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混凝土原材料对裂缝产生的影响

混凝土原材料对裂缝产生的影响

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【摘要】:

  混凝土是由水泥、石子、砂、水、外加剂等材料复合而成的,由于它们的物理力学性能各不相同,受温度、湿度变化时各种体积变化也是不同的。混凝土拌合物在水化过程中,由塑性到硬化自身具有湿胀干缩、热胀冷缩特性而产生变形,这些变形受到约束时在混凝土内部就会产生应力。当混凝土内部这的收缩拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,就会产生裂缝。水泥和骨料的接触面在不同变形应力作用下,会造成水泥浆体与骨料粘结面拉裂而形成裂缝。

  (一)水泥

  水泥质量的好坏直接影响着水泥石毛细孔和水泥凝胶形成小孔的形状、大小、个数等,进一步影响着混凝土干缩性、内外温度差、抗拉强度的最大值与最小值,会导致混凝土裂缝的形成和发展。水泥的种类不同,在混凝土结构中产生的收缩值及强度值也不同,产生的裂缝大小也不同。水泥前期温度收缩和干缩的主要原因物质就是C3A 和C3S,C3S在前3d的水化热是C2S的5倍,C2S的收缩率是C3A的三分之一,C4AF的收缩率是C3A的五分之一。

  在传统观念长期熏陶下,多数混凝土企业技术人员认为水泥、质量和用量与混凝土质量之间存在正相关关系,其实并不然。若配制低强度等级的混凝土而用了高强度等级水泥,并且用加大水泥用量的方式来提高混凝土强度。这样的措施是极为不可取的,不仅仅增加了成本,也会因为水泥水化热过高,使混凝土内部温度过高而造成温度裂缝。通常情况下,普通硅酸盐水泥搅拌的混凝土3天以后强度就达到28d强度的一半以上,混凝土内部温升大于40℃,这种情况下开裂的风险极大,且形成的裂缝极难愈合。想要达到预防混凝土温度裂缝产生的问题,减少裂缝的出现,可以参考以下措施:

  (1)在对水泥进行选择的时候,选择水化热较小的水泥,避免使用水化速度快和水化热大的水泥,选用水化热小的中低热水泥;

  (2)选择水泥中C3A/C4AF比和Na2O和K2O含量比较少的水泥;

  (3)避免使用收缩量较大的水泥,如矿渣水泥。

  (4)尽量避免使用细度过细的水泥,水泥中的细颗粒过多,粗颗粒减少一方面水化快收缩大,水化收缩量越大,引起混凝土的自干燥收缩的几率增大;另一方面粗颗粒的减少,使未水化的起到微集料作用未水化的粗颗粒减少,降低了水泥浆体体积稳定性,也影响到混凝土强度的持续长期增长。

  (5)使用高效减水剂,减少水泥和水的用量,混凝土的收缩随水胶比的增大而增加,如水胶比0.6的混凝土比水胶比为0.4的收缩值增加约40%;砂浆和水泥浆的收缩约比混凝土增加2~5倍。

  (二)粗细骨料

  骨料对混凝土质量的影响主要反应在骨料级配、含泥量以及骨料种类三方面。当骨料级配不满足要求时,粒形差,粗骨料针片状含量越大,混凝土的收缩量会增大,导致裂缝产生。骨料含泥量过大时,表面的泥粉影响水泥石与骨料间的粘结强度,弱化界面结构,降低混凝土的抗裂能力。实践证明随着含泥量的增加,混凝土开裂的时间提前,开裂总面积增加,混凝土生产时应注意控制砂的含泥量,如机制砂的亚甲蓝值不超过1.4,超过以后混凝土开裂难以控制。骨料的种类不同对混凝土收缩也有很大的差异,细骨料对混凝土收缩的影响从大到小排列的顺序是:河砂>陆砂>海砂>山砂;不同的粗骨料对混凝土干缩的影响从大到小排列的顺序是:山碎石>河砾石>石灰石碎石。

  混凝土公司对粗细骨料应严格把关,并应遵循以下原则:

  (1)在选择粗骨料时在保证混凝土要有强度、耐久性以及工作性能的情况下,要尽可能的选择粒径较大,级配良好,含泥沙等杂质少的骨料。

  (2)选择骨料时,要选用热膨胀系数和吸水率较小的岩石,提高了混凝土抗裂性,如石灰岩这种碎骨料能够使混凝土的温度变形系数变小。

  (3)砂率不宜过高,砂石的吸水率低,以利于降低收缩。

  (4)选择骨料时,要严格控制骨料中MgO、CaO等活性成分的含量,预防碱骨料反应)导致混凝土产生整体性开裂,对混凝土结构安全造成损坏。

  (三)外加剂

  外加剂种类繁多,性能各异。缓凝剂可以抑制水泥水化,保持坍落度损失,推迟混凝土水化热峰值的出现,减小温度应力所引起的裂缝。减水剂具有减水和增塑作用,在保持混凝土坍落度和水胶比不变的条件下,降低混凝土用水量,进而降低水泥用量,降低温升,减少温度引起的收缩。外加剂质量的好坏与混凝土质量息息相关,但在实际应用过程中,如果外加剂掺量、品种选择不当或施工工序不当,将会对混凝土质量产生影响。例如,膨胀剂就会使混凝土产生微膨胀,对混凝土的收缩起到一定补偿作用,但膨胀剂作用时需要吸收水分,在水灰比过低(小于0.4)时尤其严重。因此,在使用膨胀剂的混凝土,在浇筑完成后,应及时采取保温保湿,防止裂缝的发生。缓凝剂在大体积混凝土中可以延迟水化,推迟温升峰值的出现,但在板面结构中使用缓凝剂应注意,板面结构与外界接触面积大,如果保湿不好,水分散失快,缓凝剂的过量使用会使混凝土长期处于塑性阶段,增加混凝土的开裂风险。减水剂可以在用水量不变的情况下,大幅度提高混凝土拌合物的坍落度,但掺量过大会造成混凝土离析、泌水,破坏混凝土的匀质性,造成混凝土凝结过程中收缩差异,增加开裂的几率。

  (四)掺合料

  矿物掺合料已经成为混凝土的重要组分,常用的矿物掺合料有粉煤灰、矿渣粉、硅粉及沸石粉等,其中粉煤灰最为常用。质量优良的粉煤灰具有一定减水作用,可以改善混凝土拌合物的工作性,降低混凝土内部温升,减少温升裂缝,随着掺量的增加,温度开裂时间推迟。粉煤灰的微集料效应和二次水化在一定程度上可以抑制混凝土的后期收缩,但随着掺量的增加,水化产物降低,抗裂性能下降;硅灰比表面积较大,收缩较大;矿渣粉在低掺量时,不利于混凝土温升的降低,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。在使用矿物掺合料时,应熟悉各种掺合料的特性,避免盲目使用。使用矿物掺合料的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。

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