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混凝土配合比和原材料对裂缝的影响研究

摘要：混凝土裂缝一直是困扰工程施工企业和工程监管部门的重要问题，如何进行混凝土的裂缝控制几乎成了一个永恒的课题，当今混凝土的生产和应用的研究重点仍是最大限度地减少裂缝产生。所以，为防止工程事故，保障使用者的生命财产安全，了解和掌握混凝土配合比及原材料对裂缝的影响具有重要而深远的意义。
关键词：混凝土配合比；原材料；裂缝；影响
一、原材料对混凝土裂缝的影响
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作用。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的，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，随着时间的推移而向更深层次发展。
水泥的细度对早期塑性裂缝的形成影响很大。伴随着细度的变小，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，导致细度越小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小时，应特别加强混凝土浇筑后的养护工作。
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，导致混凝土强度降低；另外，施工人员将大量自来水添置其中，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；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，该反应也被称之为“碱骨料反应”，其危害性是极大的。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。
3、外加剂
现代建筑施工过程中，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重要，例如减水剂使用量过大，就会使混凝土强度在短时间内大幅度增加甚至崩裂，其完整性必遭到破坏。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继而出现裂缝问题。
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。
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，由于粉煤灰的形态效应，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。但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。
二、混凝土配合比对混凝土裂缝的影响关系
1、水泥品种及用量
混凝土的水泥选用要注重对混凝土强度发展时产生的大量水化热的预防和控制，要避免混凝土的绝热湿升现象，控制因温度应力而引发的裂缝。这就需要考虑水泥品种及其用量，为了确保混凝土的强度，要选用低等级的水泥、减少每立方米混凝土的水泥用量，应当将每立方米的水泥含量控制在450kg之内。另外，如果为了混凝土塌落度的现实需求，要增加水泥的用量，应当用水泥掺合料，如粉煤灰、硅粉等替代水泥。
2、砂率
混凝土拌合物的坍落度、黏结度、保水性是决定砂率值的重要依据和前提。如果砂率不够合理，则会引发混凝土拌合物离析和沁水现象，使混凝土的搅拌无法成形，导致混凝土表面干缩裂缝。如果砂率过大，混凝土的砂浆量过于富裕，则会降低混凝土的弹性模量，在受力不均匀的状态下引发混凝土的局部开裂现象。这样不仅浪费了大量的人力物力，而且增加了资金投入成本，影响了建筑工程造价控制。
3、骨料级配
骨料级配对于混凝土的和易性特征有直接的关系，如果骨料级配较差，要达到混凝土所需的和易性，就需要添加胶凝材料或加大砂率，这难免会导致水泥过量而引发混凝土的裂缝现象。
4、外加剂
混凝土中添加的外加剂也是混凝土配合比设计中应当考虑的内容，如果在添加减水剂的过程中减水率骤然升高，则会增大混凝土中的自由水，增加混凝土的坍落度，使混凝土拌合物出现离析和沁水现象，降低混凝土的强度。可见，外加剂在混凝土配合比中的运用非常关键，如果掺加不当，轻则降低混凝土的结构性能，重则直接导致混凝土报废。
另外，还要加强配合比的现场控制，配合比设计人员要深入施工现场，根据混凝土浇筑、操作水平及构件截面等，选择混凝土的合理坍落度。
结束语
混凝土的裂缝成因很多，有材料质量和配合比不当引起的裂缝、浇筑工艺引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、基础变形引起的裂缝、收缩引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、荷载引起的裂缝等。就混凝土裂缝成因的叠加性，如果能确保混凝土原材料质量、配合比的合理和科学性，可以从源头上避免和减少混凝土的裂缝。
Reference：
[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．

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