原材料对混凝土开裂的影响及防治措施

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摘要：建筑工程建设中，易出现一些混凝土早期开裂，为了减少混凝土的早期开裂，为防止混凝土结构的温差开裂，应考虑原材料对开裂的影响，水化热量的大小和水化热的产生速率的影响，以及引起混凝土的一些防治措施。

关键词：原材料 混凝土开裂防治措施

中图分类号：TV331文献标识码： A

混凝土在大量的建筑工程中施工中，易出现一些混凝土早期开裂，为了减少混凝土的早期开裂，以及减少混凝土的早期干燥收缩外，还必须减少其早期温度应变。在满足工作性和耐久性的前提下，我们可以通过掺入混合材、优化水泥颗粒级配等措施来降低水泥水化热。在配制混凝土时，可以掺入矿物掺合料和高效缓凝剂、降低混凝土搅拌时水泥的温度和浇注后覆盖保温层养护等，以有利于减少混凝土的早期开裂温度应变。

为防止混凝土结构的温差开裂，应考虑原材料对开裂的影响，水化热量的大小和水化热的产生速率是导致温度变化的最主要因素之一，降低水化热量在温控措施中占有极为重要的地位。降低水化热量有助于减小温度上升和下降的幅度，使基础温差显著降低，减缓发热速率有助于产生的热量及时散发出去而不致于过多累积造成温度上升过快。降低水化放热量的措施主要有采用低热水泥、优化配合比或掺加一定量的粉煤灰以减少水泥用量。减缓发热速率主要措施为掺加缓凝剂和降低入仓温度。

1 水泥

由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热。而水泥的水化热又与其矿物组成和细度的紧密相关。因此，一般通过选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，来降低水泥的水化热。水泥矿物组成中铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)含量高的，其水化热较高，因此，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中C3A和C3S的含量。

2 矿物外加剂

矿物外加剂掺入水泥中大多可以降低水泥发热量并延缓其发热时间，这有利于减缓混凝土的温升过程；但有些矿物外加剂也可延缓混凝土的强度发展或增大混凝土的干缩。

2.1 粉煤灰

由于粉煤灰的比重小于水泥的比重，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易上浮，出现在混凝土的表面，使得上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，从而混凝土表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多。

2.2 矿粉

对于矿渣掺合料来说，当其细度小于4000cm2/g时，对减小混凝土自收缩有利，并随着矿渣掺量增大，自收缩减小。但当其细度大于4000cm2/g 时，矿渣活性明显提高，能引起自收缩增大，混凝土自收缩随矿渣掺量增大而增大，但当矿渣掺量大于75%时，自收缩因胶凝材料活性降低而使得混凝土自收缩减小。因此，在掺加矿渣掺合料时应注意其细度及其掺量。

2.3 硅灰

硅灰由于极其微细和很高的二氧化硅玻璃体含量，是一种高活性的火山灰材料。由于掺入硅灰不会增加混凝土早期干燥收缩，但对早期自生收缩却有增大作用。因此，在实际工程中不建议加入硅灰。

3.粗骨料

对于粗骨料，应尽量扩大粗骨料的粒径，优化粗骨料级配。因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，用水量减少，水泥用量也就越小，水化热也随之降低，也有利于防止裂缝的产生。

普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石。在配合比相同的条件下，碎石的混凝土强度高，抗裂性能较卵石高。因此，对于大体积混凝土工程，由于抗裂度要求较高，施工时宜采用碎石作为粗骨料，若没有碎石可将卵石轧碎使用。但对于泵送混凝土来说，粗骨料在泵送混凝土中起柱塞流的骨架作用，通常卵石骨料混凝土可泵性好，碎石混凝土的可泵性较差，在选择骨料时从理论上来说选择卵石骨料为好。

在大体积混凝土施工中，岩石种类的不同和骨料线膨胀系数不同，对大体积混凝土的抗裂性能影响较大。混凝土由水泥石和骨料组成，混凝土的热膨胀系数可由水泥石的热膨胀系数和骨料的热膨胀系数加权(占混凝土的体积)平均得到。因此，骨料的热膨胀系数（线膨胀系数）也是大体积混凝土防止裂缝的关键因素。这是因为混凝土的热收缩应变决定于混凝土温度下降的大小和热膨胀的线性系数，后者也主要为骨料热膨胀系数所控制。因此，在大体积混凝土施工中，为避免大体积混凝土开裂的可能性，必须选择热膨胀系数比较低的骨料，如石灰岩、玄武岩、辉绿岩、花岗岩等。试验表明，混凝土的热膨胀系数是决定混凝土降温过程中的拉伸应力参数之一，如果其它都保持不变，骨料类型的选择能减少热膨胀系数一倍多。因此，在施工条件及骨料来源许可的条件下，尽可能采用粒径较大，级配良好的高强度花岗岩、辉绿岩、玄武岩等作为骨料，采用粒径较大骨料也可减少水泥用量，降低温度升高，对提高大体积混凝土的抗裂性能有利。

4. 细骨料

对于细骨料，宜采用级配良好的中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小。从而减少混凝土的用水量和水泥用量，降低混凝土水化热，减少裂缝的产生。此外，还应控制砂的含泥量，其含泥量越大，不仅影响混凝土的强度，还使收缩变形加大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗砂，其细度模数宜在2.5~2.9。工程实践证明，采用平均粒径较大的中粗砂，比采用细砂每方混凝土中可减少用水量20~25kg，水泥相应减少28~35kg，从而降低混凝土的干缩，减少水化热，对混凝上的裂缝控制有重要作用。

5.化学外加剂

减水剂的掺入能减小混凝土收缩开裂的机会。其作用在于：减水剂能改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少，降低了水化热，对防止开裂十分有利。

缓凝型减水剂具有抑制水泥水化的作用，它延缓了水化热升温峰值出现的时间，从而延长了水化放热的时间，使得混凝土内部的水化热在此期间得以充分地向外部释放。在总放热量不变条件下，混凝土内部热量积聚得越少，则产生的升温峰值便越低，有利于防裂。此外，还能改善混凝土和易性，减少运输过程中的塌落度损失。

减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少收缩变形。能有效地提高混凝土抗拉强度，又可大幅度提高混凝土的抗裂性能。由于水灰比和水泥用量均是影响混凝土收缩的重要因素，掺加减水防裂剂既可使混凝土用水量减少20%，又可使混凝土在保持其强度的条件下减少15%的水泥用量，其体积用增加集料用量来补充。

引气剂对改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利，在一定程度上能增加混凝土的抗裂性能。但值得注意的是：外加剂掺量不能过大，否则会产生负面影响，即掺用适宜的外加剂能有助于进行裂控，但需注意其掺量。在GB8076~1997中规定，掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35％。

6.为有效防止混凝土早期开裂的情况出现，应采取以下措施：

6.1合理选用水泥

水化热低、干缩性小的水泥，可防止早期裂缝。施工中不得使用高温水泥，特别是出炉后温度超过70℃应禁止使用，刚出产就很快出厂的水泥温度一般都较高，应放置几天后使用。跟水泥厂家协商合作，调整水泥细度不超过350m3／kg，专仓专供，延长水泥储存期，控制进入搅拌站水泥储存罐水泥温度在40℃以下。此项措施对降低水泥水化热、减少混凝土收缩、降低浇筑温度起到了良好的效果。

6.2控制水灰比、用水量

水灰比与用水量对防止早期裂缝起到重要作用。要严格按照设计施工配合比施工，混凝土混合料的配合比设计要通过试验，拟设计配合比，试拌调整配合比后，还应根据现场浇筑条件、集料供应情况和气候条件随时进行调整。按调整好后配合比施工。

6.3材料用量控制

尽可能减少单位用水量和水泥用量，可以通过掺入优质的减水剂、引气剂和良好级配的集料来实现，此外尽可能采用杂质含量低的碎石，细度模数为2.6～2.8的中砂以及自来水。

6.4掺加粉煤灰

掺加粉煤灰可降低水泥用量，水泥用量偏多会增加水泥水化反应产生的化学收缩和因水泥水化热而导致的温度变形。实践证明掺加粉煤灰对降低混凝土的绝热温升以及控制温度裂缝的产生起到了关键性作用。

6.5调整外加剂凝结时间

将混凝土初凝时间控制在10~12h，延缓了水泥水化热峰值的出现，对控制裂缝的产生起到了一定的作用。

参考文献

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