建筑材料性能對混凝土早期裂縫的影響

光鑒淼

摘 要：對混凝土早期裂縫展開了詳細的分析，闡述在當前的建筑結構混凝土施工中早期裂縫的易發部位，通過理論分析的方式進行早期裂縫發生規律與材料性能之間關系的詳細研究，分析水泥、骨料、粉煤灰等各類材料性能對混凝土早期裂縫造成的直接影響，提出了控制混凝土早期裂縫產生和發展的有效措施，以期起到借鑒意義，提高混凝土施工水平。

關鍵詞：混凝土；建筑材料性能；早期裂縫；影響

中圖分類號：TU755? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）04-0016-03

1 混凝土早期裂縫易發部位

建筑工程的混凝土施工中，早期裂縫的出現頻次較高，總結早期裂縫的發生機理、出現部位發現，一般在箱型梁腹板、薄構件與厚構件連接處、錨固區與受力筋拼接縫等特殊位置。

箱型梁腹板施工作業中，如頂板與底板的溫差超出了正常標準，該位置將伴隨著或大或小的開裂現象。底板厚度較小時，腹板上部出現開裂的幾率較高。底板的厚度較大時，在腹板下部位置易出現開裂現象。厚腹板無法抵御來自底板的溫度變形作用，為此裂縫很難避免[1]。

另外，在薄厚構件交接處，薄構件的溫度變化異常迅速，有更強的收縮特性，在拉力作用下易產生裂縫。

新舊混凝土交接時，錨固區可承受的拉力非常小，一旦承受的拉力超出了自身的限值，將形成裂縫。受力筋拼接縫部位承受的作用力較為復雜，包含應力作用、溫度影響，易誘發局部變形與裂縫。

2 早期裂縫發生規律與材料性能之間的關系

2.1 各種因素疊加造成早期裂縫

混凝土作為建筑施工中的重點部分，早期裂縫雖為一種較為常見的施工質量問題，但其發生位置具有一定的特殊性，一般在混凝土厚度有明顯差異的結構位置或者連接部位等較為常見。依據施工經驗，出現混凝土早期裂縫的部位主要受到了溫度、材料收縮膨脹應力的影響，而產生了一定的裂縫，混凝土早期裂縫如圖1所示。當混凝土作業結束并固化后，構件抗剪切性能在溫度、材料影響下處于持續波動中，且在澆筑時澆筑斷層連接部位的約束作用、結構自身重力也持續變化，因此，混凝土早期裂縫為多種因素作用的結果。

2.2 建筑材料性能不佳造成裂縫

工程現場制作混凝土之前，為保障配制的混凝土可滿足實際的施工需求，施工人員不僅要依據施工標準來選擇各種原材料，還要開展現場試驗，根據試驗結果來確定最佳的配合比。在此過程中，各種材料的性能、質量、配合比為決定混凝土強度、坍落度等指標的重要因素，如施工中存在材料質量問題或者配合比不佳，將導致混凝土的固化強度達不到施工標準，使早期裂縫發生的可能性增大。

3 建筑材料性能對混凝土早期裂縫的影響

3.1 水泥性能

混凝土是多種材料在特定的比例下混合均勻所形成的，水泥為其中不可或缺的材料。根據混凝土多年施工的經驗，混凝土強度一直是行業內關注的重點指標，這一指標與許多因素都有關，水泥強度、骨料表面黏結強度為主要影響因素，而混凝土的收縮性又在很大程度上由水泥性能所決定。

水泥性能對混凝土早期裂縫的影響較大。水泥的成分復雜，未經水化的水泥顆粒、水化產物的含量較高，不同分子之間持續作用，而分子之間有間隙，無法保障水泥的強度，如施工中選擇的水泥，顆粒半徑相對較小，將意味著更快的水泥水化、凝結速度，水泥在較短的時間內能發生并完成水化反應。在混凝土施工中混凝土凝結所消耗的時間較短，混凝土早期強度較大，對預防早期裂縫非常有效。

細度也是水泥材料中需關注的一大指標，結合現有的相關研究，水泥顆粒直徑與其水化速率、收縮性能有關，為保障所選用水泥的性能符合施工要求，采購水泥時需考慮其顆粒直徑這一指標[2]。

現階段，行業內相關人員針對混凝土開展了很多專業化分析，在這些研究成果基礎上，行業內對混凝土施工中的水泥性能提出了全新的要求。市場上的水泥類型較多，不同廠家生產的水泥性能差異較大，當水泥中的C3A含量超出了正常標準，而其他條件相對正常，混凝土的收縮性更強，無法達到抗裂要求。如水泥中的C3S含量較高，其他條件固定不變，混凝土將有較小的收縮性、更大的抗裂性。正是因為市場上有多品牌的水泥，每個品牌下水泥的物質含量各有差別，如施工建設中混用不同品牌的水泥，將增大混凝土早期裂縫的出現幾率。為此，對于同一個建筑工程項目而言，最好選用同一型號的水泥。

3.2 骨料性能

骨料也是混凝土中不可或缺的材料，該材料的性能對混凝土早期裂縫也有一定的影響，具體從以下4個方面來分析。

3.2.1 砂率對混凝土的影響

對于混凝土的收縮性，利用一定的粗骨料可起到平抑作用。相關研究人員采取了控制變量、對比分析的方式進行研究，研究結果表明：在其他材料各方面參數不變時，混凝土干燥收縮性與骨料砂率有關，較小的骨料砂率對應著較小的混凝土干燥收縮性。

3.2.2 砂細度對于混凝土的影響

在關注混凝土中的骨料性能時，施工人員也需分析砂細度。建筑工程的混凝土施工作業中，如骨料砂細度較大，意味著混凝土有較大的比表面積，為達到混凝土施工的質量目標，施工過程中常加大水泥材料用量，但增加水泥用量的同時，也會因為水泥本身的特性而導致混凝土有較大的收縮性，易引發混凝土的早期裂縫。骨料中的砂細度為決定混凝土收縮性的重要因素，二者同樣為正相關關系，為提高混凝土施工質量，現場作業中需嚴格控制骨料的砂細度指標，最好選用粗砂材料。

3.2.3 粗骨料對混凝土的影響

混凝土收縮性也與粗骨料的顆粒直徑有關，二者為反向變化關系，建筑項目中選擇小骨料粒徑的情況下，比表面積越大，混凝土的收縮性越強。在工程建設中通過科學選用骨料、控制骨料粒徑，可使骨料取代一部分水泥的作用，減少水泥用量并抑制混凝土的收縮特性。

當然，施工建設中選用骨料的表面粗糙程度也需尤為注意，因為這一指標影響骨料對水泥的黏結，表面粗糙程度越大，越有利于黏結水泥。現場施工作業中，如原材料、混凝土坍落度指標要求一致，選用表面光滑的石子、粗糙的石子時，對混凝土的黏結能力完全不同，相比較而言，表面粗糙石子配制的混凝土，強度更大，更能符合混凝土結構施工要求。

3.2.4 骨灰比

混凝土施工作業中的骨灰比也是一個重要參數，就是骨料質量與水泥質量的比值，如在施工過程中的水灰比、坍落度為固定值，增大骨灰比可大大提高混凝土的強度，但骨灰比并不是可無限增大的指標，而存在一個合理區間。當下行業內對混凝土施工的各項規定中，對骨料顆粒直徑、級配有嚴格限值，商品混凝土砂率在40%以上時，普通混凝土砂率略低，商品混凝土石子粒徑為5～20 mm，普通混凝土石子顆粒直徑略大，滿足這一條件時混凝土結構之間的連接性不好，出現早期裂縫的幾率較高。

3.3 粉煤灰性能

建筑材料性能對混凝土早期裂縫的影響也體現在粉煤灰方面。粉煤灰對混凝土早期裂縫的影響較為復雜，合理應用粉煤灰可消耗掉水泥中的氫氧化鈣。此消耗過程就是水化反應，在該反應中粉煤灰屬于反應物質，可加快反應速率。生成的反應產物可填充混凝土中的毛細孔、孔隙，進而保障混凝土的密實性，應對混凝土的收縮。

市場上的一些工程企業，在混凝土施工過程中未正確使用粉煤灰，嚴重影響了混凝土質量。造成的直接后果就是混凝土早期強度偏低，施工作業中存在施工荷載，易形成早期裂縫。在混凝土澆筑與振搗環節，粉煤灰與水泥性質相比較，其相對密度非常小，往往直接上浮于混凝土表面，水化反應速率明顯降低。在混凝土干燥時因為有水分蒸發，造成混凝土的塑性收縮，而在混凝土內部存在張拉應力，一旦混凝土的強度達不到施工標準，同樣會出現裂縫問題。

3.4 礦物摻合料性能

混凝土施工作業中，礦物摻合料是一種重要材料，從根本上看屬于一種輔助材料。在施工中規范使用這一材料，需要選擇恰當類型的礦物摻合料，并嚴格控制該種材料的用量，來發揮此材料在提升混凝土性能方面的作用。一些建筑工程的混凝土作業中，礦物摻合料的用量過多，更容易出現混凝土裂縫。為此，任何建筑工程的混凝土施工作業中，如需使用礦物摻合料，不僅要選擇最為合適的類型，更需要控制用量。

3.5 水灰比、坍落度

混凝土施工作業中，水灰比與坍落度也是需關注的重點指標。如水泥標號相同，較小的水灰比將對應著較大的水泥石強度，與骨料將有更大的粘結力，更能保障混凝土的強度指標達到施工要求。與此同時，由于混凝土施工中也對和易性、水泥用量等有嚴格的規定，為達到這些要求，施工現場的水灰比不應過小，否則，將不利于保障混凝土的整體強度。

目前許多建筑工程中，針對混凝土施工作業，為了給泵送混凝土創造良好施工條件，商品混凝土的坍落度一般不得低于10 cm。對高層建筑混凝土作業，坍落度要求更高，一般需在20 cm以上。為此，最為理想的條件下水灰比需保持在0.6左右。一些工程的混凝土作業中，存在水泥硬化現象，這一問題主要是因為水分蒸發、膠凝體失水后干縮所引起。對于商品混凝土而言，加入一定的減水劑，雖減小了水灰比，也可以為泵送創造良好的條件。但部分項目中，商品混凝土從攪拌站運輸到施工現場往往要消耗較長的時間，再加上在工程現場未分配專人來做好施工監管，導致前期配制好的混凝土被加水。加水后再開展2次攪拌，水灰比顯著增大，易造成混凝土收縮裂縫。

4 控制混凝土早期裂縫的措施

4.1 選擇合格的原材料

混凝土施工中包含的原材料類型較多，為保障混凝土的各方面性能均可符合建筑結構施工的有關要求，在工程企業內必須強化原材料質量管理與控制，避免原材料質量不佳導致混凝土質量問題。以水泥為例，為減小水泥水化反應對混凝土的負面影響，一般應盡可能采用低水化熱、收縮性小、耐久性好的礦渣水泥，并需檢查水泥的細度，合理控制水泥使用量。砂材料要選擇細度模數為2.8～3.0的中砂，且砂的含泥量不得超過2%。石子應選用級配較好的碎石，同樣含泥量也需嚴格控制，一般不超1%。

4.2 合理選用外加劑

混凝土中的外加劑屬于添加劑，對提升混凝土性能的意義重大。施工作業中為發揮外加劑的作用，一般應采用二次添加法。具體來說，就是預制攪拌時先在混合料中添加70%的外加劑，將攪拌的混合料運輸到現場后再添加剩余30%的外加劑，通過這一處理方法可減小坍落度損失，保障水灰比的合理性。如在部分工程的混凝土作業中，可在混合料中添加適量的粉煤灰，以利用粉煤灰來優化混凝土性能。

4.3 加強現場控制和驗收

建筑工程現場的混凝土施工作業具有較大的難度系數，對技術要求較高，如果工程現場存在不規范施工行為，同樣會造成早期裂縫。為避免施工人員操作不當引發早期裂縫，工程企業需做好現場控制與驗收，針對混凝土施工的具體要求，分配專業的技術與管理人員來負責現場的控制與驗收，以確保混凝土施工的每個環節均能按照技術規范來實施。如在工程現場的檢查與驗收中發現施工不規范情況，技術與管理人員需立即向有關部門反饋問題，由該部門根據現場的實際情況來進行處理。

4.4 注意泵送速度和入模量

建筑工程的混凝土施工環節包含泵送工序，泵送是否規范也會影響混凝土的質量，如現場泵送混凝土存在問題，也可能加劇混凝土早期裂縫。為此，為最大程度上減少早期裂縫的出現，施工人員需根據總體的施工規范與要求來制定泵送方案，在方案中清晰規定泵送工藝要點，標明泵送速度、每次的入模量。

澆筑完成后的混凝土需由專業的技術人員來負責二次振搗，振搗時需保持充分性、均勻性，及時排出混凝土中的水分，增強混凝土的密實度，從源頭上抑制混凝土內部裂縫，提高混凝土與鋼筋的握裹力。通過大量的，強化泵送速度與入模量管理，并規范實施振搗作業，有利于保障混凝土的抗壓強度。

當混凝土振搗作業結束后，現場作業人員需立即進入養護階段，通過保溫與保濕處理來達到養護效果，防止混凝土出現早期塑性裂縫、干縮裂縫。養護工作中除了要保障養護處理的及時性、方法的正確性外，更需要在整個操作過程中控制養護時間，保障養護時間足夠14 d，避免養護不到位引起混凝土質量問題。

5 結語

建筑工程中的混凝土施工作業十分關鍵，當下的工程項目中，混凝土早期裂縫問題時有發生，影響了混凝土的施工質量。考慮到建筑材料性能對混凝土早期裂縫的直接影響，工程企業在現場的施工作業中需強化施工技術管理與質量控制，從建筑材料性能控制角度保障混凝土作業的規范性。

參考文獻

[1] 肖建莊，陳祥磊，李標，等.納米SiO2和粉煤灰復摻對再生混凝土性能的影響[J].建筑科學與工程學報，2020，37（1）：26-32.

[2] 李文梟，楊勇新，鄒經，等.鱗片改性對混凝土細觀抗裂性能影響的試驗研究[J].工業建筑，2020，50（3）：136-141.