原材料对混凝土裂缝的影响及控制

1原材料对混凝土裂缝的影响及控制摘要：混凝土裂缝产生的原因很多，本文通过对裂缝成因的分析，重点从混凝土德组成材料入手，探讨和阐述了混凝土材料对其裂缝的影响，并主要从选材角度提出了控制混凝土裂缝的对策。关键词：混凝土裂缝；材料组合；水泥；控制措施；1概述混凝土裂缝是建筑工程中颇受关注的质量通病，裂缝的存在使混凝土抵抗外界物质侵蚀的能力降低，耐久性和寿命大大下降。混凝土裂缝的成因混凝土裂缝从其起因看主要分为以下几种：一是由混凝土收缩变形引起的约束裂缝。收缩变形主要有干缩变形和温度变形，混凝土随着温度、湿度的变化要伴生胀缩变形，而收缩变形受到约束作用时就会产生拉应力和拉应变，当拉应力或拉应变超过混凝土极限抗拉强度时即产生裂缝。二是由混凝土结构在荷载作用下引起的荷载裂缝。混凝土抗拉能力较弱，在外荷载作用下，当抗拉区的拉伸应力超过其抗拉极限时就会产生裂缝。混凝土抗拉伸变形能力是制约混凝土裂缝的重要因素之一，所以提高混凝土抗拉强度是防止这类裂缝的关键。试验研究表明，在混凝土抗拉强度与抗压强度之间存在着相关性，因此水泥、骨料、水灰比等也会对混凝土的抗裂性产生影响。三是由混凝土碱骨料反应引起的膨胀裂缝。主要是由混凝土孔溶液中所含的碱（Na2O和K2O）与骨料中的活性成分（微晶质或非晶质SiO2等），在潮湿条件下逐渐发生化学反应即碱硅酸反应（Alkali-SilicaReaction，简称ASR），反应生成物体积膨胀导致混凝土开裂。这种反应破坏的特征是混凝土表面出现无序的网状裂缝，骨料周边有一白色反应环，裂缝及裂缝中有白色凝胶失水粉化。四是混凝土的塑态裂缝。塑态裂缝主要是因混凝土的流动不足或流动性过大，硬化前没有振实或沉实不足或不均而发生的裂缝。这种裂缝是在混凝土浇筑后1~3小时，尚处于塑性阶段，水分大量蒸发沿着构件中钢筋的位置发生激烈收缩或混凝土骨料发生不均匀沉降，裂缝深度通常达到钢筋面。塑态裂缝主要与混凝土的流动性和沉缩量有关。2混凝土材料对裂缝的影响及其控制措施2.1水泥的影响及控制措施水泥的品质影响到水泥凝胶的组分、结构和数量，影响到水化热和碱含量，所以也影响到水泥石毛细孔、凝胶孔的形状、尺寸和数量，影响到混凝土温差、极限抗拉强度和碱骨料反应，进而影响到混凝土裂缝的形成和发展。2.1.1水泥对约束裂缝的影响硅酸盐水泥矿物的组成主要有C3S（硅酸三钙）、C2S（铝酸三钙）、C4AF（铁铝酸四钙），各种孰料矿物单独与水作用时的表现特征C3S的水化热虽然比C3A小得多，但含量占孰料总含量的一半，其3天时的水化热是C2S的5倍，故影响很大。C3A的收缩率是C2S的3倍，是C4AF的5倍，因此C3A和C3S是产生早期温度收缩和干缩的主要因素。2.1.2水泥对膨胀裂缝的影响混凝土中整体水化物的Ca/Si比也是影响碱骨反应的重要因素之一，因为低Ca/Si比的水化凝胶C-S-H具有强烈的吸附能力可以将混凝土中游离态碱金属“固化”，从而使其失去参与碱骨料反应的能力。3控制措施从选用水泥角度来说，预防混凝土温度裂缝产生的措施主要是：①选用水化热较低的水泥以及尽量降低单位水泥用量，如选用含硅酸三钙、铝酸三钙、游离态氧化钙、氧化镁和三氧化硫尽可能减少，含硅酸二钙、铁铝酸四钙较高的水泥孰料。因为前者水化速度快，水化热大，对混凝土抗裂极为不利，后者则相反。②选用较低C3A/C4AF比和较低Na2O和K2O含量的水泥，遮阳既可以减小水泥石的干缩量又可以抑制碱骨料反应。2骨料对混凝土裂缝的影响及控制措施3.1粗骨料对混凝土裂缝的影响粗骨料的粒径、品质、活性、岩种及灰集比等都会对混凝土产生影响。这是因为：①混凝土的收缩是由水泥石收缩引起的，混凝土中的骨料，特别是粗骨料对水泥石的收缩起着约束作用，是抵抗收缩的主要成分。骨料含量越多（即灰集比越小），混凝土的收缩越小，反之越大；骨料粒径越小，则变形阻力越小，抵抗混凝土收缩的能力减弱，收缩阻力变小，导致混凝土收缩增大；骨料粒径大，对水泥石收缩的阻力和约束就大，则使混凝土收缩变小；骨料含泥量较大时，也能使混凝土的干缩性增大。②粗骨料的岩石种类对混凝土弹性模量较高，干缩性较低；粗骨料的热膨胀系数、导温系数对混凝土的温度变形和抗裂能力影响极大，混凝土线胀系数越小，温度变形越小，产生的温度应力越小，抗裂能力越高；③当骨料中含有活性氧化硅时，易发生碱骨料反应而引发膨胀裂缝。3.2细骨料对混凝土裂缝的影响细骨料的品质、活性及岩种对混凝土裂缝的影响与粗骨料相识，但细骨料的级配、细度模数、表面性状、含泥量及砂率等因素会对混凝土拌合物的工作性能产生较大影响，可直接或间接影响混凝土的收缩，对混凝土的约束裂缝、膨胀裂缝和塑态裂缝有较大影响。3.3控制措施①在保证混凝土强度、耐久性、工作性能的前提下，应尽量选用粒径较大，级配良好，含泥量少的粗骨料；②在选择骨料时应考虑热膨胀系数和吸水率，优先选择热膨胀系数和吸水率较小岩种（如石灰石），石灰岩碎骨料可使混凝土温度变形系数减小，有利于提高混凝土抗裂性；③碎石与卵石相比，可使得混凝土温度变形系数减小，有利于提高抗裂性；④应选用不含或少含活性氧化硅的骨料，避免发生碱-骨料膨胀反应。它与采用细砂比较，每立方米混凝土可减少用水量20~25kg，水灰比不变，水泥相应减少28~35kg，从而可降低混凝土的干缩，对混凝土抗裂有利。3.4水对裂缝的影响与控制措施水在混凝土从拌合到凝结硬化的全过程都起着至关重要的作用。单位用水量和水灰比是混凝土的两个非常重要的指标，对混凝土的性能有着重大影响，这里主要探讨对混凝土裂缝的影响。3.5外加剂对混凝土裂缝的影响减水剂作用：①减少单位用水量，掺普通减水剂后在保持混凝土坍落度相同的情况下，单位用水量可减少5-10%，掺高效减少剂后单位用水量可减少10-20%，从而大大减少混凝土的干缩裂缝；②降低混凝土水灰比，在相同混凝土坍落度条件下，引骨料用量增加使混凝土弹性模量略有增加，从而增强混凝土抵抗收缩能力；③缓凝减水剂可延缓水化热释放速度，降低了水化热，推迟峰值出现，从而减小温度应力，提高了混凝土抗裂能力。膨胀剂的作用：是一种能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。掺入膨胀剂的目的是补偿混凝土自身收缩、干缩和温度变形，防止混凝土开裂，并提高它的密实性和防水性能。但在使用中要注意严格按照规定掺量掺加，因为掺量过低起不到补偿收缩作用，掺量过高则会破会混凝土结构。4结束语混凝土是各向异性非均质复合多孔材料，裂缝的产生是一种复杂的力学现象，对混凝土裂缝的控制也是一个复杂的系统工程，包含选料、配比、施工、养护和环境等诸多因素。从选料的角度出发，提出了对裂缝的控制措施，将有助于人们从源头开始对混凝土裂缝进行控制，起到事半功倍的效果。参考文献：[1]I.Sorka.Portlandcement&Concrete[M],1979.[2]何廷树。混凝土外加剂[M]。西安：陕西科学技术出版社，2003.4[3]ControlofCrackinginStructures[J],ACI224R-80.