建筑材料性能對(duì)混凝土早期裂縫的影響

光鑒淼

摘 要：對(duì)混凝土早期裂縫展開(kāi)了詳細(xì)的分析，闡述在當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)混凝土施工中早期裂縫的易發(fā)部位，通過(guò)理論分析的方式進(jìn)行早期裂縫發(fā)生規(guī)律與材料性能之間關(guān)系的詳細(xì)研究，分析水泥、骨料、粉煤灰等各類材料性能對(duì)混凝土早期裂縫造成的直接影響，提出了控制混凝土早期裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的有效措施，以期起到借鑒意義，提高混凝土施工水平。

關(guān)鍵詞：混凝土；建筑材料性能；早期裂縫；影響

中圖分類號(hào)：TU755? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）04-0016-03

1 混凝土早期裂縫易發(fā)部位

建筑工程的混凝土施工中，早期裂縫的出現(xiàn)頻次較高，總結(jié)早期裂縫的發(fā)生機(jī)理、出現(xiàn)部位發(fā)現(xiàn)，一般在箱型梁腹板、薄構(gòu)件與厚構(gòu)件連接處、錨固區(qū)與受力筋拼接縫等特殊位置。

箱型梁腹板施工作業(yè)中，如頂板與底板的溫差超出了正常標(biāo)準(zhǔn)，該位置將伴隨著或大或小的開(kāi)裂現(xiàn)象。底板厚度較小時(shí)，腹板上部出現(xiàn)開(kāi)裂的幾率較高。底板的厚度較大時(shí)，在腹板下部位置易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。厚腹板無(wú)法抵御來(lái)自底板的溫度變形作用，為此裂縫很難避免[1]。

另外，在薄厚構(gòu)件交接處，薄構(gòu)件的溫度變化異常迅速，有更強(qiáng)的收縮特性，在拉力作用下易產(chǎn)生裂縫。

新舊混凝土交接時(shí)，錨固區(qū)可承受的拉力非常小，一旦承受的拉力超出了自身的限值，將形成裂縫。受力筋拼接縫部位承受的作用力較為復(fù)雜，包含應(yīng)力作用、溫度影響，易誘發(fā)局部變形與裂縫。

2 早期裂縫發(fā)生規(guī)律與材料性能之間的關(guān)系

2.1 各種因素疊加造成早期裂縫

混凝土作為建筑施工中的重點(diǎn)部分，早期裂縫雖為一種較為常見(jiàn)的施工質(zhì)量問(wèn)題，但其發(fā)生位置具有一定的特殊性，一般在混凝土厚度有明顯差異的結(jié)構(gòu)位置或者連接部位等較為常見(jiàn)。依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)混凝土早期裂縫的部位主要受到了溫度、材料收縮膨脹應(yīng)力的影響，而產(chǎn)生了一定的裂縫，混凝土早期裂縫如圖1所示。當(dāng)混凝土作業(yè)結(jié)束并固化后，構(gòu)件抗剪切性能在溫度、材料影響下處于持續(xù)波動(dòng)中，且在澆筑時(shí)澆筑斷層連接部位的約束作用、結(jié)構(gòu)自身重力也持續(xù)變化，因此，混凝土早期裂縫為多種因素作用的結(jié)果。

2.2 建筑材料性能不佳造成裂縫

工程現(xiàn)場(chǎng)制作混凝土之前，為保障配制的混凝土可滿足實(shí)際的施工需求，施工人員不僅要依據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇各種原材料，還要開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定最佳的配合比。在此過(guò)程中，各種材料的性能、質(zhì)量、配合比為決定混凝土強(qiáng)度、坍落度等指標(biāo)的重要因素，如施工中存在材料質(zhì)量問(wèn)題或者配合比不佳，將導(dǎo)致混凝土的固化強(qiáng)度達(dá)不到施工標(biāo)準(zhǔn)，使早期裂縫發(fā)生的可能性增大。

3 建筑材料性能對(duì)混凝土早期裂縫的影響

3.1 水泥性能

混凝土是多種材料在特定的比例下混合均勻所形成的，水泥為其中不可或缺的材料。根據(jù)混凝土多年施工的經(jīng)驗(yàn)，混凝土強(qiáng)度一直是行業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)指標(biāo)，這一指標(biāo)與許多因素都有關(guān)，水泥強(qiáng)度、骨料表面黏結(jié)強(qiáng)度為主要影響因素，而混凝土的收縮性又在很大程度上由水泥性能所決定。

水泥性能對(duì)混凝土早期裂縫的影響較大。水泥的成分復(fù)雜，未經(jīng)水化的水泥顆粒、水化產(chǎn)物的含量較高，不同分子之間持續(xù)作用，而分子之間有間隙，無(wú)法保障水泥的強(qiáng)度，如施工中選擇的水泥，顆粒半徑相對(duì)較小，將意味著更快的水泥水化、凝結(jié)速度，水泥在較短的時(shí)間內(nèi)能發(fā)生并完成水化反應(yīng)。在混凝土施工中混凝土凝結(jié)所消耗的時(shí)間較短，混凝土早期強(qiáng)度較大，對(duì)預(yù)防早期裂縫非常有效。

細(xì)度也是水泥材料中需關(guān)注的一大指標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)有的相關(guān)研究，水泥顆粒直徑與其水化速率、收縮性能有關(guān)，為保障所選用水泥的性能符合施工要求，采購(gòu)水泥時(shí)需考慮其顆粒直徑這一指標(biāo)[2]。

現(xiàn)階段，行業(yè)內(nèi)相關(guān)人員針對(duì)混凝土開(kāi)展了很多專業(yè)化分析，在這些研究成果基礎(chǔ)上，行業(yè)內(nèi)對(duì)混凝土施工中的水泥性能提出了全新的要求。市場(chǎng)上的水泥類型較多，不同廠家生產(chǎn)的水泥性能差異較大，當(dāng)水泥中的C3A含量超出了正常標(biāo)準(zhǔn)，而其他條件相對(duì)正常，混凝土的收縮性更強(qiáng)，無(wú)法達(dá)到抗裂要求。如水泥中的C3S含量較高，其他條件固定不變，混凝土將有較小的收縮性、更大的抗裂性。正是因?yàn)槭袌?chǎng)上有多品牌的水泥，每個(gè)品牌下水泥的物質(zhì)含量各有差別，如施工建設(shè)中混用不同品牌的水泥，將增大混凝土早期裂縫的出現(xiàn)幾率。為此，對(duì)于同一個(gè)建筑工程項(xiàng)目而言，最好選用同一型號(hào)的水泥。

3.2 骨料性能

骨料也是混凝土中不可或缺的材料，該材料的性能對(duì)混凝土早期裂縫也有一定的影響，具體從以下4個(gè)方面來(lái)分析。

3.2.1 砂率對(duì)混凝土的影響

對(duì)于混凝土的收縮性，利用一定的粗骨料可起到平抑作用。相關(guān)研究人員采取了控制變量、對(duì)比分析的方式進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明：在其他材料各方面參數(shù)不變時(shí)，混凝土干燥收縮性與骨料砂率有關(guān)，較小的骨料砂率對(duì)應(yīng)著較小的混凝土干燥收縮性。

3.2.2 砂細(xì)度對(duì)于混凝土的影響

在關(guān)注混凝土中的骨料性能時(shí)，施工人員也需分析砂細(xì)度。建筑工程的混凝土施工作業(yè)中，如骨料砂細(xì)度較大，意味著混凝土有較大的比表面積，為達(dá)到混凝土施工的質(zhì)量目標(biāo)，施工過(guò)程中常加大水泥材料用量，但增加水泥用量的同時(shí)，也會(huì)因?yàn)樗啾旧淼奶匦远鴮?dǎo)致混凝土有較大的收縮性，易引發(fā)混凝土的早期裂縫。骨料中的砂細(xì)度為決定混凝土收縮性的重要因素，二者同樣為正相關(guān)關(guān)系，為提高混凝土施工質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中需嚴(yán)格控制骨料的砂細(xì)度指標(biāo)，最好選用粗砂材料。

3.2.3 粗骨料對(duì)混凝土的影響

混凝土收縮性也與粗骨料的顆粒直徑有關(guān)，二者為反向變化關(guān)系，建筑項(xiàng)目中選擇小骨料粒徑的情況下，比表面積越大，混凝土的收縮性越強(qiáng)。在工程建設(shè)中通過(guò)科學(xué)選用骨料、控制骨料粒徑，可使骨料取代一部分水泥的作用，減少水泥用量并抑制混凝土的收縮特性。

當(dāng)然，施工建設(shè)中選用骨料的表面粗糙程度也需尤為注意，因?yàn)檫@一指標(biāo)影響骨料對(duì)水泥的黏結(jié)，表面粗糙程度越大，越有利于黏結(jié)水泥。現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)中，如原材料、混凝土坍落度指標(biāo)要求一致，選用表面光滑的石子、粗糙的石子時(shí)，對(duì)混凝土的黏結(jié)能力完全不同，相比較而言，表面粗糙石子配制的混凝土，強(qiáng)度更大，更能符合混凝土結(jié)構(gòu)施工要求。

3.2.4 骨灰比

混凝土施工作業(yè)中的骨灰比也是一個(gè)重要參數(shù)，就是骨料質(zhì)量與水泥質(zhì)量的比值，如在施工過(guò)程中的水灰比、坍落度為固定值，增大骨灰比可大大提高混凝土的強(qiáng)度，但骨灰比并不是可無(wú)限增大的指標(biāo)，而存在一個(gè)合理區(qū)間。當(dāng)下行業(yè)內(nèi)對(duì)混凝土施工的各項(xiàng)規(guī)定中，對(duì)骨料顆粒直徑、級(jí)配有嚴(yán)格限值，商品混凝土砂率在40%以上時(shí)，普通混凝土砂率略低，商品混凝土石子粒徑為5～20 mm，普通混凝土石子顆粒直徑略大，滿足這一條件時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)之間的連接性不好，出現(xiàn)早期裂縫的幾率較高。

3.3 粉煤灰性能

建筑材料性能對(duì)混凝土早期裂縫的影響也體現(xiàn)在粉煤灰方面。粉煤灰對(duì)混凝土早期裂縫的影響較為復(fù)雜，合理應(yīng)用粉煤灰可消耗掉水泥中的氫氧化鈣。此消耗過(guò)程就是水化反應(yīng)，在該反應(yīng)中粉煤灰屬于反應(yīng)物質(zhì)，可加快反應(yīng)速率。生成的反應(yīng)產(chǎn)物可填充混凝土中的毛細(xì)孔、孔隙，進(jìn)而保障混凝土的密實(shí)性，應(yīng)對(duì)混凝土的收縮。

市場(chǎng)上的一些工程企業(yè)，在混凝土施工過(guò)程中未正確使用粉煤灰，嚴(yán)重影響了混凝土質(zhì)量。造成的直接后果就是混凝土早期強(qiáng)度偏低，施工作業(yè)中存在施工荷載，易形成早期裂縫。在混凝土澆筑與振搗環(huán)節(jié)，粉煤灰與水泥性質(zhì)相比較，其相對(duì)密度非常小，往往直接上浮于混凝土表面，水化反應(yīng)速率明顯降低。在混凝土干燥時(shí)因?yàn)橛兴终舭l(fā)，造成混凝土的塑性收縮，而在混凝土內(nèi)部存在張拉應(yīng)力，一旦混凝土的強(qiáng)度達(dá)不到施工標(biāo)準(zhǔn)，同樣會(huì)出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。

3.4 礦物摻合料性能

混凝土施工作業(yè)中，礦物摻合料是一種重要材料，從根本上看屬于一種輔助材料。在施工中規(guī)范使用這一材料，需要選擇恰當(dāng)類型的礦物摻合料，并嚴(yán)格控制該種材料的用量，來(lái)發(fā)揮此材料在提升混凝土性能方面的作用。一些建筑工程的混凝土作業(yè)中，礦物摻合料的用量過(guò)多，更容易出現(xiàn)混凝土裂縫。為此，任何建筑工程的混凝土施工作業(yè)中，如需使用礦物摻合料，不僅要選擇最為合適的類型，更需要控制用量。

3.5 水灰比、坍落度

混凝土施工作業(yè)中，水灰比與坍落度也是需關(guān)注的重點(diǎn)指標(biāo)。如水泥標(biāo)號(hào)相同，較小的水灰比將對(duì)應(yīng)著較大的水泥石強(qiáng)度，與骨料將有更大的粘結(jié)力，更能保障混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到施工要求。與此同時(shí)，由于混凝土施工中也對(duì)和易性、水泥用量等有嚴(yán)格的規(guī)定，為達(dá)到這些要求，施工現(xiàn)場(chǎng)的水灰比不應(yīng)過(guò)小，否則，將不利于保障混凝土的整體強(qiáng)度。

目前許多建筑工程中，針對(duì)混凝土施工作業(yè)，為了給泵送混凝土創(chuàng)造良好施工條件，商品混凝土的坍落度一般不得低于10 cm。對(duì)高層建筑混凝土作業(yè)，坍落度要求更高，一般需在20 cm以上。為此，最為理想的條件下水灰比需保持在0.6左右。一些工程的混凝土作業(yè)中，存在水泥硬化現(xiàn)象，這一問(wèn)題主要是因?yàn)樗终舭l(fā)、膠凝體失水后干縮所引起。對(duì)于商品混凝土而言，加入一定的減水劑，雖減小了水灰比，也可以為泵送創(chuàng)造良好的條件。但部分項(xiàng)目中，商品混凝土從攪拌站運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)往往要消耗較長(zhǎng)的時(shí)間，再加上在工程現(xiàn)場(chǎng)未分配專人來(lái)做好施工監(jiān)管，導(dǎo)致前期配制好的混凝土被加水。加水后再開(kāi)展2次攪拌，水灰比顯著增大，易造成混凝土收縮裂縫。

4 控制混凝土早期裂縫的措施

4.1 選擇合格的原材料

混凝土施工中包含的原材料類型較多，為保障混凝土的各方面性能均可符合建筑結(jié)構(gòu)施工的有關(guān)要求，在工程企業(yè)內(nèi)必須強(qiáng)化原材料質(zhì)量管理與控制，避免原材料質(zhì)量不佳導(dǎo)致混凝土質(zhì)量問(wèn)題。以水泥為例，為減小水泥水化反應(yīng)對(duì)混凝土的負(fù)面影響，一般應(yīng)盡可能采用低水化熱、收縮性小、耐久性好的礦渣水泥，并需檢查水泥的細(xì)度，合理控制水泥使用量。砂材料要選擇細(xì)度模數(shù)為2.8～3.0的中砂，且砂的含泥量不得超過(guò)2%。石子應(yīng)選用級(jí)配較好的碎石，同樣含泥量也需嚴(yán)格控制，一般不超1%。

4.2 合理選用外加劑

混凝土中的外加劑屬于添加劑，對(duì)提升混凝土性能的意義重大。施工作業(yè)中為發(fā)揮外加劑的作用，一般應(yīng)采用二次添加法。具體來(lái)說(shuō)，就是預(yù)制攪拌時(shí)先在混合料中添加70%的外加劑，將攪拌的混合料運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后再添加剩余30%的外加劑，通過(guò)這一處理方法可減小坍落度損失，保障水灰比的合理性。如在部分工程的混凝土作業(yè)中，可在混合料中添加適量的粉煤灰，以利用粉煤灰來(lái)優(yōu)化混凝土性能。

4.3 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)控制和驗(yàn)收

建筑工程現(xiàn)場(chǎng)的混凝土施工作業(yè)具有較大的難度系數(shù)，對(duì)技術(shù)要求較高，如果工程現(xiàn)場(chǎng)存在不規(guī)范施工行為，同樣會(huì)造成早期裂縫。為避免施工人員操作不當(dāng)引發(fā)早期裂縫，工程企業(yè)需做好現(xiàn)場(chǎng)控制與驗(yàn)收，針對(duì)混凝土施工的具體要求，分配專業(yè)的技術(shù)與管理人員來(lái)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)的控制與驗(yàn)收，以確保混凝土施工的每個(gè)環(huán)節(jié)均能按照技術(shù)規(guī)范來(lái)實(shí)施。如在工程現(xiàn)場(chǎng)的檢查與驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)施工不規(guī)范情況，技術(shù)與管理人員需立即向有關(guān)部門(mén)反饋問(wèn)題，由該部門(mén)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行處理。

4.4 注意泵送速度和入模量

建筑工程的混凝土施工環(huán)節(jié)包含泵送工序，泵送是否規(guī)范也會(huì)影響混凝土的質(zhì)量，如現(xiàn)場(chǎng)泵送混凝土存在問(wèn)題，也可能加劇混凝土早期裂縫。為此，為最大程度上減少早期裂縫的出現(xiàn)，施工人員需根據(jù)總體的施工規(guī)范與要求來(lái)制定泵送方案，在方案中清晰規(guī)定泵送工藝要點(diǎn)，標(biāo)明泵送速度、每次的入模量。

澆筑完成后的混凝土需由專業(yè)的技術(shù)人員來(lái)負(fù)責(zé)二次振搗，振搗時(shí)需保持充分性、均勻性，及時(shí)排出混凝土中的水分，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，從源頭上抑制混凝土內(nèi)部裂縫，提高混凝土與鋼筋的握裹力。通過(guò)大量的，強(qiáng)化泵送速度與入模量管理，并規(guī)范實(shí)施振搗作業(yè)，有利于保障混凝土的抗壓強(qiáng)度。

當(dāng)混凝土振搗作業(yè)結(jié)束后，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員需立即進(jìn)入養(yǎng)護(hù)階段，通過(guò)保溫與保濕處理來(lái)達(dá)到養(yǎng)護(hù)效果，防止混凝土出現(xiàn)早期塑性裂縫、干縮裂縫。養(yǎng)護(hù)工作中除了要保障養(yǎng)護(hù)處理的及時(shí)性、方法的正確性外，更需要在整個(gè)操作過(guò)程中控制養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保障養(yǎng)護(hù)時(shí)間足夠14 d，避免養(yǎng)護(hù)不到位引起混凝土質(zhì)量問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

建筑工程中的混凝土施工作業(yè)十分關(guān)鍵，當(dāng)下的工程項(xiàng)目中，混凝土早期裂縫問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，影響了混凝土的施工質(zhì)量。考慮到建筑材料性能對(duì)混凝土早期裂縫的直接影響，工程企業(yè)在現(xiàn)場(chǎng)的施工作業(yè)中需強(qiáng)化施工技術(shù)管理與質(zhì)量控制，從建筑材料性能控制角度保障混凝土作業(yè)的規(guī)范性。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖建莊，陳祥磊，李標(biāo)，等.納米SiO2和粉煤灰復(fù)摻對(duì)再生混凝土性能的影響[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2020，37（1）：26-32.

[2] 李文梟，楊勇新，鄒經(jīng)，等.鱗片改性對(duì)混凝土細(xì)觀抗裂性能影響的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2020，50（3）：136-141.