混凝土为什么会膨胀收缩

混凝土在加水后，会经历一系列复杂的物理和化学反应，导致其体积发生膨胀和收缩。这些现象不仅影响混凝土结构的外观，还可能影响其耐久性和安全性。以下将从多个方面详细阐述混凝土为什么会发生膨胀和收缩。

1. 水泥水化反应

混凝土在加水后，水泥与水发生化学反应，形成水泥胶体。这一过程中释放的热量是混凝土塑性变形的主要原因。随着水泥胶凝体逐渐硬化，内部存储的应变能以不同的形式释放，导致混凝土发生收缩和膨胀。

2. 干缩

混凝土中的水分蒸发会引起混凝土收缩，导致混凝土表面开裂。干缩主要发生在混凝土硬化后，特别是在干燥环境中。影响干缩的因素包括水泥品种、水灰比、养护条件等。

3. 塑性收缩

塑性收缩发生在混凝土拌和后约3～12小时内，由于水泥颗粒的排列而产生的体积收缩。这种收缩通常发生在混凝土仍处于塑性状态时，因此被称为塑性收缩。塑性收缩的大小约为水泥绝对体积的1%，并随混凝土用水量、水灰比的增大而增大。

4. 温度收缩

混凝土在温度作用下会发生热胀冷缩。当温度下降时，混凝土会发生收缩变形，这被称为温度收缩或冷缩。温度收缩是混凝土在硬化过程中由于温度变化而产生的体积缩小。

5. 碳化收缩

碳化收缩是混凝土中水泥水化物与空气中的CO2发生化学反应的结果。这种反应会导致混凝土体积缩小。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。

6. 自生收缩

自生收缩是指混凝土在密封条件下，因水泥水化反应而产生的自身体积变形。这种收缩通常发生在混凝土与外界无水分交换的情况下。自生收缩在初始阶段急剧增加，然后随时间慢慢增大。

7. 湿度变化

混凝土在干湿交替的环境中会发生收缩和膨胀，导致混凝土表面龟裂。湿度变化对混凝土的影响主要体现在水分的蒸发和吸附上，从而影响混凝土的体积变化。

8. 水泥品种和用量

水泥的标高越高，用量越多，混凝土的收缩就越大。不同品种的水泥对混凝土收缩的影响也不同。例如，膨胀水泥的收缩较小，而高强、早强水泥的后期徐变较大。

9. 骨料性质

骨料的弹性模量大，混凝土的收缩就越小。骨料的吸水率和硬度比也会影响混凝土的收缩和徐变。高吸水率、低强度骨料拌合的混凝土收缩和徐变通常较大。

10. 养护条件

养护条件好，混凝土在硬结过程中和使用过程中周围环境湿度大，收缩就越小。良好的养护条件可以减缓混凝土的干燥速度，从而减少收缩。

11. 构件体表比

构件的体表比越大，混凝土的收缩就越小。体表比决定了介质湿度和温度影响混凝土内部水分溢出的程度，从而影响混凝土的体积变化。

12. 荷载加载龄期

荷载加载时混凝土的龄期对徐变有重要影响。加载龄期越小，水泥的水化越不充分，混凝土的强度越低，徐变就越大。

13. 环境温度和湿度

混凝土的环境温度和湿度对其收缩和徐变有显著影响。湿度愈大，吸附水的蒸发量愈小，水泥的水化程度愈高，收缩和徐变就愈小。相对湿度对加载早期的徐变影响更大。

14. 接缝处理

混凝土板在温度变化时会产生不同程度的膨胀和收缩。为了避免这些变形导致的应力集中和破坏，需要在混凝土路面设置接缝。接缝的处理不当也会导致混凝土的开裂和破坏。

15. 设计和施工因素

混凝土收缩和膨胀的原因还包括设计和施工方面的不当。例如，接缝未作处理或处理不当、基础的预处理不够、拌和水过多等都可能导致混凝土的开裂和破坏。

混凝土膨胀和收缩的原因是多方面的，包括水泥水化反应、干缩、塑性收缩、温度收缩、碳化收缩、自生收缩、湿度变化、水泥品种和用量、骨料性质、养护条件、构件体表比、荷载加载龄期、环境温度和湿度、接缝处理以及设计和施工因素等。了解这些原因对于预防和控制混凝土的开裂和破坏具有重要意义。