商品混凝土材料对早期开裂影响

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论商品混凝土材料对早期开裂影响分析【摘要】文章论述了商品混凝土早期裂缝的分类及成因，尤其对各种材料形成的早期开裂做了详尽的分析。通过分析以便制定出更好的防治措施。【关键词】混凝土；裂缝；分类；材料影响商品混凝土，亦称预拌混凝土，是指由水泥、骨料、水及根据需要掺入的外加剂及掺合料等组分，按照一定的比例在集中搅拌站经计量、拌制后采用搅拌运输车，在规定时间内运送至使用地点的混凝土拌和物。商品混凝土具有质量稳定可靠、节约工程材料、减轻劳动强度、提高工作效率、供货快、节省施工用地、改善劳动条件、环境污染少等优点，它把过去分散的混凝土生产，由商品混凝土搅拌站集中形成规模化、自动化的生产，并作为一种半成品提供给施工工地。它的发展有力的促进了混凝土科学技术的进步，促进了混凝土的专业化、集中化。商品混凝土与普通混凝土相比，存在着水泥用量大、水灰比大、骨料颗粒小、塌落度大等特点。实际工程应用中发现，采用商品混凝土建造的建筑，总收缩量比采用普通混凝土的建筑增加，随之引起的裂缝现象也增多，并且裂缝出现时间更早。若处理不及时，不仅会影响建筑物的外部美观，严重者甚至会影响建筑物的使用安全性及使用寿命，对商品混凝土的推广及应用带来更多的负面影响。1. 早期裂缝的分类及成因国内外的调查资料表明，建筑结构中只有20%的裂缝源于荷载，而另外80%的裂缝却是由于收缩、不均匀等变形变化引起的川。早期裂缝属于非荷载裂缝，一般将混凝土构件在外部荷载作用以前的3-5天，甚至在刚拆模后就出现的裂缝称为早期裂缝，早期裂缝最早可在浇注后l~3小时内出现。典型的商品混凝土早期裂缝可分为以下几类1.1.塑性沉降裂缝混凝土浇注、振捣后，骨料悬浮在水泥浆体中，由于重力作用，骨料有下沉的趋势，水泥浆则有上浮的趋势。由于商品混凝土用水量多，塌落度大，容易发生泌水和下沉现象。当骨料下沉的时候受到钢筋、模板和预埋构件等的抑制作用时，便产生裂缝。这种裂缝一般发生在浇注后0.5h-3h，直至混凝土硬化时才停止。1.2.塑性收缩裂缝混凝土浇注后处于塑性阶段时，由于表面水分蒸发而引起的裂缝叫做塑性收缩裂缝。商品混凝土表面脱水，失水率大于水从浆体中渗到混凝土表面的速率，造成毛细管负压，便引起了塑性收缩。这种裂缝一般出现在混凝土表面，无规则，长短、宽窄不一，常发生在商品混凝土浇注后3h~4h，此时水泥水化反应激烈，在养护不好或大风、炎热的环境中，塑性收缩裂缝更剧烈。1.3 温度变化引起的裂缝水泥水化反映时产生水化热，且大部分热量会在3天内释放出去。然而，由于大量的水化热不易在短时间内散发，混凝土内部温度不断上升，其表面散热快，内外形成温差，特别是在昼夜温差大的地区，差值更大。内部温度最高可达50oc一7jc，这时混凝土内部产生膨胀，外部混凝土冷缩变形，产生拉应力。这时的商品混凝土抗拉强度低，当内部的拉应力大于混凝土的拉应力时，就会产生裂缝。温度裂缝一般出现在浇注后3一5天，是贯穿的且很深131。1.4自收缩引起的裂缝自收缩是指在恒温恒湿条件下，即与外界无水分交换的情况下，由混凝土自干燥引起的宏观体积收缩，它从混凝土初凝后开始。研究表明，商品混凝土的自收缩大部分发生在初凝至1天的龄期内，一天后的自收缩增长很慢。1.5化学收缩引起的裂缝在硬化过程中由于化学作用引起的收缩，主要是无水熟料与水起化学反应，使固相体积逐渐增加而水泥一水体系的总体积逐渐减小的缘故。具体说来，这种裂缝是由水化前后反应物及生成物的平均密度不同所引起的，水泥与水化学反应过程中，原来的自由水成为水化产物的一部分，使它的比容由原来的1。m3ls变成约0.75cm3/g。1.6干燥收缩引起的裂缝商品混凝土硬化后的很长一段时间里，内部水份逐渐蒸发引起产生千燥收缩裂缝非常缓慢，多数在一个月以上，甚至一年半载。1.7 外加剂引起的裂缝商品混凝土为满足运输或泵送的要求，需掺入外加剂。外加剂中一般含有缓凝成份，使初凝的时间加长，甚至10小时以上，混凝土表面形成一层保护膜，看起来虽已凝结，但内部并未硬化，内外水化作用、收缩相差很大，不可避免的产生裂缝。1.8施工裂缝泵送管道支撑对楼板的冲击和振动;模板刚度不足引起的裂缝;模板支撑不足;模板中的电线穿线管固定不牢。上述四点通常导致商品混凝土浇筑后产生施工裂缝。2早期裂缝的危害(l)冰冻的危害当混凝土产生裂缝，水即能渗入，即使渗入不是很深，在温度降到0°c以下时便会结冰，导致混凝土沿裂缝边缘裂开。随着冻融循环的重复，开裂现象加剧。(2)钢筋锈蚀若水份或有腐蚀性的气体顺裂缝进入混凝土到达钢筋，钢筋的锈蚀就会开始。进而锈蚀削弱了钢筋的受力截面，锈蚀的产物比钢筋占有更大的体积，产生一定的膨胀，导致混凝土裂缝继续扩展，影响钢筋与混凝土的凝结力。(3)加速混凝土碳化剥落。(4)降低混凝土结构承载力。3 材料组分对早期开裂的影响3.1水泥水泥是混凝土材料最核心的部分，同样是商品混凝土的重要组成部分之一，也是影响商品混凝土性质的最主要因素。水泥品种和用量是导致商品混凝土早期裂缝的主要原因。水泥在凝结硬化过程中体积要缩小，通常收缩率为万分之三。混凝土在硬化过程中的抗拉能力及钢筋与混凝土之间的握裹力均抵抗不了水泥的收缩。所以，水泥的用量的增加也增大了裂缝出现的几率。商品混凝土中水泥的用量较多，水化过程中产生的水化热大，增大了早期商品混凝土的热胀。由此导致水化过程中内外较大的温度变化和收缩作用从而引起裂缝。水泥品种不同，收缩也不同，一般说来，矿渣水泥大于粉煤灰水泥。水泥细度越细，越容易开裂。3.2 化学外加剂化学外加剂己成为现代混凝土不可缺少的组份之一，是目前混凝土改性的一种重要方法和技术。掺少量外加剂可以改善新拌混凝土的工作性，提高硬化混凝土的物理力学性能和耐久性。同时，化学外加剂的研究和应用促进了混凝土生产和施工工艺以及新型混凝土品种的发展。化学外加剂主要通过改变水泥一水初始水化的液相特征，继而影响水泥早期水化。目前，化学外加剂的应用存在一个比较大的问题就是与水泥的相容性，人们已发现可溶碱是影响该相容性的一个关键参数。此外，化学外加剂在应用过程中也发现了一些其它不良现象，如:长龄期的硬化混凝土抗弯强度和断裂韧性不佳。而且，由于外加剂以及水泥的品种繁多、组成复杂，水泥与外加剂的相容性问题变得更为突出，不仅影响外加剂的作用效果，而且直接影响到水泥混凝土的许多性能，使混凝土早期开裂问题变得更为复杂。目前，国内外关于外加剂改善材料流变性能、提高材料强度的研究很多，但是缺乏关于外加剂对材料早期收缩和开裂影响的研究。商品混凝土中常用的外加剂主要有减水剂、缓凝剂、引气剂及膨胀剂等。一般掺入高效减水剂后混凝土的收缩增大，这也是商品混凝土易产生裂缝的重要原因。3.3 粗细骨料一般情况下，骨料对水泥早期水化的影响不是很大，它主要影响水泥混凝土内部浆体与骨料的界面性质。混凝土中的骨料特别是粗骨料对水泥石的收缩起着约束作用，是抵抗收缩的主要成份。随着泵送商品混凝土的广泛应用，为满足泵送工业的需求，混凝土拌合物中粗骨料粒径趋小、含量减少。在配置商品混凝土时，石子粒径不宜超过20mm，国外一些资料要求不超过15mm。粗骨料粒径的减小，加大了表面积，增加了用水量，导致混凝土内部之间连接能力减小，抵抗收缩的能力减弱，使混凝土收缩增大，易于引起裂缝。商品混凝土一般较普通混凝土的砂率要大。随着砂率的增大，粗骨料的相当数量减小，减弱了混凝土之间的连接。砂率增高，若再加上砂中含泥量大，就会增加混凝土开裂的可能。因为泥份会降低石子和砂浆的咬合粘结，降低界面强度，降低混凝土强度和抗拉强度。含泥量高的骨料，容易产生裂缝，不同的骨料与浆体界面的粘结性能以及骨料的吸水率等因素的影响也不容忽视。因此，正确选用砂石骨料对保证混凝土质量、性能、节约水泥用量、降低工程成本都非常重要。3.4 矿物掺合料矿物掺合料，又称为辅助胶凝材料，包括粉煤灰、矿渣、硅灰、窑灰、高岭土等，已成为现代混凝土不可缺少的组份之一。矿物掺合料在混凝土中的应用，不仅满足可持续发展的要求，且可改善新拌混凝土的工作性、调整实际构件中混凝土强度的发展、提高抗化学侵蚀的能力、增强混凝土的耐久性。矿物掺合料的添加必然改变水泥各成份的水化环境，继而影响水化过程和机理，改变水化产物的各项特征，最终表现为对材料宏观性能的影响。矿物掺合料对商品混凝土早期收缩开裂的影响比较复杂。理论和实践证明，其合理使用能使混凝土更为致密，有利于减少收缩，同时增加和易性、降低泌水、提高泵送性能和减少水泥用量。但如果使用不当，反而会增加开裂。首先，一般掺有矿物掺合料的混凝土早期强度低，容易因施工荷载过大而产生开裂。其次是由于粉煤灰等材料的密度较水泥的小，混凝土振捣时容易浮在混凝土表面，使上部混凝土中粉煤灰较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩开裂。实践证明，同等条件下，掺硅灰的商品混凝土更易产生早期裂缝，且开裂程度严重。吹风条件下，掺粉煤灰的商品混凝土比普其它地区商品混凝土更不易产生早期裂缝。4结束语商品混凝土与普通混凝土相比，早期裂缝问题更为严重。就原材料方面看，西北地区所产原材料质量较差，水泥水化热普通较高，石子、砂一般应用黄河产卵石、河砂，质地不够坚硬，级配较差且含泥量较大，这些特点都不利于早期裂缝的控制，加之西北地区气候条件恶劣，昼夜温差大，气候干燥，施工技术的落后等特点，使商品混凝土早期裂缝的问题更加突出。了解商品混凝土早期裂缝及其产生的机理后，我们对上述特点加以分析，有针对性做相关的试验，相信可以找出引起商品混凝土早期裂缝的主要因素，并制定相应的控制裂缝措施。