探析建筑材料性能對混凝土早期裂縫的影響

胡又平

（廣西武宣東強混凝土攪拌有限公司，廣西 來賓 545900）

裂縫是混凝土施工中需要重點控制的質量缺陷，其基本形成機理是在某一時間點應力作用超過結構的抗拉強度，從而破壞原材料之間的緊密結合而導致裂縫的出現。而混凝土結構在施工過程中出現的裂縫被稱為早期裂縫，其特點是對結構的力學性能沒有影響，成因是內部的收縮、膨脹等應力作用，因而與材料的性能直接相關。

1 早期裂縫發生規律及其與材料性能之間的聯系

1.1 早期裂縫發生規律

在建筑混凝土施工實踐中早期裂縫在特定部位的發生概率極高，包括薄厚有明顯差別的構件銜接部位、箱梁腹板、大體積混凝土以及錨固區域等。結合對早期裂縫形成階段相關部位應力分布和變化特點的分析不難發現這些部位受到溫度、干縮以及材料膨脹應力影響最大。在混凝土固化至理想強度前，其結構抗拉、抗剪切性能處于漸變過程，源自于溫度不均勻變化、不同構件、澆筑段與層之間銜接部位的約束作用以及結構自重的應力也在持續變化并作用于養護中的混泥土結構，所以裂縫的形成受到工藝設計、施工作業以及結構設計的影響。而早期裂縫易發部位正是在固化過程中內外部溫差偏大、結構相對薄弱或者表面水分散失快的位置，所以溫度和干縮應力更容易超出結構自身強度，造成早期裂縫集中產生。

1.2 與建筑材料性能之間的聯系

混凝土原材料的選擇、配方設計決定了固化過程中構件強度、干縮和溫度應力的變化規律，所以雖然早期裂縫的形成與結構形式存在一定的關系，但原材料的選擇及配方設計才是是否出現早期裂縫的決定性因素。首先，混凝土中的水泥種類、外加劑類型以及配比等工藝參數一旦確定，在混合料澆筑成型后結構強度隨時間變化的曲線基本確定，也決定了水化熱帶來的溫升幅度與速度、水分散失而形成的干縮應力大小。所以，能否避免早期裂縫形成關鍵在于了解水泥等建筑材料的性能特點，明確混凝土配比以及原材料性能指標對混凝土收縮率、早期強度以及溫度應力的影響。

2 材料性能和混凝土內部應力的關系

2.1 水泥類型及各項性能參數

水泥通過水化反應起到固化和凝聚混凝土材料的作用，不同類型的水泥在收縮率、化學成分以及細度方面均存在明顯區別。而收縮率越大則意味著混凝土在固化過程中的收縮值越大、凝結速度更快，因而收縮應力相對較大，生成早期裂縫的風險也就越高。水泥化學成分中的氧化鈣與氧化鎂等在參與水化反應時存在反應時間滯后且生成物體積膨脹的問題[1]。因此如果含量偏高則導致混凝土結構內部受到分布不均勻的膨脹應力的作用，而此時構件已經達到一定的固化強度，所以趨于穩定的微觀結構遭到破壞，從而產生早期裂縫。此外，水泥的細度與其水化反應速度正向相關，所以細度越高則水化反應時間越短，意味著破壞其結構在固化早期承受更大的收縮應力，因而更易出現早期裂縫問題。

2.2 骨料粒徑、級配以及品質的影響

骨料是保障混凝土結構力學性能的關鍵，在混合料拌合過程中如果骨料的表面積越大則需要更多水泥才能完全填充骨料之間的孔隙，并使之固結為一體，用水量也會相應增加，意味著產生更多水化熱，從而形成更大溫度應力和收縮應力。因此，骨料的砂細度與級配需要得到合理控制才能避免出現早期裂縫。

2.3 外加劑和摻和料的影響

混凝土的配方設計需要衡量待澆筑構件的力學性能、經濟性以及施工工藝可行性等多方面的要求，因此時常需要通過使用外加劑和摻和料，力圖改善混凝土的性能并控制水泥用量、水灰比等工藝參數，使設計方案既確保澆筑后的構件順利固化至理想強度，又可以滿足泵送等工藝流程的要求。但減水劑等外加劑的使用雖然能改善混凝土的工藝性能或提升構件早期強度，卻也會帶來收縮率上升等風險。而粉煤灰等摻和料的添加有助于控制水泥用量并提升混凝土結構性能，理論上有助于抑制早期裂縫的形成[2]。但前提是精確計算和控制摻和比例，否則導致破壞其早期強度不達標，或者因粉煤灰水化反應過慢造成水分過度蒸發，形成較大的收縮應力并帶來早期裂縫。

3 早期裂縫的防控對策

3.1 優化破壞其原材料選擇

鑒于建筑材料性能與破壞其早期裂縫形成具有顯而易見的聯系，在工藝設計以及施工籌備階段首先必須對每種原材料的性能進行科學的評估和計算，重點關注水泥水化熱、骨料粒徑等參數，以便有效控制破壞其澆筑后的溫度應力、收縮值，降低早期裂縫的發生概率[3]。以能夠滿足設計、施工工藝要求以及結構承載力需要為前提，慎重選擇水泥類型和外加劑種類，原則上應盡量使用中粗粒徑的骨料。其次應按照相關技術規范進行必要的原材料性能試驗，驗證和確認每種材料的性能可以達到要求。

3.2 基于科學試驗優化配方設計

目前隨著混凝土施工以及相關材料研發的不斷進步，混凝土的原材料種類和配方設計更加多樣化，能夠降低用水量、提升混凝土結構強度以及改善混合料工藝性能的外加劑種類越來越多。雖然有助于保證混凝土施工質量，卻給混凝土配方設計帶來更高難度和更大風險。任何一種材料使用不當都有可能帶來質量問題。因此，首先應在混凝土配比設計中進行規范化的試驗，針對不同配方進行試拌和制作試件實施檢測，結合工程的結構特點與設計要求評估設計方案的合理性并進行必要的優化[4]，從而確定最佳的配比、骨料級配等工藝參數以及外加劑類型和用量，有效防控早期裂縫以及其它施工質量缺陷。

3.3 做好原材料性能檢測與品質控制

混凝土施工原材料的品質天然具有不穩定的特性，尤其是骨料的粒徑和含泥量往往難以精確的控制。因此要想有效防控早期裂縫的形成還必須在施工階段制定可行的原材料性能檢測與品質控制方案，確保每批材料的性能、規格均能達到工藝設計標準。首先對水泥的品質根據相關技術規范進行抽樣測試，重點檢驗其細度、水化熱等指標是否和設計要求相符。其次，檢驗骨料的粒徑、含泥量以及含水率等參數，確保各項數據在允許的范圍內。此外也必須對預拌混凝土的塌落度等指標進行現場檢驗，并按照規范要求制作試件用于性能評定，也作為構件養護技術方案設計的依據。

4 結語

雖然混凝土早期裂縫的形成機理并不復雜，但起到直接作用的內部應力影響因素卻十分多樣，而且相互之間存在關聯，所以控制難度較大。但與內部應力大小相關的混凝土水化熱、固化時間以及收縮和膨脹系數都取決于水泥等建筑材料的性能。因此要想降低早期裂縫的發生概率必須從優化混凝土原材料的選擇和配方設計入手，按照相關技術規范對每種原材料的各項性能指標進行分析、計算以及檢驗，確定最終的工藝參數和施工技術方案。