建筑材料性能對(duì)混凝早期裂縫的影響研究

張銀芳 閆帥平

摘要：混凝土開裂的原因有很多，比如施工過程中擅自改變水灰比、混凝土攪拌運(yùn)輸時(shí)間過長(zhǎng)、模板作業(yè)不規(guī)范和模板的剛度不足、施工工藝不合理、分段澆筑結(jié)合部沒有處理好、養(yǎng)護(hù)的方法不正確等，這些都會(huì)導(dǎo)致混凝土澆筑早期出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，其中建材料性能是混凝土澆筑中早期裂縫產(chǎn)生的主要原因。眾所周知，材料性能越好，對(duì)建筑物或構(gòu)筑物基層裂縫變形的適應(yīng)能力也就越強(qiáng)，所以在混凝土澆筑的時(shí)候選擇合適的建筑材料，對(duì)預(yù)防混凝土早期裂縫的產(chǎn)生有一定的效果。

關(guān)鍵詞：建筑材料性能;混凝土早期裂縫;影響;對(duì)策分析

中圖分類號(hào)：TU755.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674—3024（2019）06—0003—02

出現(xiàn)早期裂縫會(huì)影響混凝土的使用壽命、安全性、使用領(lǐng)域、使用效果等，混凝土耐久性與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)穩(wěn)定以及環(huán)境質(zhì)量等具有非常緊密的聯(lián)系，所以混凝土材料的選擇是目前仍然需要進(jìn)一步研究的重點(diǎn)?；炷敛牧媳仨毦邆淇箖鲂浴⒖逛摻钿P蝕性、耐化學(xué)腐蝕性等特性，混凝土材料具備這些特性之后，才能提高混凝土耐久性，混凝土結(jié)構(gòu)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂縫，大都與設(shè)計(jì)、施工或原材料選用不當(dāng)有關(guān)，或者混凝土的材料遭受到了嚴(yán)重的腐蝕或者重大的損傷，所以為了避免早期裂縫的產(chǎn)生，可以在設(shè)計(jì)時(shí)或者施工之前將合適的原材料選取出來，進(jìn)而進(jìn)一步提高混凝土的耐久性。

1 混凝土早期裂縫產(chǎn)生—材料原因

1.1 堿骨料反應(yīng)

混凝土材料原因可以導(dǎo)致混凝土早期出現(xiàn)裂縫，比如堿骨料反應(yīng)產(chǎn)生的裂縫，堿集料反應(yīng)造成的開裂破壞難以阻止也難以修補(bǔ)，是混凝土早期裂縫當(dāng)中非常嚴(yán)重的一種情況，普通混凝土所用骨料按照粒徑大小分為兩種：粒徑大于4.75mm的稱為粗骨料，又被叫做石子;而粒徑小于4.75mm的則被稱作細(xì)骨料，又被叫做砂。骨料質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到混凝土各項(xiàng)性質(zhì)的好壞，比如泥和泥塊含量、有害物質(zhì)含量、堅(jiān)固性、堿活性、顆粒級(jí)配、骨料的形狀與表面特征、強(qiáng)度、骨料的含水狀態(tài)等。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，基本都會(huì)含有一種被稱為“堿骨料”的材料，澆筑混凝土后，這種材料會(huì)伴隨著吸水過程，體積逐漸膨脹，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土開裂，甚至?xí)拐麄€(gè)工程就此崩潰，造成非常嚴(yán)重的后果。所以必須尋找合適的方法來改變堿骨料帶來的危害。

1.2 水泥、砂、石子

水泥、砂、石子是混凝土澆筑中必不可少的材料，并且需求量也非常的大。水泥這一材料出現(xiàn)問題則會(huì)讓工程一開始就不能正常的展開，水泥出現(xiàn)問題會(huì)導(dǎo)致水泥非正常凝結(jié)，會(huì)使得混凝土表面上產(chǎn)生短而不規(guī)則的裂縫，水泥質(zhì)量不過關(guān)還會(huì)導(dǎo)致水泥與骨料結(jié)合不好，一旦遭到破壞，構(gòu)件會(huì)順著砂漿開裂。砂中含泥量大，則會(huì)使得混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫，除此之外，石子規(guī)格、含泥量以及顆粒級(jí)別等差異過大，也會(huì)使得混凝土澆筑表面出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫。

1.3 其他材料

混凝土中如果含有氯化物，則會(huì)使得鋼筋銹蝕發(fā)生膨脹裂縫，混凝土中還加入了一些摻合料，這些摻合料的運(yùn)用主要是為了改善混凝土的一些性質(zhì)特點(diǎn)，從而讓其向更加適宜的方向發(fā)展，其中包括有粉煤灰、礦粉、硅灰、石灰石粉等材料，但是這些材料如果出現(xiàn)問題，很容易使得混凝土干燥加快，還會(huì)使得其表面出現(xiàn)裂紋，造成混凝土早期裂縫。

2 料因素造成的混凝土裂縫

2.1 水泥

（1）?水泥品種不同的水泥中各種礦物成分對(duì)干縮的影響各不相同，硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣收縮率小，鋁酸三鈣收縮率最大。所以，耐硫酸鹽水泥和低熱水泥，其礦物成分中硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣相對(duì)含量多，鋁酸三鈣相對(duì)含量少，其干縮相應(yīng)也較小。此外，還應(yīng)避免不同品種水泥混用，因?yàn)椴煌贩N水泥的凝結(jié)速度、收縮值均不同，所以混用水泥會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂。

（2）?水泥細(xì)度水泥顆粒的粗細(xì)程度對(duì)水泥的性質(zhì)有很大影響，同樣成分的水泥，顆粒越細(xì)，其水化、凝結(jié)硬化速度就越快，早期和后期強(qiáng)度均較高，需水量增大。但水泥顆粒過細(xì)，其在空氣中的收縮性較大，故混凝土的裂縫就容易發(fā)生。

（3）?水泥水化熱大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般要求一次性整體澆筑，混凝土澆筑后，水泥因水化產(chǎn)生水化熱，同時(shí)，由于混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，從而造成混凝土內(nèi)部的溫度顯著升高;另外，由于混凝土表面散熱較快，形成了較大的溫差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。此時(shí)，加上混凝土齡期短，抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土的表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

（4）?水泥中緩慢水化成分水泥中緩慢水化成分是指水泥中的游離CaO、游離MgO等緩慢反應(yīng)物質(zhì)。水泥中的游離CaO和游離Mg0水化反應(yīng)特別慢，在混凝土硬化后很長(zhǎng)時(shí)間才能水化，其水化產(chǎn)物的體積大于其原來的固體體積，從而造成了硬化混凝土中的不均勻的體積膨脹，并引起混凝土裂縫。因此，在水泥使用前，必須進(jìn)行水泥體積安定性試驗(yàn)，如水泥體積安定性不合格，不得用于任何工程。

2.2 骨料的質(zhì)量

（1）?砂細(xì)度砂的細(xì)度對(duì)混凝土裂縫的影響是眾所周知的，其原因主要是砂越細(xì)，其表面積越大，需要更多的水泥等膠凝材料包裏，同時(shí)，隨著水泥用量和用水量的增加，混凝土的收縮也加大。反之，砂越粗，混凝土的收縮減小，所以，商品混凝土盡量使用中粗砂來控制混凝土的早期裂縫。

（2）?砂率混凝土中粗骨料是抵抗收縮的主要材料，在其他原材料用量不變的情況下，混凝土的干燥收縮隨砂率的增大而增大。砂率降低即增加粗骨料的用量，這對(duì)控制混凝土干燥收縮有利。

（3）?粗骨料的級(jí)配粗骨料的級(jí)配對(duì)混凝土收縮影響較大，其根本原因是粗骨料的級(jí)配與水泥用量有關(guān)。當(dāng)采用較小粒徑的骨料，或采用針片狀含量較多的骨料，其比表面積較大，生產(chǎn)混凝土?xí)r需要較多的膠凝材料來包裹粗骨料，所以，水泥用量和用水量都很大。因此，應(yīng)該合理地選用粗骨料的級(jí)配和粒徑，以減少水泥用量，從而達(dá)到控制混凝土收縮之目的。

（4）?骨料含泥量骨料的含泥量越大，對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響也越大。要保證一定的混凝土強(qiáng)度，就必須增加水泥用量，使混凝土的收縮增大。

2.3 粉煤灰（礦物摻合料）

礦物摻合料對(duì)混凝土耐久性的提高有很大幫助，但是盲目地大量使用礦物摻合料也會(huì)造成混凝土開裂。粉煤灰對(duì)混凝土裂縫的影響比較復(fù)雜，在混凝土中合理地使用粉煤灰能使其與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生兩次水化反應(yīng)，且反應(yīng)生成的膠體能填充混凝土中的孔隙和毛細(xì)孔，并能阻斷毛細(xì)孔，使混凝土更加致密，這有利于對(duì)減少混凝土收縮。但是，粉煤灰使用不當(dāng)，或因施工現(xiàn)場(chǎng)條件限制，粉煤灰對(duì)控制混凝土的裂縫也會(huì)產(chǎn)生不良影響。在混凝土中過量使用粉煤灰后，混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較慢，同時(shí)，由于混凝土早期強(qiáng)度低，也容易因施工荷載作用而產(chǎn)生早期裂縫。容易產(chǎn)生混凝土表面裂縫的原因，是由于粉煤灰相對(duì)密度比水泥小，加上混凝土在澆筑振搗時(shí)這些相對(duì)密度較小的粉煤灰容易上浮在混凝土的表面上，從而導(dǎo)致混凝土水化反應(yīng)速度和強(qiáng)度增長(zhǎng)速度變慢。另一種原因是，混凝土在干燥過程中，由于使用粉煤灰的混凝土強(qiáng)度較低，且隨著水分的蒸發(fā)，混凝土產(chǎn)生塑性收縮，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生張拉應(yīng)力，所以更容易產(chǎn)生混凝土表面裂縫。

2.4 堿骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是指混凝土原材料（包括水泥、骨料、外加劑、混合料、拌合物和水等）中的堿性物質(zhì)與活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成膨脹物質(zhì)（或吸水膨脹物質(zhì)）而引起混凝土產(chǎn)生內(nèi)部自膨脹應(yīng)力而開裂的現(xiàn)象。堿骨料反應(yīng)緩慢，往往要經(jīng)過十幾年或幾十年后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，其破壞作用一旦發(fā)生就難以阻止。堿骨料反應(yīng)發(fā)生的3個(gè)必要條件是：水泥中堿含量高、骨料中存在活性二氧化硅、水泥石中有水分存在。

2.5 外加劑

為了減少混凝土早期裂縫，在配置混凝土?xí)r，要摻?入加氣劑、減水劑、膨脹劑等。在混凝土中摻?入加氣劑，雖然可減少含水量以減少收縮，但是加氣劑本身的成分也會(huì)導(dǎo)致收縮的增加。因此，對(duì)控制混凝土裂縫的作用不是非常明顯。若在混凝土中摻?入各種減水劑，可以在保證混凝土組分不變的前提下，大幅度咸少用水量和降低水灰比，以提高混凝土的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度。

3 合理選用建筑材料，預(yù)防混凝土早期裂縫

3.1 骨料

選取骨料的時(shí)候一定要看其中是否含有泥t，從而判斷骨料的優(yōu)劣，選擇的骨料的性質(zhì)一定要是符合建筑需求的骨料，不能根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)隨意的選擇骨料來使用，要按照工程的特點(diǎn)選擇合適的材料。

3.2 水泥

選擇水泥的時(shí)候，必須重點(diǎn)檢查水泥的生產(chǎn)單位、水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)、出廠日期，必須要有合格證，按同一廠家、同一等級(jí)、同一品種的水泥批發(fā)，每批抽檢一次，或按出廠編號(hào)對(duì)必要試驗(yàn)的項(xiàng)目進(jìn)行復(fù)檢，隨到隨檢，發(fā)現(xiàn)異常，立即報(bào)告實(shí)驗(yàn)室主任及相關(guān)人員。通過稠度，初步對(duì)比水泥的需水量，定期進(jìn)行配合比試驗(yàn)，跟蹤生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑過程中混凝土的用水量及狀態(tài)的變化。注意觀察不同時(shí)期的水泥顏色，如果水泥顏色突變，則要慎重使用，避免工程事故，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水泥中的摻合料或熟料變化、調(diào)包、誤用粉煤灰等。水泥應(yīng)選擇強(qiáng)度穩(wěn)定，與外加劑相容性好，便于操作控制的大廠水泥，只有這樣才能將問題扼殺在搖籃之中。

3.3 砂、石子

對(duì)于選擇砂，關(guān)鍵就是要檢查砂的細(xì)度模數(shù)、顆粒級(jí)配、含泥量、泥塊含量、含水率、雜物等。檢查砂子可以先目測(cè)含泥量、泥塊含量等指標(biāo)，初步判斷砂的質(zhì)量好壞，然后再通過觀察，看一看抓的砂的均勻程度，顆粒的級(jí)別是否有太大的差異;再一步就是將砂子放在手中搓捏，用水來判斷一下砂子的含水量情況;第三步可以抓一把砂在放在手心，用兩手掌搓后，輕輕拍手，看手心上粘附的泥層，泥層越多，而且還是黃色的，則可以證明砂的含泥量高，泥層越少，而且是淺黃色的，則可以證明砂中含泥量少;最后，可以將砂捏一捏，在手心拋一拋，仍是團(tuán)狀，則可以判定出砂細(xì)、含泥或含水較高。

石子主要是檢查規(guī)格、顆料級(jí)配、含泥量、泥塊含量、針片狀顆料含量、雜物等。石子應(yīng)先目測(cè)含泥量、泥塊含量等指標(biāo)，目測(cè)碎石質(zhì)量好壞，主要靠看、磨這兩種比較直觀的方法。看主要是看碎石的最大粒徑以及不同粒徑的碎石顆粒分布的均勻程度，可以初步判斷出碎石級(jí)配的好壞，看針片狀顆粒分布多少，可以估計(jì)出碎石對(duì)混凝土和易性和強(qiáng)度的影響程度大小;看碎石表面附著塵粒厚薄程度，可以分析出含泥量的大小;看干凈的碎石表面晶粒分布程度，結(jié)合磨（兩粒碎石對(duì)磨）可以分析出碎石的堅(jiān)硬程度。不僅如此，還需查看石子中是否有頁巖和黃皮顆粒，如果有較多的頁巖顆粒就不能用，黃皮顆粒分兩種情況，表面有水銹而沒有泥，這種顆?？捎?，不會(huì)影響石子與砂漿間的粘結(jié)。當(dāng)顆粒表面粘有黃泥時(shí)，這種顆粒為最差的顆粒，它會(huì)較大地影響石子與砂漿的粘結(jié)，這種顆粒較多時(shí)就會(huì)降低混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3.4 摻合料

重點(diǎn)檢查摻合料的生產(chǎn)單位、摻合料的品種。對(duì)進(jìn)廠粉煤灰均應(yīng)車車檢測(cè)細(xì)度、需水量比，檢測(cè)合格方可?入罐。粉煤灰感觀質(zhì)量的判定，主要用看、捏、洗的簡(jiǎn)便方法?？磩t是看粉煤灰的顆粒形狀，若顆粒是球形，證明粉煤灰是原狀的風(fēng)道灰，反之則是磨細(xì)灰。捏就是用拇指和食指捏，感受兩指間的潤(rùn)滑程度，越潤(rùn)滑，則反映粉煤灰越細(xì)，反之則越粗（細(xì)度大）。洗就是用手抓一把粉煤灰捏后用自來水沖洗，若附著在手心的殘余物很易被沖洗干凈，則可以判斷該粉煤灰燒失量小，反之殘余物較多不易沖洗則說明粉煤灰燒失量偏高。粉煤灰的外觀顏色也能間接反映粉煤灰的質(zhì)量。顏色黑，含碳量高，需水量就越大，異常情況及時(shí)采取配合比試驗(yàn)，查看對(duì)用水量、工作性能、凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響。礦渣粉外觀顏色為白色粉末，礦渣粉顏色發(fā)灰或發(fā)黑說明礦渣粉中可能摻加了活性較低的鋼渣粉或粉煤灰。

4 小結(jié)

當(dāng)混凝土基層出現(xiàn)早期裂縫的瞬間，對(duì)防水層將產(chǎn)生無窮大的拉伸變形，沒有任何一種防水材料能夠克服混凝土基層的裂縫變化，所以為了防止混凝土早期裂縫的發(fā)生，從材料出發(fā)，應(yīng)該早做材料預(yù)防措施，對(duì)混凝土性能進(jìn)行控制，從而減少裂縫的產(chǎn)生。

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