混凝土的收缩机理是什么

混凝土收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象，这一现象对混凝土结构的稳定性和耐久性具有重要影响。本文将从多个方面详细阐述混凝土的收缩机理。

1. 塑性收缩（凝缩）

塑性收缩，也称为凝缩，主要发生在混凝土拌和后约3～12小时内，此时混凝土仍处于塑性状态。这种收缩是由于混凝土终凝前水化反应激烈，分子链逐渐形成，导致体积减缩。凝缩的大小约为水泥绝对体积的1%，随混凝土用水量、水灰比增大而增大。

2. 温度收缩（冷缩）

温度收缩是混凝土由于温度下降（在0℃以上）而发生的收缩变形。对于大体积混凝土，裂缝主要是由温度变化引起的。温度收缩与混凝土的热膨胀系数、内部温度和降温速度等因素有关。当混凝土内部温度仍处于较高温度或继续增长时，混凝土的外部温度可能已接近于环境温度，此时外层混凝土收缩而内部混凝土不变甚至膨胀，从而产生温度应力。

3. 碳化收缩

碳化收缩是混凝土中水泥水化物与空气中的CO₂（在有水分的条件下，真正的媒介是H₂CO₃）发生化学反应的结果。碳化收缩的主要原因在于水泥水化物中的Ca(OH)₂结晶体碳化成为CaCO₃沉淀。碳化收缩的速度取决于混凝土的含水率、环境相对湿度和构件的尺寸。当空气中相对湿度为100%或小至25%时，碳化收缩停止。

4. 干燥收缩

干燥收缩是混凝土干燥时的体积改变，是由于混凝土中水分在新生成的水泥石骨架中的分布变化、移动及蒸发引起的。结构收缩计算主要是针对干燥收缩。国内外有关文献对混凝土的干燥收缩机理进行了分析，认为干燥收缩是由于混凝土内部毛细水分的扩散消失所致。

5. 自生收缩

自生收缩是指混凝土在密封（与外界无水分交换）条件下，因水泥水化反应而产生的自身体积变形。干燥收缩则是混凝土暴露在空气中时因为空隙水散失而引起的体积变形。对于普通混凝土，自生收缩的影响相对较小，但对于高强混凝土，自生收缩的影响则不可忽视。

6. 化学收缩

化学收缩是混凝土终凝后在密闭条件下水分不蒸发时由于水泥水化所引起的体积变化。它是化学结合水与水泥的化合结果，与外界湿度变化无关。温度高、水泥用量较大及水泥细度较细时，化学收缩趋于增大。

7. 影响因素

混凝土的收缩受多种因素影响，包括用水量、水灰比、泌水量、混凝土含水量、水泥活性、颗粒细度、比表面积、集料种类和用量、外加剂及掺合料的选择、环境湿度、风速、养护时间、混凝土温度等。这些因素相互作用，共同影响混凝土的收缩性能。

8. 收缩与开裂

较大的收缩会引起混凝土开裂，这对承重混凝土结构尤为不利。裂缝可能会影响承载能力、建筑物安全以及使用寿命。在混凝土设计和施工过程中，必须充分考虑收缩问题，采取有效措施减少收缩和防止开裂。

9. 收缩与徐变

混凝土的收缩和徐变是密切相关的。徐变是混凝土在荷载的长期作用下所产生的变形。收缩和徐变都会导致预应力损失和结构内力重分布，对混凝土结构的长期性能产生重要影响。

10. 收缩机理的研究

长期以来，为了解释混凝土收缩的原理，许多学者提出了不同的理论。较有名的有弗列意新涅和别洛夫等人的毛细管理论、雷日密特和甘光等人的凝胶理论以及综合这两种理论的谢意金理论等。这些理论从不同角度揭示了混凝土收缩的机理，为混凝土收缩的控制和预防提供了理论依据。

11. 收缩的控制与预防

针对混凝土收缩问题，可以采取多种措施进行控制和预防。例如，优化混凝土配合比、选择合适的原材料、加强养护管理、采用补偿收缩混凝土等。这些措施可以有效减少混凝土的收缩和防止开裂，提高混凝土结构的耐久性和安全性。

混凝土的收缩机理是一个复杂而重要的问题。通过深入研究收缩机理并采取有效措施进行控制和预防，可以确保混凝土结构的稳定性和耐久性，为建筑工程的质量和安全提供有力保障。