅或 碳酸钙发生化学反应，生成碱-硅酸凝胶或碱-碳 酸盐晶体，致使混凝土膨胀 强度 放热 体积减小 水泥浆水化“永恒的三角形” 沉降导致的体积变化 •塑性收缩： 在混凝土仍处于塑性阶段，由于重力沉降 ，其顶面有所下沉 当表面失水速率超过实际泌水速率时，新 拌混凝土迅速干燥如果近表面的混凝土已经稠 硬，不能流动，但其强度又不足以抵抗因收缩受 到限制所引起的应力时，就产生开裂。
混凝土表面 泌水速率 蒸发速率开裂 荷载导致的变形——徐变 •荷载作用下超过弹性应变和自由干燥 收缩应变总和的变形 •徐变的原因是在荷载作用下，C-S-H凝 胶失去物理吸附水 •徐变有可逆与非可逆的区分 干燥与徐变的可逆性 影响干缩与徐变的因素 •材料与配合比 Powers认为混凝土收缩（SC）和水泥浆收 缩（SP）之比与混凝土中骨料的体积分数（g） 有指数关系： 根据骨料弹性模量的不同，n值变动于 1.2~1.7 混凝土徐变（CC）和水泥浆体（CP） 与骨料（g）和未水化水泥含量（μ）之间 可有关系： •骨料的级配、最大粒径、粒形和结构可影响 混凝土的收缩和徐变其中骨料的弹性模量最为 重要 •水泥的细度和组分影响水化速率，但不影响 水化产物的体积和特性水泥的细度和组分变化 可影响砂浆或净浆试件的干缩，但对混凝土无甚 影响如果水泥品种对混凝土强度有影响时，则 也将影响混凝土的徐变 •水泥用量和用水量不直接影响混凝土的干缩 和徐变 •时间与湿度：混凝土中水分扩散是缓慢的过 程两周仅完成20年干缩的20~25%；3个月完成 50~60%；1年完成75~80% 徐变系数在100%RH时为1，在 80%RH时为2，在45%RH时达3。
收缩和徐变对混凝土开裂的影响 混凝土的极限拉伸 •混凝土结构的开裂一般均由拉应力引 起 •对于变形导致的开裂，除考虑材料的 抗拉强度外，材料的抗变形能力，即极限 拉伸更重要 •混凝土的极限拉伸值约为110-4 混凝土裂缝间距计算 式中：E：混凝土的弹性模量 H：结构物高（厚）度 Cx：地基水平阻力系数 α：温度变形系数 εp：极限应变，应考虑配筋和徐变的影响 T：温度差，包括水化温差、气温差、收缩当 量温差 •底板与垫层间的摩擦情况影响开裂间距 •通常│αT│大于│εp│，两者差越大，开裂间 距越小当│αT│趋近于│εp│，开裂间距趋近于 无穷大，可取消伸缩缝 •工程上常用总变形小于极限拉伸的原则控制 裂缝 •膨胀剂的作用 高性能混凝土的开裂问题 •高性能混凝土的开裂趋势大于普通混 凝土 •高性能混凝土的水胶比低，细粉含量 大，使其强度增长快，密实度高，水分迁 移困难 •当水胶比大于0.40（普通混凝土），内 部空隙可保持 100% 的相对湿度；而水胶比 较低时，随水化的进行，内部相对湿度可下 降到80%以下 •由于自干燥导致的自收缩，高性能混凝 土较大，其初期的收缩较大 •由于水分迁移困难，高性能混凝土的后 期干缩较少。
非稳定裂 缝的发展，普通混 凝土出现在干燥后 500天，高性能混凝 土则只需13天此 时普通混凝土的最 大约束应力为2MPa ，高性能混凝土为 4.5MPa，分别为各 自抗拉强度的50%和 75% 两种混凝土单位长度的约束反力发展情况 评价混凝土开裂趋势的方法 •开裂环 •开裂试验架和温度试验机 •平板试件 利用温度变化，失水干燥等方式在 混凝土内部产生应力，当其大于混凝土的 抗拉强度时，混凝土即开裂基本是定性 评价方法 开裂环装置 • 特点： – 提供的约束较高，且均匀 – 可直接评价混凝土的收缩开 裂趋势 • 评价指标： – 混凝土环的初裂时间和最 大裂纹宽度 开裂的影响因素 •材料因素：胶凝材料的细度、水化速 率、水化热、强度发展速率 •配合比因素：水胶比、浆体含量、骨 料弹性模量 •约束因素：体积、配筋率 •环境因素：气温、风速、湿度 圆环试验结果 高强混凝土环的初裂时间早，各龄期最大裂纹宽度大 ， 收缩开裂趋势明显大于普通混凝土 收缩试验结果 标准干燥收缩试验方法圆环同步法 。