探析建筑材料性能对混凝土早期裂缝的影响

胡又平

（广西武宣东强混凝土搅拌有限公司，广西 来宾 545900）

裂缝是混凝土施工中需要重点控制的质量缺陷，其基本形成机理是在某一时间点应力作用超过结构的抗拉强度，从而破坏原材料之间的紧密结合而导致裂缝的出现。而混凝土结构在施工过程中出现的裂缝被称为早期裂缝，其特点是对结构的力学性能没有影响，成因是内部的收缩、膨胀等应力作用，因而与材料的性能直接相关。

1 早期裂缝发生规律及其与材料性能之间的联系

1.1 早期裂缝发生规律

在建筑混凝土施工实践中早期裂缝在特定部位的发生概率极高，包括薄厚有明显差别的构件衔接部位、箱梁腹板、大体积混凝土以及锚固区域等。结合对早期裂缝形成阶段相关部位应力分布和变化特点的分析不难发现这些部位受到温度、干缩以及材料膨胀应力影响最大。在混凝土固化至理想强度前，其结构抗拉、抗剪切性能处于渐变过程，源自于温度不均匀变化、不同构件、浇筑段与层之间衔接部位的约束作用以及结构自重的应力也在持续变化并作用于养护中的混泥土结构，所以裂缝的形成受到工艺设计、施工作业以及结构设计的影响。而早期裂缝易发部位正是在固化过程中内外部温差偏大、结构相对薄弱或者表面水分散失快的位置，所以温度和干缩应力更容易超出结构自身强度，造成早期裂缝集中产生。

1.2 与建筑材料性能之间的联系

混凝土原材料的选择、配方设计决定了固化过程中构件强度、干缩和温度应力的变化规律，所以虽然早期裂缝的形成与结构形式存在一定的关系，但原材料的选择及配方设计才是是否出现早期裂缝的决定性因素。首先，混凝土中的水泥种类、外加剂类型以及配比等工艺参数一旦确定，在混合料浇筑成型后结构强度随时间变化的曲线基本确定，也决定了水化热带来的温升幅度与速度、水分散失而形成的干缩应力大小。所以，能否避免早期裂缝形成关键在于了解水泥等建筑材料的性能特点，明确混凝土配比以及原材料性能指标对混凝土收缩率、早期强度以及温度应力的影响。

2 材料性能和混凝土内部应力的关系

2.1 水泥类型及各项性能参数

水泥通过水化反应起到固化和凝聚混凝土材料的作用，不同类型的水泥在收缩率、化学成分以及细度方面均存在明显区别。而收缩率越大则意味着混凝土在固化过程中的收缩值越大、凝结速度更快，因而收缩应力相对较大，生成早期裂缝的风险也就越高。水泥化学成分中的氧化钙与氧化镁等在参与水化反应时存在反应时间滞后且生成物体积膨胀的问题[1]。因此如果含量偏高则导致混凝土结构内部受到分布不均匀的膨胀应力的作用，而此时构件已经达到一定的固化强度，所以趋于稳定的微观结构遭到破坏，从而产生早期裂缝。此外，水泥的细度与其水化反应速度正向相关，所以细度越高则水化反应时间越短，意味着破坏其结构在固化早期承受更大的收缩应力，因而更易出现早期裂缝问题。

2.2 骨料粒径、级配以及品质的影响

骨料是保障混凝土结构力学性能的关键，在混合料拌合过程中如果骨料的表面积越大则需要更多水泥才能完全填充骨料之间的孔隙，并使之固结为一体，用水量也会相应增加，意味着产生更多水化热，从而形成更大温度应力和收缩应力。因此，骨料的砂细度与级配需要得到合理控制才能避免出现早期裂缝。

2.3 外加剂和掺和料的影响

混凝土的配方设计需要衡量待浇筑构件的力学性能、经济性以及施工工艺可行性等多方面的要求，因此时常需要通过使用外加剂和掺和料，力图改善混凝土的性能并控制水泥用量、水灰比等工艺参数，使设计方案既确保浇筑后的构件顺利固化至理想强度，又可以满足泵送等工艺流程的要求。但减水剂等外加剂的使用虽然能改善混凝土的工艺性能或提升构件早期强度，却也会带来收缩率上升等风险。而粉煤灰等掺和料的添加有助于控制水泥用量并提升混凝土结构性能，理论上有助于抑制早期裂缝的形成[2]。但前提是精确计算和控制掺和比例，否则导致破坏其早期强度不达标，或者因粉煤灰水化反应过慢造成水分过度蒸发，形成较大的收缩应力并带来早期裂缝。

3 早期裂缝的防控对策

3.1 优化破坏其原材料选择

鉴于建筑材料性能与破坏其早期裂缝形成具有显而易见的联系，在工艺设计以及施工筹备阶段首先必须对每种原材料的性能进行科学的评估和计算，重点关注水泥水化热、骨料粒径等参数，以便有效控制破坏其浇筑后的温度应力、收缩值，降低早期裂缝的发生概率[3]。以能够满足设计、施工工艺要求以及结构承载力需要为前提，慎重选择水泥类型和外加剂种类，原则上应尽量使用中粗粒径的骨料。其次应按照相关技术规范进行必要的原材料性能试验，验证和确认每种材料的性能可以达到要求。

3.2 基于科学试验优化配方设计

目前随着混凝土施工以及相关材料研发的不断进步，混凝土的原材料种类和配方设计更加多样化，能够降低用水量、提升混凝土结构强度以及改善混合料工艺性能的外加剂种类越来越多。虽然有助于保证混凝土施工质量，却给混凝土配方设计带来更高难度和更大风险。任何一种材料使用不当都有可能带来质量问题。因此，首先应在混凝土配比设计中进行规范化的试验，针对不同配方进行试拌和制作试件实施检测，结合工程的结构特点与设计要求评估设计方案的合理性并进行必要的优化[4]，从而确定最佳的配比、骨料级配等工艺参数以及外加剂类型和用量，有效防控早期裂缝以及其它施工质量缺陷。

3.3 做好原材料性能检测与品质控制

混凝土施工原材料的品质天然具有不稳定的特性，尤其是骨料的粒径和含泥量往往难以精确的控制。因此要想有效防控早期裂缝的形成还必须在施工阶段制定可行的原材料性能检测与品质控制方案，确保每批材料的性能、规格均能达到工艺设计标准。首先对水泥的品质根据相关技术规范进行抽样测试，重点检验其细度、水化热等指标是否和设计要求相符。其次，检验骨料的粒径、含泥量以及含水率等参数，确保各项数据在允许的范围内。此外也必须对预拌混凝土的塌落度等指标进行现场检验，并按照规范要求制作试件用于性能评定，也作为构件养护技术方案设计的依据。

4 结语

虽然混凝土早期裂缝的形成机理并不复杂，但起到直接作用的内部应力影响因素却十分多样，而且相互之间存在关联，所以控制难度较大。但与内部应力大小相关的混凝土水化热、固化时间以及收缩和膨胀系数都取决于水泥等建筑材料的性能。因此要想降低早期裂缝的发生概率必须从优化混凝土原材料的选择和配方设计入手，按照相关技术规范对每种原材料的各项性能指标进行分析、计算以及检验，确定最终的工艺参数和施工技术方案。