探究混凝土配合比和原材料對裂縫的影響

現(xiàn)代建筑施工進程中，混凝土裂縫問題是迫切需要處理的問題，在優(yōu)化工藝材料及施工技術等方面，應最大限度的降低混凝土裂縫問題出現(xiàn)的概率?；诂F(xiàn)階段多數(shù)混凝土均是帶縫施工這一實況，其或多或少對結構的使用年限以及完整性構成一定的威脅。裂縫問題無法得到徹底的根治，但是可以積極的實施防治對策，全面了解混凝土配合比和原材料對裂縫的影響關系是極為必要的。1混凝土裂縫產生的原因一是原材料質量與混凝土施工標準不相符?；炷两Y構體是由水泥、骨料、石子，以一定比例攪拌而成的，在攪拌缺乏充分性或水灰比缺乏合理性的情況下，混凝土結構體就可能出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。此外溫度大幅度波動，骨料與外加劑添加量也是其裂縫產生的誘因；二是混凝土施工條件缺乏合理性。尤其是在炎熱的夏季，混凝土澆筑質量無法得到保障；三是混凝土結構體后續(xù)養(yǎng)護工作不到位?；炷劣捕鹊貌坏接行У木S護，晝夜溫差較大加速了水泥水化速率，此時混凝土結構體塑化性能降低，加大了裂縫出現(xiàn)的概率。2原材料對混凝土裂縫的影響2.1水泥混凝土裂縫問題若是水泥導致的，產生的多數(shù)為溫度應力縫，也可能是在水泥容積擴大的情況下出現(xiàn)膨脹裂縫，但是施工單位若能正確的擇選水泥級別與品種，繼而優(yōu)化混凝土施工質量，其在降低裂縫問題出現(xiàn)率方面將會發(fā)揮巨大價值。通常情況下混凝土結構體對水泥級別沒有苛刻要求，但使用高水準的水泥，在養(yǎng)護工作不到位或者晝夜溫差較大的情況下，溫度應力隨即形成，造成混凝土開裂。在傳統(tǒng)觀念長期熏陶下，多數(shù)施工單位堅持認為水泥用量與混凝土施工質量之間存在正相關關系，其實并不然。若配制級別較低的混凝土而用了高質量水泥，并且以加大水泥用量的方式去達到提升混凝土強度的目標，這一技術措施是極為不可取的，不僅僅增加了施工成本，也會因為水泥水化熱過高，使混凝土結構體內部溫度無法及時排放出來而造成溫度裂縫。通常情況下，普通硅酸鹽水泥攪拌的混凝土3天以后強度就高達齡期的一半，7天以后混凝土內部溫度大于40℃，這種情況下開裂的風險極大，形成的裂縫極難愈合，隨著時間的推移向更深層次發(fā)展。水泥的細度對早期塑性裂縫的形成影響很大。伴隨著細度的增大，水泥水化速率加快，強度增長更加迅速，但同時也使保水性越來越好，拌合物中自由水的遷移速度越來越慢，自由水的遷移量也越來越少，導致細度越大的水泥越早出現(xiàn)塑性開裂。研究顯示，當水泥比表面積大于360㎡/kg時，塑性開裂的風險會越嚴重，因此，當選擇的水泥細度偏大時，應特別加強混凝土澆筑后的養(yǎng)護工作。2.2骨料一是細骨料。其細度模數(shù)的高低對混凝土施工質量造成很大影響，一旦細度模數(shù)值偏小時，施工人員通常采取增加膠凝料和拌合水的用量來調整工作性，但由于混凝土粘性增加，保水性提高，使內部自由水遷移困難，最后成型混凝土因為表皮缺乏水分，出現(xiàn)微小的裂痕，簡稱為龜裂；二是有害物質的危害，如黏土、淤泥等物質在骨料表皮的滯留，降低了水泥和骨料的粘結力，混凝土強度降低；另外，施工人員將量自來水添置其中，造成混凝土結構體收縮性能增強，出現(xiàn)裂縫，其耐久性也有所降低；三是粗骨料。其包括三項內容，分別是強度、活性氧化硅以及顆粒級配。通常情況下沒有外力作用于混凝土，在砂漿容積發(fā)生變化之時拉應力會破壞粗骨料和砂漿膠界面的完好性，產生一些零散的裂痕，若施工人員不能及時的對其做出處理，其將會影響混凝土結構體的整體質量。水泥中存在一定量的NaOH與KOH等堿性物質水解后與骨料內的活性氧化硅發(fā)生化學反應，最終有堿－硅酸膠凝結在骨料表層，其在吸收大量水分以后體積迅速膨脹，將水泥石崩裂，上述反應被稱之為“堿骨料反應”，危害性是極大的。在粗骨料顆粒級配沒有達到混凝土施工標準時，施工人員通常會把大批量水泥砂漿添加進去，旨在達到封實骨料間孔隙的目標，此時水泥砂漿用量就會超過限定值，水化反應應力匯聚現(xiàn)象極為顯著，最終使裂縫問題產出。2.3外加劑現(xiàn)代建筑施工進程中，外加劑添加至混凝土中的現(xiàn)象是極為常見的，并且水利水電施工規(guī)范中對外加劑種類與添加量做出確切的規(guī)定。由此可見外加劑在混凝土攪拌環(huán)節(jié)中存在的地位。對其品種與用量進行嚴格把關就顯得極為必要，例如膨脹劑使用量過大，就會使混凝土強度在短時間內大幅度增加至崩裂，其完整性遭到破壞。此外某些外加劑內堿含量超過限定值，會使粗骨料中堿集料出現(xiàn)化學反應，此時混凝土容積加大出現(xiàn)裂縫問題。摻加引氣劑，從成分方面分析有增加開裂的作用，但同時由于有助于改善工作性，可減少用水量，又有利于減少收縮開裂，兩者共同作用后對混凝土開裂的影響并不明顯；使用減水劑，可以在保持混凝土具有良好工作性的前提下降低用水量，故有助于減少收縮，但如果過量使用又會顯著加劇收縮開裂；單摻緩凝劑一般會使混凝土的收縮加劇，甚至會引發(fā)裂縫；在冬季施工時，如果使用氯化鈣作為促凝劑，將會顯著增加混凝土收縮而引起開裂，促使鋼筋銹蝕膨脹，使混凝土進一步嚴重開裂，故一般不建議使用。2.4礦物摻合料礦物摻合料作為混凝土材料組成中的第6大組分，是配制高性能混凝土時不可或缺的原材料。為提高混凝土的使用壽命，合理使用摻合料是目前一種重要的技術手段。不同的摻合料對混凝土塑性裂縫產生的影響也各不相同，在此只針對目前工程中常用的粉煤灰、礦渣、硅粉三種活性摻合料的影響關系進行闡述。粉煤灰作為最常用的活性礦物摻合料，隨著摻量的增加，會延后塑性開裂的時間，可能主要是因為粉煤灰的形態(tài)效應，導致拌合物具有良好的工作性，有利于混凝土內部水分的遷移，調節(jié)了水分蒸發(fā)速率與內部自由水遷移速率之間的關系，使得混凝土出現(xiàn)塑性開裂的時間被延遲，而且，此種效應隨著粉煤灰摻量的增加而更加明顯。可是礦粉由于細度較大，保水性更好，反而會導致塑性裂縫開裂時間提前，不利于混凝土裂縫的控制。對于硅灰，由于其比表面積更大，對自由水的吸附效應就更加顯著，會使混凝土更加容易出現(xiàn)裂縫，且出現(xiàn)的時間更早?？傮w而言，無論使用何種礦物摻合料替代水泥后，混凝土裂縫的相關指標都顯著增加，抗裂等級明顯下降。分析原因，主要是由于隨著摻合料摻量的提升，混凝土中的水化產物在不斷減少，早期抗裂能力逐漸降低，致使混凝土塑性開裂更加顯著。因此，現(xiàn)代混凝土應更加重視混凝土的早期養(yǎng)護，避免混凝土失水過快而形成塑性裂縫。3混凝土配合比對裂縫的影響3.1水泥品種與用量礦渣水泥收縮比普通水泥收縮大，粉煤灰水泥及礬土水泥收縮小，快硬水泥收縮較大，礦渣水泥及粉煤灰水泥水化熱比普通水泥低，故應根據(jù)結構物厚度選擇水泥品種。重大工程應進行水化熱及收縮試驗再進行選擇。水泥用量越大，用水量越高，表現(xiàn)為水泥漿量越大，坍落度越大，收縮越大。用量較少的中低強度等級水泥，大部分收縮完成時間約為1年。水泥用量較大，強度等級較高的混凝土約為2年，混凝土最終收縮完成時間約為20年。在對水泥建材進行選擇之時應該考慮的重點問題為最大限度降低混凝土水化熱的產出量，實現(xiàn)維護混凝土恒定溫度的目標，此時混凝土裂縫不會在溫度應力作用下形成。混凝土內部溫度之所以升高，與水泥用量和水泥品種存在密切的關聯(lián)性。為了最大限度壓縮混凝土裂縫出現(xiàn)的概率，在維護混凝土強度的基礎上，最好應用低級別水泥品種，同時壓縮單位體積混凝土的水泥用量。但是若受到施工條件的制約，務必以增設水泥量的形式與混凝土施工強度相匹配，此時摻合料替補多余水泥量，常見的有粉煤灰、礦渣、硅灰等。3.2水灰比水灰比越大，干縮越大，一般高強混凝土的水灰比較小，對后期干縮有利，但由于水泥漿量或膠凝材料較多以及高效減水劑的作用，比中低強度混凝土收縮大，而且隨著強度提高拉壓比降低。增大水灰比和單位用水量可減少混凝土的塑性初裂蒸發(fā)率和總蒸發(fā)率，有利于混凝土抵抗早期塑性收縮裂縫，反之，低水灰比是不利的。一般當水灰比降低到0.40以下時，混凝土的抗裂能力顯著降低，出現(xiàn)早期塑性開裂的風險會加大，因此，在配置混凝土時，不要追求過低的水灰比，而是要在滿足強度設計要求的情況下，選擇合適的水灰比。3.3砂率砂率值的是依照混凝土拌合物的坍落度、粘聚性以及含水性進行設定。若砂率值設置缺乏合理性，混凝土攪拌物就會出現(xiàn)離析與泌水現(xiàn)象，同時在混凝土成型振搗環(huán)節(jié)中也會出現(xiàn)離析現(xiàn)象，混凝土表皮水分含量過多，造成一定量粗骨料滯留在結構物底端這一問題出現(xiàn)，此時混凝土表皮就會出現(xiàn)干縮裂縫。此外在砂率值過大的情況下，混凝土結構中就會出現(xiàn)冗余的砂漿，此時混凝土彈性模量有所降低，結構體在承受建筑重力環(huán)節(jié)上愈顯力不從心，局部開裂現(xiàn)象由此衍生出來。3.4骨料顆粒級配骨料粒徑越粗，收縮越小。骨料顆粒級配的高低在減少水泥用量，維護拌合物和易性方面發(fā)揮巨大作業(yè)。若骨料顆粒級配處于較低層次上，那么施工人員可以借助添加膠凝材料或提高砂率的方式使混凝土拌合物和易性與施工標準相匹配，此環(huán)節(jié)就有很大幾率造成水泥使用量過大或者干縮裂縫問題出現(xiàn)的概率。3.5漿骨比混凝土漿骨比影響著拌合物的工作性能，同時偏大的漿骨比勢必影響混凝土的抗裂性能。在水灰比不變的情況下，隨著漿體體積的增加，雖然膠凝材料用量有所增大，但同時也給拌合物帶入了更多的自由水，使混凝土內部的自由水遷移總量增大，有利于延緩裂縫出現(xiàn)的時間，但混凝土的抗裂性能卻隨著漿骨比的增大而降低，尤其當漿骨比超過3∶7時，抗裂性能顯著下降。3.6外加劑用量外加劑在混凝土配制環(huán)節(jié)中的應用，在節(jié)省水泥用量、優(yōu)化混凝土強度與性能等方面均體現(xiàn)巨大優(yōu)越性。正因如此，為了做好混凝土配合比，事先規(guī)劃好外加劑用量是基礎?；谕饧觿┵|量優(yōu)劣程度與混凝土質量高低息息相關，例如會降低其使用性能，甚至使混凝土結構報廢問題出現(xiàn)等實況，科學的選擇外加劑是極為必要的。例如減水劑在應用過程中減水效率意外提升會使混凝土中自由水含量大幅度增加，此時拌合物的坍落度增大，泌水離析現(xiàn)象極易出現(xiàn)，強度質量大幅度降低，冗余的水分自行從混凝土表面滲出，使混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫。此外，冗余的水分若長期滯留在混凝土內部，待硬化