材料在混凝土裂缝控制中的影响

2022-09-11

混凝土裂缝分为温度冷缩裂缝, 干缩裂缝, 冻裂, 碱骨料反应膨胀裂缝, 碳化裂缝, 硫化物氧化裂缝, 硫酸盐及其他空中有害气体侵蚀混凝土又引起钢筋锈蚀产生的裂缝, 前三种裂缝一般在施工期产生, 其他各种裂缝一般在使用的过程中产生。对于混凝土的裂缝控制而言, 它是材料, 施工养护, 管理和环境等多种因素组成的系统工程, 是多环节的相互联系和合作的统一体, 不同的工程, 不同的技术要求和不同的边界条件都会使混凝土在配合比设计, 材料选择以及养护方法, 施工工艺和技术措施上出现差异。下面分析一下混凝土中材料对裂缝的影响。

1 集料对混凝土裂缝控制的影响

1.1 集料粒径对混凝土裂缝控制的影响

集料, 又称骨料, 是混凝土的重要组成材料之一, 对混凝土的许多重要性能如体积稳定性、极限拉伸和耐久性等都会产生相当大的影响, 通过混凝土界面过渡区的显微硬度测试和扫描电镜观察, 可以看到随着粗骨料粒径的增大, 界面过渡区的显微硬度值减小, 界面过度层变厚。大粒径粗骨料混凝土界面过渡区的显微硬度低于所配制的混凝土, 其界面过度层中Ca (OH) 2晶体尺寸较大, 结晶富集且垂直于骨料表面生长、取向度较大, 孔隙率较高。

有关实验表明, 在混凝土承受荷载前, 对不同粒径粗骨料所配置的混凝土试件进行切片, 用立体显微镜观察其界面缝, 结果表明:粒径为15mm~25mm粗骨料周围的界面裂缝宽度为0.1mm左右, 裂缝长度为骨料周长的2/3, 而且界面裂缝与周围水泥砂浆中的裂缝联通的也较多, 而粒径为5mm~10mm粗骨料, 界面裂缝宽度均匀, 仅0.03mm, 裂缝长度仅为骨料周长的1/6。粒径大小不同的粗骨料在界面结构特征上所存在的种种差异, 说明了粒径较小的粗骨料界面过渡区优于大粒径粗骨料, 从而可以阐明粗骨料粒径效应的机理主要在于其界面结构的变化。

另外, 在单骨料与多骨料的模型试验中发现, 不论粗骨料粒径的大小, 粗骨料的上部与下部界面的显微硬度分布曲线存在着显著地差异。下界面的显微硬度分部曲线在粗骨料附近有一个明显的低谷, 暨存在着一个较弱的界面过渡区, 而上界面, 此现象不明显, 且显微硬度值明显高于下界面, 粗骨料上部与下部过渡区的差异, 是由于水囊积聚所形成, 粒径大小不同的粗骨料, 下部水囊的积聚量也不同, 大粒径粗骨料的下部比小粒径粗骨料有更多的水富集, 水囊中的水蒸发, 则在粗骨料下界面产生界面缝, 因此, 大粒径粗骨料下部的界面裂缝必然比小粒径粗骨料的宽。

混凝土的极限拉伸与骨料的最大粒径有关, 粒径愈增大, 抗拉伸能力愈降低, 混凝土的抗拉伸能力是碎石明显高于天然乱石。对于混凝土的裂缝控制而言, 混凝土的极限拉伸是一项十分重要的指标。正确选择集料的品种是配置高性能混凝土的基础, 集料在传统混凝土中主要起骨架作用和减少由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化, 同时还作为胶凝材料的廉价填充料, 在高性能混凝土中, 集料用料、品种、性能等对流动性、强度、和耐久性都有影响, 在自流平混凝土中, 良好的集料粒形成对增加流动很有益, 集料中如果含有蛋白石、玉髓、微晶石英等矿物成分就有可能导致碱-集料反应的发生, 会引起砼膨胀开裂, 甚至破坏, 极大地影响砼的耐久性等。

1.2 集料强度对裂缝控制的影响

骨料的骨架作用主要是稳定混凝土的体积, 纯的水泥浆体硬化后收缩过大, 无法用于结构, 必须有骨料对水泥浆体收缩起约束作用, 骨料在混凝土中必须占据大部分体积, 至于骨料强度对砼强度的影响则随着混凝土拌合物浆骨比的增大而减少, 只有水泥用量特别少的干硬性混凝土, 骨料的强度才重要, 对于当前坍落度在100mm以上的泵送混凝土。骨料的强度并不影响混凝土的强度。

从骨料性质来说, 影响混凝土强度的不是骨料强度, 而是骨料的形状和表面特征, 对抗弯强度比对抗压强度影响更大些。鉴于混凝土的体积稳定性是混凝土的质量的重要性质, 则尽量减少混凝土的浆骨比就成为提高混凝土质量的重要措施, 砂石含泥量的影响远不如混凝土拌和物骨浆比的影响更大。

1.3 骨料含量对混凝土裂缝控制的影响

在混凝土配合比设计中, 对干缩的影响首先反映在骨料的体积含量。当骨料体积含量从71%增加到74%时, 在相同水灰比的情况下, 砼收缩值可降低约20%。因此, 合理的砼配合比设计在满足施工条件下尽可能地提高骨料的体积含量是裂缝控制的先决条件。

2 水泥对混凝土裂缝控制的影响

水泥的选用:水泥是砼中最重要的胶凝材料, 他的选择直接影响砼的性能和成本, 我国的水泥种类很多, 按照水泥孰料的矿物组成来划分, 包括硅酸盐水泥, 铝酸盐水泥, 硫铝酸盐水泥, 氟铝酸盐水泥, 铁铝酸盐水泥等, 配制砼选用的水泥应具有足够的强度, 同时具有良好的流变性, 并与目前广泛应用的高效减水剂有很好的适应性, 较容易控制塌落度损失。

水泥的强度是按标准在固定水灰比下检测的。70年代检测的500#水泥使用的水灰比约是0.36, 现行水泥标准修订前检测水泥强度使用的水灰比是0.44, 而当前使用的是0.5, 水泥标准修订后对水泥强度要求高了, 水泥厂多采取提高C3A和C3s以及比表面积的措施来提高水泥的强度。同时带来另一方面的结果则是水化热增大。流变性能变差, 抗化学腐蚀性下降, 收缩增大, 开裂敏感性增加, 而且早期强度高而后期强度增长率减小, 甚至会倒缩, 由于现行水泥国标对水泥的强度和比表面积只规定下限而不规定上限, 有的水泥厂的产品实际强度比标称强度高出许多, 被大多数人认为是好水泥, 活性越大的水泥存储性能越差, 因此常有42.5水泥和52.5水泥的28天实测强度差不多的现象, 出于价格的考虑, 42.5水泥比52.5水泥销路好, 但是强度的大幅度提高, 增加了水泥的易裂行。因此, 单纯以强度评价混凝土的好坏是传统思维造成的误区, 应当把这种观念变成:水泥强度的高限比底限还重要, 抗裂性比强度更重要, 最重要的是质量稳定。

3 钢筋对混凝土裂缝控制的影响

钢筋的选择对混凝土裂缝控制也起着非常大的作用。采取直径相对小而布置密集的钢筋布置方案要比直径相对粗而间距比较大的钢筋布置更有利于混凝土的裂缝控制。另外, 在国际上, 有些国家在设计时就考虑了利用钢筋来防止混凝土表面开裂的构造措施, 比如, 在基础的侧面和顶面都布置有防裂钢筋, 可喜的是, 现在我们国家对一些保护层比较大的构件也考虑了在其表面上增加一层防裂钢筋的构造措施。

摘要：介绍了混凝土中几种主要材料包括骨料、水泥和钢筋对混凝土裂缝控制重要性。

关键词：裂缝控制,骨料,水泥,钢筋