在建筑工程领域，混凝土作为应用最为广泛的建筑材料之一，其性能的稳定性直接关乎建筑结构的安全与耐久性。而混凝土的收缩及膨胀现象，一直是建筑行业重点关注的问题。今天，我们就根据经验丰富的老师傅，为大家深入剖析影响混凝土收缩及膨胀的各类因素。

01混凝土收缩的分类解析

（1）塑性收缩（凝缩）：

在混凝土终凝前的关键阶段，水泥的水化反应犹如一场激烈的 “微观化学风暴”。水泥颗粒迅速与水发生反应，生成一系列水化产物，这些产物逐渐连接形成错综复杂的分子链结构。在这一动态过程中，由于化学反应的进行以及分子链的构建，混凝土内部会出现显著的体积减缩现象，此即为塑性收缩。

通常情况下，塑性收缩集中发生在混凝土拌和后的 3 - 12 小时这一时间段内。此时，混凝土尚处于塑性状态，具备一定的流动性与可塑性，就像柔软的面团，其内部结构尚未完全固化定型。也正是因为处于这一特殊状态，我们将这种收缩命名为塑性收缩。

从量化角度来看，塑性收缩所导致的体积减小量约为水泥绝对体积的 1%。值得注意的是，这一收缩量并非固定不变，而是与混凝土中的用水量以及水灰比密切相关。当混凝土用水量增加时，更多的水分参与到水化反应中，使得反应过程更为剧烈，分子链的形成与调整更为频繁，进而导致体积减缩更为显著。同理，水灰比增大意味着混凝土中水分含量相对增多，也会促使塑性收缩量增大。例如，在一些高温且干燥的施工环境中，为了保证混凝土的工作性能，施工人员可能会不自觉地增加用水量，此时若不加以严格控制，塑性收缩就可能引发混凝土表面出现大量细微裂缝，严重影响混凝土的外观质量与耐久性。

（2）温度收缩（冷缩）：

当混凝土所处的环境温度发生下降（且温度在 0℃以上）时，混凝土会如同受热胀冷缩原理支配的物质一样，发生收缩变形，这便是温度收缩，通常也被称为冷缩。

对于大体积混凝土而言，温度收缩的影响尤为突出，它是导致裂缝产生的主要根源之一。在大型建筑基础、大型桥梁等大体积混凝土结构的施工过程中，水泥的水化反应会释放出大量的热量，这些热量在混凝土内部积聚，使得混凝土内部温度迅速升高。而随着时间的推移，混凝土表面与外界环境进行热量交换，温度逐渐降低，从而在混凝土内部形成较大的温度梯度。这种温度梯度会引发混凝土内部产生不均匀的热胀冷缩效应，进而产生较大的温度应力。当这种温度应力超过混凝土自身的抗拉强度时，混凝土内部就会不可避免地出现裂缝。以某大型水利工程的大坝建设为例，由于大坝体积庞大，在混凝土浇筑后的初期，内部温度高达 70℃ - 80℃，而外部环境温度仅为 20℃ - 30℃，巨大的温差导致混凝土产生了严重的温度收缩裂缝，后期不得不花费大量的人力、物力和财力进行修补与加固。

（3）碳化收缩：

碳化收缩是混凝土内部发生的一种较为复杂的化学反应所导致的结果。具体而言，混凝土中的水泥水化物会与空气中的 CO₂发生反应，而在这一反应过程中，水分起着至关重要的媒介作用，实际上真正参与反应的是由 CO₂与水结合形成的 H₂CO₃。

碳化收缩的主要化学过程是水泥水化物中的 Ca (OH)₂结晶体与 H₂CO₃发生化学反应，最终碳化成为 CaCO₃沉淀。这一化学反应的发生，使得混凝土内部的微观结构发生改变，从而导致体积收缩。

碳化收缩的发展速度并非一成不变，而是受到多种因素的综合制约。其中，混凝土的含水率、环境相对湿度以及构件的尺寸扮演着关键角色。当空气中相对湿度达到 100% 时，意味着混凝土周围环境处于饱和水汽状态，CO₂难以与混凝土内部的水分结合形成 H₂CO₃，从而抑制了碳化反应的进行，碳化收缩也就随之停止。相反，当空气中相对湿度低至 25% 时，混凝土内部水分迅速蒸发，使得碳化反应所需的水分供应不足，同样会导致碳化收缩停止。此外，碳化收缩通常在混凝土表面更为显著，这是因为混凝土表面直接与空气接触，CO₂更容易扩散到表面并与水泥水化物发生反应。而且，相较于其他类型的收缩，碳化收缩相对发展较晚，一般在混凝土硬化后的一段时间才逐渐显现出来。在一些长期暴露在城市大气环境中的混凝土建筑外墙，经过数年的时间，就可以明显观察到因碳化收缩而导致的表面细微裂缝和颜色变化。

（4）干燥收缩：

混凝土在干燥过程中发生的体积改变，被定义为干燥收缩。这一现象的产生主要源于混凝土中水分在新生成的水泥石骨架中的复杂物理过程，包括水分的分布变化、移动以及蒸发。

在结构收缩计算领域，干燥收缩是重点关注的对象。国内外众多学者和研究机构通过大量的实验与理论分析，对混凝土的干燥收缩机理进行了深入探究。目前普遍认为，干燥收缩是由于混凝土内部毛细孔中的水分发生扩散并逐渐消失所引发的。当混凝土暴露在干燥环境中时，其表面的水分首先开始蒸发，使得表面的湿度降低，从而在混凝土内部形成湿度梯度。在这一湿度梯度的驱动下，混凝土内部毛细孔中的水分不断向表面扩散，并最终蒸发到空气中。随着水分的不断散失，水泥石骨架逐渐失去支撑，进而发生收缩变形。在实际工程中，许多混凝土结构在干燥环境下长期放置后，都出现了明显的干燥收缩现象。例如，一些处于沙漠地区的混凝土建筑物，由于当地气候干燥，年平均相对湿度低于 30%，混凝土结构在建成后的短短几年内，就因干燥收缩产生了大量裂缝，严重影响了建筑物的正常使用。

（5）自生收缩：

自生收缩是在一种特殊条件下发生的混凝土体积变形现象，即混凝土处于密封状态，与外界环境没有水分交换。在这种情况下，混凝土内部的水泥水化反应仍在持续进行，而由于没有外界水分的补充，水泥水化反应消耗的水分只能来自混凝土自身内部的孔隙水。这一过程会导致混凝土内部的湿度降低，进而引起自身体积变形，这就是自生收缩。

与之相对的干燥收缩，则是混凝土暴露在空气中时，由于空隙水与外界空气进行交换并散失，从而引起的体积变形。在实际工程中，我们通常所说的混凝土收缩是自生收缩与干燥收缩之和，即全收缩。

根据相关研究，普通混凝土的极限自收缩应变相对较小，最大仅为 100×10⁻⁶。从实际工程应用的角度出发，在一般的混凝土结构中，自生收缩的影响相对较小，因此在常规设计与施工中，可忽略其影响（但在大体积混凝土中，由于其内部水化反应的特殊性，自生收缩的影响不可忽视，需进行专门考虑），而主要关注干燥收缩的作用。

然而，高强混凝土由于其特殊的配合比设计，水灰比小且水泥用量大，表现出与普通混凝土截然不同的收缩特性。高强混凝土的自收缩不仅出现得更早，而且发展速度更快、更为明显。相关研究文献表明，高强混凝土的干燥收缩远小于自生收缩，两者比例大约为 3：7。在高强混凝土的早期阶段，由于水泥水化反应极为剧烈，自收缩在初始阶段急剧增加，而后随着时间的推移，虽然增长速度逐渐放缓，但仍在持续增大。值得注意的是，90% 以上的自生收缩都发生在前 28 天这一关键时期。因此，对于处于干燥条件下的高强混凝土，在进行结构设计、施工以及后期维护时，必须同时充分考虑自生收缩和干燥收缩的综合影响。例如，在一些超高层建筑的核心筒结构中，采用了高强混凝土，若在设计与施工过程中忽视了自生收缩的影响，可能会导致核心筒结构出现严重的裂缝甚至变形，危及整个建筑的结构安全。

02影响混凝土收缩与膨胀的因素

（1）水泥相关因素：

水泥标号越高、用量越多，水灰比越大，混凝土的收缩就越大。高标号水泥的水化反应更为剧烈，产生的水化产物较多，在凝结硬化过程中会导致更大的体积变化。而水灰比增大，意味着混凝土中的自由水分增多，水分蒸发后留下的孔隙增多，从而导致收缩增大。在一些早期的建筑工程中，由于对水泥性能了解不足，过度追求高强度而使用高标号水泥且加大用量，同时未合理控制水灰比，导致混凝土收缩过大，出现了大量裂缝。

（2）骨料特性：

骨料的弹性模量对混凝土收缩有着显著影响。骨料弹性模量大，能够对水泥浆体的收缩起到更好的约束作用，从而使混凝土收缩越小。例如，在配制高强度混凝土时，选用弹性模量较高的粗骨料，能够有效减少混凝土的收缩变形，提高混凝土结构的稳定性。

（3）养护条件：

良好的养护条件对减少混凝土收缩至关重要。在混凝土硬结过程中和使用过程中，若周围环境湿度大，水分蒸发缓慢，混凝土内部水分能够更好地参与水泥的水化反应，从而减少收缩。例如，在混凝土浇筑后，及时覆盖并洒水养护，保持混凝土表面湿润，能够有效降低混凝土的收缩。相反，若养护不当，混凝土在干燥环境中快速失水，会导致收缩增大，甚至出现裂缝。

（4）混凝土振捣密实度：

混凝土振捣密实程度直接影响其收缩性能。振捣密实的混凝土，内部孔隙较少，结构更加紧密，能够有效抵抗收缩变形。在实际施工中，通过采用合适的振捣设备和振捣工艺，确保混凝土振捣密实，可以显著减小混凝土的收缩。例如，在桥梁工程的混凝土桥墩浇筑中，采用插入式振捣器，并严格按照操作规程进行振捣，能够使混凝土更加密实，减少收缩裂缝的产生。

（5）构件的体表比：

构件的体表比越大，即构件的表面积与体积之比越大，混凝土收缩越小。这是因为较大的体表比意味着混凝土内部水分蒸发的路径相对较短，水分散失相对均匀，从而减少了因水分不均匀散失而产生的收缩应力。例如，对于一些薄壁混凝土构件，其体表比较大，收缩相对较小。

（6）收缩时间特性：

混凝土的收缩变形在开始阶段发展较快，2 周可完成全部收缩量的 25%，1 个月约完成 50%，3 个月后增长缓慢。了解这一特性，有助于在工程施工中合理安排施工进度和采取相应的预防措施。例如，在混凝土结构的拆模时间选择上，需要考虑混凝土的收缩发展情况，避免过早拆模导致混凝土因收缩而产生裂缝。

混凝土的收缩及膨胀现象受到多种因素的综合影响。在建筑工程中，深入了解这些因素，并采取相应的措施进行控制，对于保证混凝土结构的质量、延长其使用寿命具有重要意义。希望通过今天的分享，能够让大家对混凝土收缩及膨胀有更深入的认识，在实际工作中更好地应对相关问题。（摘自砼界）