汪显军 雷静 路郑郑 罗跃进
中国水利水电第三工程局有限公司
摘要：混凝土产生裂缝的原因错综复杂，影响因素总体归纳有设计、地质、原材料、施工、环境几个方面，混凝土材料组成是导致裂缝出现的关键因素之一。本文就原材料对混凝土裂缝的影响进行研究和分析，提出相应对策，从而最大限度降低混凝土裂缝的产生。
关键词：原材料；混凝土；裂缝
前言
混凝土作为一种使用最为广泛的人造建筑材料，在施工过程中裂缝是混凝土最为普遍的一种质量缺陷，影响混凝土的美观、耐久，严重的还会影响受力及结构安全。因此，混凝土裂缝控制工作应以“早期预防为主，后期修复为辅”的理念进行，加强混凝土生产原材料的控制并提出相应对策，是裂缝控制最为便捷有效的方法。
1.裂缝的分类
混凝土从生产、浇筑施工到使用的整个周期内，按照裂缝的形成原因主要分为以下五类：
1）混凝土结构受荷载影响产生的裂缝。如基础沉降、过载、不均匀受力造成的受压或受拉破坏，其所承受荷载超过混凝土结构的极限值而造成裂缝。
2）混凝土自身变形产生的裂缝。如混凝土硬化过程中水分损失造成的收缩裂缝，碱骨料反应造成的膨胀裂缝。
3）混凝土受温度影响产生的裂缝。如大体积高强混凝土硬化过程中水泥水化反应致使其内外温差过大产生裂缝，混凝土结构遭受温湿度骤变所导致的裂缝。
4）混凝土原材料及配合比设计不当导致的裂缝。如水泥用量过大、水灰比过大、砂率不合理、骨料种类不佳、外加剂选用不当等都会影响混凝土质量从而导致裂缝。
5）混凝土施工养护环节造成的裂缝。如浇筑时过震漏振、混凝土离析等导致混凝土浇筑质量下降形成裂缝，混凝土养护及覆盖措施不到位导致浅表裂缝。
2.原材料的影响及对策
2.1水泥
水泥影响混凝土裂缝主要是温度应力，其次是膨胀或收缩导致。硅酸盐水泥矿物的组成主要有C3S（硅酸三钙）、C2S（硅酸二钙）C3A（铝酸三钙）、C4AF（铁铝酸四钙），C3A、C3S是产生早期水化温度和干缩的主要因素。在传统理念中，多数施工单位主观认为水泥用量与混凝土施工质量之间存在正比关系，其实并不然。若配制级别较低的混凝土而使用高质量水泥，并且以加大水泥用量的方式去达到提升混凝土强度的目标，这一技术措施是极为不可取的，不仅仅增加了施工成本，也会因为水泥水化热过高，使混凝土结构体内部温度无法及时排放出来而造成温度裂缝。通常情况下，普通硅酸盐水泥拌和的混凝土3天以后强度就高达设计龄期的一半，7天以后混凝土绝热温升值大于40℃，这种情况下开裂的风险极大，形成的裂缝极难愈合，随着时间的推移向更深层次发展。水泥的细度对早期塑性裂缝的形成影响很大，伴随着细度的增大，水泥水化速率的加快，强度增长更加迅速，自由水的迁移量也越来越少，导致细度越大的水泥越早出现塑性开裂。
从水泥角度预防混凝土温度裂缝产生的措施主要有：
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，这样既可以减小水泥的干缩量又可以抑制碱骨料反应；
3）浇筑后及时养护，防止水分损失过快；冬季加强保温，防止混凝土冻害并保证水化反应。
2.2掺合料
矿物掺合料作为改善混凝土性能不可缺少的原材料，针对目前工程中常用的粉煤灰、矿渣、硅粉三种活性掺合料的影响关系进行分析。粉煤灰作为最常用的活性矿物掺合料，随着掺量的增加，会延后塑性开裂的时间，主要是因为粉煤灰的形态效应，导致拌合物具有良好的工作性，有利于混凝土内部水分的迁移，调节了水分蒸发速率与内部自由水迁移速率之间的关系，使得混凝土出现塑性开裂的时间被延迟，而且，此种效应随着粉煤灰掺量的增加而更加明显。可是矿粉由于细度较大，保水性更好，反而会导致塑性裂缝开裂时间提前，不利于混凝土裂缝的控制。对于硅灰，由于其比表面积更大，对自由水的吸附效应就更加显著，会使混凝土更加容易出现裂缝，且出现的时间更早。分析原因，主要是由于随着掺合料掺量的提升，混凝土中的水化产物在不断减少，早期抗裂能力逐渐降低，致使混凝土塑性开裂更加显著。
从掺合料角度预防混凝土裂缝产生的措施主要有：
1）混凝土中使用的掺合料应经过试验合理选取，以满足设计要求为原则，不应一味的追求高品质、高活性、高细度的掺合料，同时应更加重视混凝土的早期养护，避免混凝土失水过快而形成塑性裂缝；
2）在当下掺合料被广泛的应用，材料供应有时出现供不应求，应在掺合料进场质量上严加把关，防止以次充好，如用煤渣磨细充当粉煤灰，或真假混合的掺合料；
3）在使用掺合料拌合混凝土时，严格控制单位用水量及过震出现料浆分离的现象，从而出现掺合料上浮于混凝土表面，形成表面低强及失水龟裂。
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2.3水
水在混凝土拌和及施工过程中起到提高材料均匀性及工作性的作用，在混凝土硬化过程中是水泥水化反应必须材料，各类规范中要求其品质达到饮用水标准即可。因此，在混凝土生产中主要控制单位用水量和水灰比，用水量过大会使混凝土离析、表面浮浆过多、干缩大、内外部气孔增多从而出现裂缝。所以，在混凝土生产中，在满足混凝土工作性能的情况下，尽量降低单位用水量。
2.4外加剂
为了提高混凝土性能、降低用水量、改善工作性等，可在混凝土中添加各类外加剂，如减水剂、引气剂、膨胀剂、早强剂、速凝剂等。但各类外加剂的品质应满足规范要求，外加剂品种、掺量应按设计要求及拌和试验后确定。
从外加剂角度预防混凝土裂缝产生的措施主要有：
1）外加剂品质必须稳定，应选取较大规模、知名度较高、应用工程较多的外加剂厂家，保证配合比试验时与混凝土生产中使用的外加剂品质一致且稳定，防止外加剂品质波动导致的混凝土质量下降；
2）外加剂掺量必须合理，如膨胀剂掺量过大会使混凝土体积在短时间内大幅度膨胀至开裂；减水剂掺量过大会使混凝土大量泌水、板结、离析，过小会使混凝土用水量增大，从而干缩加大；引气剂掺量过大会使混凝土内部及表面气孔过多；
3）控制外加剂碱含量，碱含量越高越剧碱骨料反应，使混凝土体积增大出现裂缝问题。
2.5骨料
2.5.1细骨料
细骨料的级配、细度模数、表面形状、含泥量及砂率等因素都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、膨胀裂缝和塑性裂缝均有较大影响。首先，细骨料细度模数和级配是影响混凝土施工质量的最重要因素，所选用的细骨料细度模数值偏小偏大或级配不合理时，为了保证混凝土强度和混凝土的工作性，施工中通常采取增加胶材和拌合水来调整工作性。随着胶材和拌和水的增加，混凝土保水性提高，使内部自由水迁移困难，最后成型混凝土因为表皮缺乏水分，出现微小的裂痕。其次，有害物质的危害，如黏土、淤泥等物质在骨料表皮的滞留，降低了水泥和骨料的粘结力，混凝土强度降低。再次，水泥中存在一定量的Na2O和K2O等碱性物质水解后与骨料内的活性氧化硅发生化学反应，最终有碱－硅酸胶凝结在骨料表层，其在吸收大量水分以后体积迅速膨胀，将混凝土崩裂，上述反应被称之为“碱骨料反应”，危害性极大。
从细骨料角度预防混凝土裂缝产生的措施有：
1）选择级配及细度模数合理的细骨料，用较低的砂率配置满足要求的混凝土；
2）选择非活性细骨料，使用掺和料抑止碱活性；
3）控制含泥量、石粉含量及其它技术指标，降低混凝土干缩。
2.5.2粗骨料
粗骨料的粒径、品质、活性、岩种及强度等都会对混凝土产生影响，混凝土的收缩主要是水泥水化反应后的收缩引起，混凝土中的骨料，特别是粗骨料对收缩起着约束作用，是抵抗收缩的主要成分。骨料含量越多，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。在粗骨料颗粒级配不合理时，通常会用增加水泥用量和砂率，为达工作性和填充骨料间孔隙的目的，此时水泥砂浆用量就会过大，将使水化反应应力汇聚现象极为明显，最终使裂缝问题出现。
从粗骨料角度预防混凝土裂缝产生的措施有：
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（如石灰岩），石灰岩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，碎石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，使用掺和料抑止碱碱活性。
3.结语
混凝土是一种非匀质的建筑材料，裂缝的产生是一种复杂的力学现象。从众多混凝土裂缝形成的原因中，原材料的影响最为直接，也是可人为进行控制的影响因素之一。因此从混凝土生产源头入手进行混凝土裂缝控制将会使措施更加简便、效果更加理想。
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论文作者:汪显军,雷静,路郑郑,罗跃进
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/26
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 骨料论文; 水泥论文; 水化论文; 原材料论文; 塑性论文; 《防护工程》2018年第10期论文;