建筑材料性能对混凝土早期裂缝的影响

建筑材料性能对混凝土早期裂缝的影响

史海旺

唐山冀东混凝土有限公司河北唐山064000

摘要：在建筑工程的施工中，混凝土早期裂缝是非常常见的一个问题，但这个问题却也是成为困扰业界的一个因素。虽然从技术和使用层面来看，这种裂缝不会有太大的影响，但本着为消费者负责、为工程质量负责、为建筑行业技术发展负责的态度，本文主要分析了混凝土裂缝产生的原因，以及建筑材料如水泥、骨料、粉煤灰以及外加剂等的性能对混凝土裂缝会产生的影响。希望业界同仁能根据这些因素有针对性地找到预防措施，进而保障建筑工程的质量平稳发展。

关键词：建筑材料性能；混凝土；裂缝；影响

当前在建筑行业在一些工程中，尤其是高层住宅的施工中，发现普遍存在一种现象，就是浇筑混凝土抹压面几小时后，混凝土会出现很多细小裂缝，而且这些裂缝还会随着进一步的硬化收缩呈现加深扩大的趋势，最终通至底板。因为这些裂缝的出现都是在混凝土的早期阶段，所以将其归于收缩裂缝的一类，业界称其为非结构受力裂缝。虽然与荷载引发的裂缝在本质上有很大不同，这些裂缝也不会影响建筑结构的承载力和正常使用。但站在消费者的角度考虑，我们施工单位有责任有义务为消费者提供高质量、美观性好的建筑。因此我们需要掌握建筑使用材料的各种性能，找到发生裂缝的原因，才能采取措施有效预防此类裂缝的产生。

一、建筑混凝土早期裂缝的成因分析

混凝土早期的裂缝产生原因主要是因为拉应力大于混凝土本身所能承受的抗拉力，其中混凝土早期抗拉强度和收缩变形两个方面的因素起到了关键的作用。

笔者曾在项目中做了一些混凝土抗拉强度和轴向拉伸的实验，对其中的变化规律做了一些分析，如普通的混凝土抗拉强度是由水泥石强度和骨料表面的粘结强度决定的，这其中水泥的强度等级和水灰比以及骨料性质等都有着密切的关系。可以认为混凝土的收缩在一定程度上也是水泥石的收缩。

而关于混凝土的收缩变形问题，我们将其分为干燥收缩、自干燥收缩、塑性收缩、温度收缩以及碳化收缩五个形式。其中最为常见的就是温度收缩和干燥收缩，多发生在混凝土早起阶段。塑性收缩发生的时间最早，出现在干燥收缩之前，主要原因是因为在混凝土塑性阶段水分的散失引起的。所以从这里可以得出混凝土的早期裂缝也是由于塑性收缩和干燥收缩引起的。

混凝土的裂缝类型也可以分为多种，从深度来划分可以分为表面和贯穿两种，表面的又可分为横向、纵向、图状和不规则等。而就裂缝继续发展的状况来看可以分为稳定和不稳定的，可修复和不可修复的。

二、不同材料性能对混凝土早期裂缝的影响

（一）水泥

对混凝土的收缩裂缝影响最大的因素就是水泥了，一般我们主要从水泥品种、细度和用量等方面入手研究。

首先是水泥品种，由于水泥中含有的各种矿物成分会对混凝土的收缩产生不同的影响，业界技术人员有结论认为：如果铝酸三钙（C3A）的含量越高，会使混凝土的收缩越大，导致其抗裂性越差，裂缝更容易出现。如果硅酸三钙（C3S）的含量越高，则混凝土的收缩也会相应变小，裂缝出现的概率也会降低。因此，使用不同品种的水泥会使混凝土产生不同的收缩效果。但笔者需要强调的有些人认为将两种不同品种的水泥混用也许会取长补短，但这恰恰是最不可取的，因为不同品种的水泥其收缩值和凝结速度都不同，混用反而会加速混凝土的开裂。

其次是水泥细度，水泥的性质有很大程度上是由水泥颗粒粗细来决定的，所以即便是含有同样成分的水泥，如果颗粒越细，那其硬化速度也就越快，强度也就越高。不过也要切记不可矫枉过正，如果采用颗粒太细的水泥也会造成收缩性越大，越易导致裂缝的产生。

还有水泥用量的因素，水泥用量的多少和用水量也是直接影响到混凝土中孔隙和毛细孔的数量分布，所以我们在施工中也要严格把控水泥的使用量，量越多越容易产生裂缝。

此外还有水泥水热化现象，尤其是在大体积混凝土的浇筑过程中，要求一次性浇筑成功，在这个过程中水泥会产生水热化现象，而且混凝土体积太大的基础下聚集在内部的水热化不容易散发，将会造成内外温差过高，当这个温差大到足以使抗拉应力失效时就会造成裂缝的产生。

（二）骨料质量

笔者根据从业的经验分析发现骨料的砂细度、砂率、粗骨料的级配、骨料含泥量等因素也在一定的程度上导致了混凝土裂缝的产生。

首先是砂细度的因素，关于砂细度的影响我们业界也是有普遍认知的，主要总结起来就是砂的细度越细，则砂的表面积也越大，就需要更多的水泥等胶凝材料将其包裹。反过来如果砂粒越粗，就会减小混凝土的收缩，因此我们业界在施工中也会尽量选择中等粗砂来有效预防混凝土的早期裂缝。

其次是砂率的因素，在混凝土中，抵抗收缩的主要材料是粗骨料，在保持其他材料用量不变的基础下，混凝土的收缩就会随着砂率的增大而增大，所以如果降低砂率而增加粗骨料的使用量，也会有利于预防混凝土的裂缝产生。

还有粗骨料的级配因素，这个因素也是笔者总结的一个对混凝土裂缝产生影响最关键的一个因素，主要原因也是因为粗骨料的级配和水泥使用量有关。当我们使用粒径较小的骨料或是含较多针片状骨料的时候，就会发现其比表面积也会比较大，所以生产混凝土时，需要加入更多的胶凝材料来包裹粗骨料，因此得出结论就是当水泥使用量和用水量过大时，要合理选择粗骨料的级配和粒径，尽量降低水泥的使用量来有效控制混凝土的强烈收缩。

最后还有骨料的含泥量因素，通俗理解就是当骨料的含泥量越大，它对混凝土强度产生的影响也越大，所以我们为了保证混凝土的强度，就必须要增加水泥用量，保证混凝土的收缩变大。

（三）粉煤灰

关于粉煤灰具体对混凝土裂缝产生了何种影响也一直业界讨论的一个问题，但大家的共识就是它产生的影响是比较复杂的，当我们在混凝土中使用粉煤灰后，粉煤灰就会与水泥水化产物CaOH2（氢氧化钙）两次发生水化反应，其胶体反应产物会充满混凝土的所有孔隙和毛细孔，起到阻断毛细孔的效果，从而让混凝土更为密实，达到减少收缩的目的。所以总结起来就是加入粉煤灰后会发生火山灰效应来降低水热化、二次反应效应、填充效应、延缓效应和减水效应。但实际操作中还是需要各种注意事项的，施工现场条件本身复杂，受到各种不确定因素的影响，因此如果使用不当，粉煤灰也同样会造成混凝土早起裂缝的产生的。笔者总结如下：

首先是混凝土早期的强度不达标，如果施工荷载过高就会产生裂缝。有些施工人员片面了解粉煤灰水化反应后的优势，就在混凝土中大量使用粉煤灰，结果反而使得混凝土早期的强度增长缓慢，最终强度太低，一旦遇到高荷载施工就会产生裂缝。

其次是易产生表面裂缝，粉煤灰的密度比水泥要小很多，所以在浇筑后振捣环节，密度较小的粉煤灰将上浮到混凝土表面，进而弱化混凝土水化反应速度，其强度增长速度也受到影响变慢。而混凝土的干燥阶段，水分蒸发的同时混凝土也会发生塑性收缩，在其内部发生张拉应力，但这时混凝土的强度已经因为粉煤灰的上浮而降低，一旦这个张拉应力大于混凝土的强度后，就会造成表面裂缝的产生。

（四）外加剂

工程上为了有效减少混凝土的早期裂缝，在进行混凝土配合比时，要加入减水剂、加气剂、膨胀剂等材料。加入加气剂后虽然能有效减少含水量降低收缩率，但不可否认的是这个行为本身就已经增加了混凝土的收缩，所以总得来看并没有多大效用。加入减水剂后，主要起到两种作用，一来可以减少拌和用水量，降低水胶比来达到降低孔隙率的目的，使得孔结构分布更加合理。二来减水剂可以加快水泥矿物的水化速度，增加其产物CaOH2从而进一步激发粉煤灰的活性，有效提高混凝土的强度。

三、有效预防混凝土早起裂缝的措施

根据上述原材料的性能分析，笔者认为我们首先在材料的选择方面要严格把关，应选择质量合格、收缩小、水热化低、耐久性好的矿渣水泥，掌握好水泥细度和水泥使用量的标准。砂料的选择建议选择M在2.3—3的中砂，外加剂的选择也要严格控制，在使用前要反复试配，最终确定最佳的掺量和配合比，最大程度减少混凝土的坍落度损失，有效降低水灰比。而粉煤灰的使用，虽然在一定程度上提高了混凝土的性能，对混凝土的收缩影响力也较小，但我们在提倡使用的同时要注意选用高质量的一级、二级粉煤灰和合理的掺用量。此外还要加强混凝土拌制现场的控制和验收，在运输中确保不能产生离析，也不可随意向搅拌车和泵车内加水。最后还要重视二次抹面的养护工作，当混凝土的表面浮浆层达到终凝1到2小时，必须不间断喷水全面保湿养护。相信通过这一系列的预防措施，能让我们从源头上控制混凝土的裂缝产生，更有力地保证施工质量。

参考文献

[1]何慧.浅谈混凝土的耐久性及其施工控制[J].中国西部科技，2014（11）.

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社，2008.

[3]曾月新.商品混凝土的材料性能对混凝土早期裂缝的影响[J].广东建材，2015（9）.

[4]邓良，王鹏.混凝土力学性能对早期裂缝影响的试验研究[J].山西建筑，2015（5）.

[5]查进.高性能混凝土早起裂缝原因分析与控制[J].国外建材科技，2016（7）.

[6]姚燕.高强混凝土早起收缩开裂影响因素的研究[M].化学工业出版社，2014.