探究混凝土配合比和原材料对裂缝的影响(论文)

现代建筑施工进程中，混凝土裂缝问题是迫切需要处理的问题，在优化工艺材料及施工技术等方面，应最大限度的降低混凝土裂缝问题出现的概率。基于现阶段多数混凝土均是带缝施工这一实况，其或多或少对结构的使用年限以及完整性构成一定的威胁［1］。裂缝问题无法得到彻底的根治，但是可以积极的实施防治对策，全面了解混凝土配合比和原材料对裂缝的影响关系是极为必要的。

1混凝土裂缝产生的原因

一是原材料质量与混凝土施工标准不相符。混凝土结构体是由水泥、骨料、石子，以一定比例搅拌而成的，在搅拌缺乏充分性或水灰比缺乏合理性的情况下，混凝土结构体就可能出现裂缝现象。此外温度大幅度波动，骨料与外加剂添加量也是其裂缝产生的诱因；二是混凝土施工条件缺乏合理性。尤其是在炎热的夏季，混凝土浇筑质量无法得到保障；三是混凝土结构体后续养护工作不到位。混凝土硬度得不到有效的维护，昼夜温差较大加速了水泥水化速率，此时混凝土结构体塑化性能降低，加大了裂缝出现的概率。

2原材料对混凝土裂缝的影响

2.1水泥

混凝土裂缝问题若是水泥导致的，产生的多数为温度应力缝，也可能是在水泥容积扩大的情况下出现膨胀裂缝，但是施工单位若能正确的择选水泥级别与品种，继而优化混凝土施工质量，其在降低裂缝问题出现率方面将会发挥巨大价值。通常情况下混凝土结构体对水泥级别没有苛刻要求，但使用高水准的水泥，在养护工作不到位或者昼夜温差较大的情况下，温度应力随即形成，造成混凝土开裂。

在传统观念长期熏陶下，多数施工单位坚持认为水泥用量与混凝土施工质量之间存在正相关关系，其实并不然。若配制级别较低的混凝土而用了高质量水泥，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，普通硅酸盐水泥搅拌的混凝土3天以后强度就高达龄期的一半，7天以后混凝土内部温度大于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，水泥水化速率加快，强度增长更加迅速，但同时也使保水性越来越好，拌合物中自由水的迁移速度越来越慢，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。研究显示，当水泥比表面积大于360㎡/kg时，塑性开裂的风险会越严重，因此，当选择的水泥细度偏大时，应特别加强混凝土浇筑后的养护工作。

2.2骨料

一是细骨料。其细度模数的高低对混凝土施工质量造成很大影响，一旦细度模数值偏小时，施工人员通常采取增加胶凝料和拌合水的用量来调整工作性，但由于混凝土粘性增加，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，简称为龟裂；二是有害物质的危害，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；另外，施工人员将量自来水添置其中，造成混凝土结构体收缩性能增强，出现裂缝，其耐久性也有所降低［2］；三是粗骨料。其包括三项内容，分别是强度、活性氧化硅以及颗粒级配。通常情况下没有外力作用于混凝土，在砂浆容积发生变化之时拉应力会破坏粗骨料和砂浆胶界面的完好性，产生一些零散的裂痕，若施工人员不能及时的对其做出处理，其将会影响混凝土结构体的整体质量。水泥中存在一定量的NaOH与KOH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，将水泥石崩裂，上述反应被称之为“碱骨料反应”，危害性是极大的。在粗骨料颗粒级配没有达到混凝土施工标准时，施工人员通常会把大批量水泥砂浆添加进去，旨在达到封实骨料间孔隙的目标，此时水泥砂浆用量就会超过限定值，水化反应应力汇聚现象极为显著，最终使裂缝问题产出。

2.3外加剂

现代建筑施工进程中，外加剂添加至混凝土中的现象是极为常见的，并且水利水电施工规范中对外加剂种类与添加量做出确切的规定。由此可见外加剂在混凝土搅拌环节中存在的地位。对其品种与用量进行严格把关就显得极为必要，例如膨胀剂使用量过大，就会使混凝土强度在短时间内大幅度增加至崩裂，其完整性遭到破坏。此外某些外加剂内碱含量超过限定值，会使粗骨料中碱集料出现化学反应，此时混凝土容积加大出现裂缝问题。

掺加引气剂，从成分方面分析有增加开裂的作用，但同时由于有助于改善工作性，可减少用水量，又有利于减少收缩开裂，两者共同作用后对混凝土开裂的影响并不明显；使用减水剂，可以在保持混凝土具有良好工作性的前提下降低用水量，故有助于减少收缩，但如果过量使用又会显著加剧收缩开裂；单掺缓凝剂一般会使混凝土的收缩加剧，甚至会引发裂缝；在冬季施工时，如果使用氯化钙作为促凝剂，将会显著增加混凝土收缩而引起开裂，促使钢筋锈蚀膨胀，使混凝土进一步严重开裂，故一般不建议使用。

2.4矿物掺合料

矿物掺合料作为混凝土材料组成中的第6大组分，是配制高性能混凝土时不可或缺的原材料。为提高混凝土的使用寿命，合理使用掺合料是目前一种重要的技术手段。不同的掺合料对混凝土塑性裂缝产生的影响也各不相同，在此只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阐述。

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，可能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。

总体而言，无论使用何种矿物掺合料替代水泥后，混凝土裂缝的相关指标都显著增加，抗裂等级明显下降。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。因此，现代混凝土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。

3混凝土配合比对裂缝的影响

3.1水泥品种与用量

矿渣水泥收缩比普通水泥收缩大，粉煤灰水泥及矾土水泥收缩小，快硬水泥收缩较大，矿渣水泥及粉煤灰水泥水化热比普通水泥低，故应根据结构物厚度选择水泥品种。重大工程应进行水化热及收缩试验再进行选择。水泥用量越大，用水量越高，表现为水泥浆量越大，坍落度越大，收缩越大。

用量较少的中低强度等级水泥，大部分收缩完成时间约为1年。水泥用量较大，强度等级较高的混凝土约为2年，混凝土最终收缩完成时间约为20年。

在对水泥建材进行选择之时应该考虑的重点问题为最大限度降低混凝土水化热的产出量，实现维护混凝土恒定温度的目标，此时混凝土裂缝不会在温度应力作用下形成。混凝土内部温度之所以升高，与水泥用量和水泥品种存在密切的关联性。为了最大限度压缩混凝土裂缝出现的概率，在维护混凝土强度的基础上，最好应用低级别水泥品种，同时压缩单位体积混凝土的水泥用量。但是若受到施工条件的制约，务必以增设水泥量的形式与混凝土施工强度相匹配，此时掺合料替补多余水泥量，常见的有粉煤灰、矿渣、硅灰等。

3.2水灰比

水灰比越大，干缩越大，一般高强混凝土的水灰比较小，对后期干缩有利，但由于水泥浆量或胶凝材料较多以及高效减水剂的作用，比中低强度混凝土收缩大，而且随着强度提高拉压比降低。增大水灰比和单位用水量可减少混凝土的塑性初裂蒸发率和总蒸发率，有利于混凝土抵抗早期塑性收缩裂缝，反之，低水灰比是不利的。一般当水灰比降低到0.40以下时，混凝土的抗裂能力显著降低，出现早期塑性开裂的风险会加大，因此，在配置混凝土时，不要追求过低的水灰比，而是要在满足强度设计要求的情况下，选择合适的水灰比。

3.3砂率

砂率值的是依照混凝土拌合物的坍落度、粘聚性以及含水性进行设定。若砂率值设置缺乏合理性，混凝土搅拌物就会出现离析与泌水现象，同时在混凝土成型振捣环节中也会出现离析现象，混凝土表皮水分含量过多，造成一定量粗骨料滞留在结构物底端这一问题出现，此时混凝土表皮就会出现干缩裂缝［3］。此外在砂率值过大的情况下，混凝土结构中就会出现冗余的砂浆，此时混凝土弹性模量有所降低，结构体在承受建筑重力环节上愈显力不从心，局部开裂现象由此衍生出来。

3.4骨料颗粒级配

骨料粒径越粗，收缩越小。骨料颗粒级配的高低在减少水泥用量，维护拌合物和易性方面发挥巨大作业。若骨料颗粒级配处于较低层次上，那么施工人员可以借助添加胶凝材料或提高砂率的方式使混凝土拌合物和易性与施工标准相匹配，此环节就有很大几率造成水泥使用量过大或者干缩裂缝问题出现的概率。

3.5浆骨比

混凝土浆骨比影响着拌合物的工作性能，同时偏大的浆骨比势必影响混凝土的抗裂性能。在水灰比不变的情况下，随着浆体体积的增加，虽然胶凝材料用量有所增大，但同时也给拌合物带入了更多的自由水，使混凝土内部的自由水迁移总量增大，有利于延缓裂缝出现的时间，但混凝土的抗裂性能却随着浆骨比的增大而降低，尤其当浆骨比超过3∶7时，抗裂性能显著下降。

3.6外加剂用量

外加剂在混凝土配制环节中的应用，在节省水泥用量、优化混凝土强度与性能等方面均体现巨大优越性［4］。正因如此，为了做好混凝土配合比，事先规划好外加剂用量是基础。基于外加剂质量优劣程度与混凝土质量高低息息相关，例如会降低其使用性能，甚至使混凝土结构报废问题出现等实况，科学的选择外加剂是极为必要的。例如减水剂在应用过程中减水效率意外提升会使混凝土中自由水含量大幅度增加，此时拌合物的坍落度增大，泌水离析现象极易出现，强度质量大幅度降低，冗余的水分自行从混凝土表面渗出，使混凝土表面出现干缩裂缝。此外，冗余的水分若长期滞留在混凝土内部，待硬化后会形成大量缝隙，若此时施工温度过低，缝隙内水就会凝结成冰，结构体容积变大出现膨胀现象。

4结束语

其实造成混凝土出现裂缝现象的原因是多样化的，除了原材料质量以及配合比以外，还与环境气候条件、设计、浇筑工艺水平等影响因素密切相关。施工人员应该在实践中不断总结经验，对原材料采购、运输、管理以及应用环节进行严格把关，对配合比参数进行科学设定，合理选择外加剂与掺合料，同时创造优质化施工条件，最大限度的降低混凝土裂缝问题出现的概率。

参考文献

［1］蒋娟梅.原材料对马渡河电站大坝混凝土配合比的影响及分析［J］.陕西水利，2014(02).

［2］黄亿玲.赶水大桥箱梁悬臂浇筑施工期裂缝控制技术研究［D］.重庆交通大学，2015.

［3］沈雅雯.高效减水剂对预拌混凝土早期收缩变形的影响研究［D］.厦门大学，2014.

［4］侯红红.预拌混凝土早期裂缝的分级抗裂研究［D］.兰州理工大学，2016.

注：文章转自砼话，旨在传播行业信息，版权归原作者所有。

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