建筑材料性能對混凝土早期裂縫的影響

尚霞（天津市交通科學(xué)研究院路馳監(jiān)理公司，天津300000）

混凝土早期裂縫管控不好會對建筑造成不可估計(jì)的損害，早期裂縫也是影響建筑物質(zhì)量的重要因素。造成混凝土早期裂縫的主要原因是建設(shè)過程中某個時刻所受作用力大于混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土和材料之間的緊密結(jié)合被破壞，從而產(chǎn)生裂縫?；炷猎缙诹芽p是建設(shè)過程中比較常見的現(xiàn)象，建筑材料的性能是混凝土早期裂縫的直接影響因素，應(yīng)對建筑材料性能進(jìn)行具體研究，根據(jù)不同的應(yīng)用場景使用合適的建筑材料，達(dá)到控制和預(yù)防混凝土早期裂縫的目的。

1 混凝土早期裂縫頻發(fā)的原因

混凝土早期裂縫常常出現(xiàn)在建筑各部分的連接處，如箱型梁腹板上下就是混凝土早期裂縫頻發(fā)地帶，頂板和底板之間的溫度相差較大是該地帶出現(xiàn)混凝土早期裂縫的主要原因。如果箱型梁的底板過薄，則上部會產(chǎn)生混凝土早期裂縫，反之下部會產(chǎn)生混凝土早期裂縫。薄構(gòu)件和混凝土面積過大等部位也是混凝土早期裂縫常出現(xiàn)的地方，同樣，溫度是薄構(gòu)件處出現(xiàn)混凝土早期裂縫的主要原因，受熱脹冷縮的影響，低溫條件時混凝土內(nèi)部收縮受到拉力作用在薄構(gòu)件和厚構(gòu)件之間的連接處產(chǎn)生裂縫。錨固區(qū)因?yàn)樾吕匣炷吝B接處拉力承受能力不同導(dǎo)致出現(xiàn)混凝土早期裂縫。內(nèi)部受力不平衡和后期養(yǎng)護(hù)未達(dá)到條件和要求是混凝土產(chǎn)生大面積早期裂縫的主要原因。

2 建筑材料性能對混凝土早期裂縫影響的研究

2.1 水泥性能

根據(jù)有關(guān)調(diào)查表明，水泥強(qiáng)度和骨料表面黏結(jié)強(qiáng)度共同作用決定混凝土的強(qiáng)度，水泥的收縮性能決定混凝土的收縮性能，所以水泥的性能對混凝土早期裂縫有一定影響。未經(jīng)水化的水泥顆粒和水泥的水化產(chǎn)物是水泥的主要成分，因?yàn)榉肿娱g作用力的存在，水泥內(nèi)部分子間存在間隔，正是這種特性影響水泥的強(qiáng)度，當(dāng)水泥顆粒的半徑越小時，可以加快水泥的水化速度和凝結(jié)速度，水泥就能在短時間完成水化，這樣可以更快更早地完成混凝土凝結(jié)過程，提高混凝土早期強(qiáng)度，有效減少混凝土早期裂縫。對水泥細(xì)度的研究，當(dāng)水泥顆粒直徑超過75μm時，就會降低水泥的水化速率，對水泥的收縮情況有一定的約束作用。實(shí)驗(yàn)室地混凝土各方面的研究越來越深入，混凝土強(qiáng)度得到很大提升，工程中水泥使用的場景不斷增多增加，自然而然混凝土在建筑中占比增加，導(dǎo)致混凝土熱脹性增加，所以混凝土溫度降低后的冷縮性變大。不同的水泥品牌之間水泥性能各不相同，若水泥中所含C3A較高，其他條件不變時，混凝土的收縮率增加，抗裂性降低。若水泥中C3S含量較高，保持其他條件不變，混凝土收縮率降低，抗裂性增加。由于水泥品牌不同，各項(xiàng)物質(zhì)的含量不一致，如果施工建設(shè)中混合使用不同品牌的水泥，不僅會造成混凝土早期裂縫原因分析難度增加，而且混凝土早期裂縫產(chǎn)生的概率也會大幅增加，因此，在整個建筑工程中使用同一型號的水泥是保障建筑質(zhì)量的必然要求。

2.2 骨料性能

骨料是混凝土的重要組成部分，骨料中的各項(xiàng)參數(shù)都需要詳細(xì)研究。

2.2.1 砂率對混凝土的影響

粗骨料能在一定程度上抵抗混凝土的收縮性，采用控制變量的方法進(jìn)行比較，當(dāng)其他材料不變時，骨料中的砂率與混凝土的干燥收縮性是正相關(guān)的關(guān)系。

2.2.2 砂細(xì)度對于混凝土的影響

若骨料砂細(xì)度數(shù)值較大，那么混凝土比表面積較大，對于整個建筑工程而言需要更多的水泥材料，在工程建設(shè)增加水泥用量的過程中，會導(dǎo)致混凝土收縮性增大，從而造成混凝土早期裂縫產(chǎn)生概率增加，骨料中砂細(xì)度與混凝土的收縮性關(guān)系為正相關(guān)，因此，在工程建設(shè)過程中需要在混凝土砂細(xì)度項(xiàng)目中合理使用粗砂，盡可能防止混凝土早期裂縫的產(chǎn)生，增加整個建筑工程的工程質(zhì)量和使用年限。

2.2.3 粗骨料對混凝土的影響

粗骨料顆粒直徑與混凝土收縮性為負(fù)相關(guān)，工程建設(shè)中骨料粒徑減小,間接增加比表面積，此時混凝土收縮性變大，因此在工程建設(shè)中要根據(jù)實(shí)際情況合理配置骨料，對骨料粒徑合理篩選，達(dá)到降低水泥用量目的，這樣不僅可以控制混凝土收縮性，而且還能降低整個工程的原材料成本。

骨料表面的粗糙程度對骨料與水泥的黏結(jié)能力有一定的影響，骨料表面越粗糙，和水泥的連接能力就越大，例如，配置混凝土?xí)r，控制原材料和混凝土坍落度不變，表面光滑的石子和表面粗糙的石子對混凝土的黏結(jié)能力有不同的影響，用表面粗糙的石子配置的混凝土強(qiáng)度更高。

2.2.4 骨灰比

混凝土中骨料質(zhì)量和水泥質(zhì)量之間的比值，控制水灰比和坍塌度不變，骨灰比數(shù)值增加，混凝土強(qiáng)度得到提升，但也有一定的合理區(qū)間，在實(shí)際操作過程中，對骨料的顆粒直徑和級配有明確規(guī)定，規(guī)定商品混凝土砂率大于40%，普通混凝土砂率略低于商品混凝土，商品混凝土石子顆粒直徑處于5mm~20mm，普通混凝土石子顆粒直徑略大于商品混凝土石子顆粒直徑，一定程度上導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)之間連接能力降低，混凝土早期裂縫出現(xiàn)概率增大。

2.3 粉煤灰性能

在眾多的建筑材料中，粉煤灰直接影響混凝土早期裂縫，因?yàn)榉勖夯铱梢韵乃嘀械臍溲趸}，發(fā)生水化反應(yīng)，粉煤灰在這個反應(yīng)中屬于反應(yīng)物，反應(yīng)物增加能加快反應(yīng)過程，生成更多生成物——膠體，生成物既可以占據(jù)混凝土當(dāng)中的縫隙，也可以占據(jù)小的氣孔，達(dá)到增加混凝土密實(shí)度的目的。如果未在施工過程中適當(dāng)使用粉煤灰，會導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度較弱，當(dāng)施工過程中保護(hù)不當(dāng)或者施工強(qiáng)度過大時，往往產(chǎn)生混凝土早期裂縫。受重力作用影響，密度較小的粉煤灰會在振搗工作操作時，被密度大的混凝土擠壓，逐漸向上移動，最終在混凝土表面形成一層致密的粉煤灰，對混凝土內(nèi)部的水化反應(yīng)造成影響。

2.4 礦物摻合料性能

礦物摻合料作為混凝土的主要組成部分，是一種能提高混凝土使用耐久性的建筑材料，倘若工程建設(shè)過程中，礦物摻合料使用量超出合理范圍區(qū)間，則會造成混凝土早期裂縫出現(xiàn)概率增加，因此在實(shí)際施工過程中要根據(jù)工程需要嚴(yán)格控制礦物摻合料用量。

3 對混凝土早期裂縫的控制

要減少混凝土早期裂縫就必須對每一個影響因素嚴(yán)格控制，將每一個因素根據(jù)實(shí)際情況控制在合理區(qū)間才能保證整個建筑中混凝土早期裂縫最小化，保證工程質(zhì)量最優(yōu)化。

3.1 選擇合適的原材料

選擇原材料的目的就是要選擇實(shí)際使用時收縮性小的原材料，并且具有一定的使用耐久性，那么水泥的細(xì)度和用量就是必須考慮的因素，合理控制原材料性能，改變原材料或者改變不同原材料之間的配比，各項(xiàng)原材料相互作用，最終提升建筑工程整體質(zhì)量水平。首先，嚴(yán)格控制砂的細(xì)度，通常情況下控制在2.8mm~3.0mm范圍內(nèi)，選擇的砂中泥的含量要小于2%。選擇的石子中含泥量要求1%，使用級配良好的碎石。

3.2 選擇合適的外加劑

選擇合適的外加劑是保證混凝土質(zhì)量的輔助手段，外加劑的用量需要根據(jù)有關(guān)規(guī)定適量添加，根據(jù)每種外加劑包裝說明中的使用方法嚴(yán)格按照步驟執(zhí)行，使用外加劑時，注意使用二次添加法，首次在攪拌之前把七成的外加劑加入其中，其次三成的外加劑在施工過程中使用，這樣的外加劑使用方法既可以降低坍落度帶來的損失，也能減小實(shí)際施工過程中的水灰比。對于粉煤灰的使用：根據(jù)有關(guān)研究表明，在實(shí)際使用過程中加入合適的粉煤灰用量，能夠降低因?yàn)榛炷潦湛s性帶來的混凝土早期裂縫，使混凝土性能得到提升。任何一種外加劑的添加量都要嚴(yán)格把控，只有每一種外加劑都控制在合理范圍內(nèi)才能保證混凝土整體性能維持在可靠區(qū)間，此外，適量使用微膨脹劑可以在一定程度上降低混凝土早期裂縫，以便針對施工過程中具體情況對混凝土的收縮性進(jìn)行控制。

3.3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)配方優(yōu)化

因?yàn)榛炷猎诮ㄖ袠I(yè)表現(xiàn)出無可替代的優(yōu)越性，混凝土的使用場景越來越多樣化和復(fù)雜化，對配方需要反復(fù)實(shí)踐，并要加強(qiáng)對建筑材料的開發(fā)，在實(shí)際施工場地深入調(diào)查，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前建筑行業(yè)的一些缺陷和亟待解決的問題，將這些數(shù)據(jù)帶回實(shí)驗(yàn)室，由相關(guān)人員聯(lián)合團(tuán)隊(duì)共同探討完成配比優(yōu)化，并將實(shí)驗(yàn)室得出的配方在建筑工地小范圍試點(diǎn)，若合理，在全國范圍內(nèi)進(jìn)行推廣，讓新型建筑材料惠及大眾。

3.4 加強(qiáng)現(xiàn)場檢驗(yàn)

現(xiàn)場檢驗(yàn)是保障建筑原材料的有效監(jiān)管手段，在混凝土應(yīng)用過程中，必須加強(qiáng)對混凝土泵送速度和模具中單次泵入量的監(jiān)管，對澆筑完成的混凝土要排出其中的水分和間隙，并且可以提升混凝土中鋼筋的黏結(jié)能力來達(dá)到減少混凝土早期裂縫的目的，所以，對混凝土進(jìn)行二次振搗非常重要，現(xiàn)場檢驗(yàn)既要對原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，也要對施工流程和施工項(xiàng)目加強(qiáng)檢驗(yàn)。

4 結(jié)語

總而言之，影響混凝土早期裂縫的因素眾多，混凝土內(nèi)部應(yīng)力影響因素十分復(fù)雜，各個因素相互影響，相互作用，所以要深入研究建筑材料，如水泥、骨料、粉煤灰、礦物摻合料對混凝土早期裂縫的影響，通過對建筑材料的選擇和配比來合理控制混凝土水化熱、收縮性能、固化時間、膨脹系數(shù)等，最大程度減小混凝土早期裂縫產(chǎn)生概率，保證整體工程質(zhì)量。