开裂的原因

金黔在线讯 混凝土的开裂的原因有许多种,但收缩是一个不容忽视的方面。混凝土的收缩现象有干燥收缩和温度收缩,这里主要介绍自身收缩。

自身收缩与干缩一样,是由于水的迁移而引起。但它不是由于水向外蒸发散失,而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降,形成弯月面,产生所谓的自干燥作用,混凝土体的相对湿度降低,体积减小。水灰比的变化对干燥收缩和自身收缩的影响正相反,即当混凝土的水灰比降低时干燥收缩减小,而自身收缩增大。如当水灰比大于0．5时,其自干燥作用和自身收缩与干缩相比小得可以忽略不计;但是当水灰比小于0．35时,体内相对湿度会很快降低到80%以下,自身收缩与干缩则接近各占一半。

自身收缩在混凝土体内均匀发生,并且混凝土并未失重。此外,低水灰比混凝土的自身收缩集中发生于混凝土拌和后的初龄期,因为在这以后,由于体内的自干燥作用,相对湿度降低,水化就基本上终止了。换句话说,在模板拆除之前,混凝土的自身收缩大部分已经产生,甚至已经完全,而不像干燥收缩,除了未覆盖且暴露面很大的地面以外,许多构件的干缩都发生在拆模以后,因此只要覆盖了表面,就认为混凝土不发生干缩。

在大体积混凝土里,即使水灰比并不低,自身收缩量值也不大,但是它与温度收缩叠加到一起,就要使应力增大,所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。现今许多断面尺寸虽不很大,且水灰比也不算小的混凝土,如上所述,已“达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大限度减少开裂影响”,因而也需要像大坝一样,需要考虑将温度收缩和自身收缩叠加的影响,况且在这些结构里,两者的发展速率均要比大坝混凝土中快得多,因此也激烈得多。

另外,混凝土在各种不同情况下的开裂有着相当复杂的、多方面的原因。例如,因为自身收缩的上述特点,所以高强混凝土在浇注后需要及早开始湿养护,尤其当混凝土体温度、环境温度较高时更要注意。现行规范中对普通混凝土加强养护的措施,对高强混凝土就要理解为及早,而不是延长养护时间了。为了开始湿养护,就需要拆除模板,至少要松动,而这在工程中往往难以实现,于是刚一拆模就发现裂缝的现象屡见不鲜。

一般来说,水泥的品质对混凝土的开裂的影响十分显著。什么样的水泥较好呢?含碱(Na2O、K2O)量低、硫酸盐含量(相对于铝酸盐而言)多、粉磨细度较小的水泥抗裂性能较好。国内市场上现在充斥着粉磨细度大、C3S矿物含量高的早强水泥,很多水泥产品的硫酸盐含量又不高(据了解,美国、法国等国的石膏掺量取决其铝酸盐含量,即二者的比例限制在一定范围内。我国则固定石膏用量为3—5%),这些水泥生产中存在的问题,是导致混凝土开裂非常重要的原因。

防范措施

针对温度收缩已成为引起当前结构混凝土开裂的主要原因,下面着重谈谈掺粉煤灰减少或避免开裂的问题。众所周知,为避免大体积混凝土开裂首先采取的措施就是掺用火山灰,国内众多大坝在施工时通常也采用大掺量粉煤灰来降低温升,取得了良好效果。但是对于现在许多工程常用的C30混凝土,按照一些规范限制的25%掺量以内的粉煤灰来配制,无论是力学性能,还是抗裂性、耐久性都未见得有显著效果,多数情况下还不如没掺粉煤灰的混凝土,其原因何在呢?有关专家对它进行了一定的研究,这里不再详述。

在实际工作中,为了防止混凝土的开裂,应注意以下几点:

1、一定范围里,是混凝土的水胶比,而不是粉煤灰的掺量决定使用效果。上述现行规范限制粉煤灰掺量在25%以内,是最不利于粉煤灰的掺量范围。因为粉煤灰水化缓慢,生成物少,粉煤灰混凝土适宜的水胶比在0．40以下;普通混凝土常用的0．50左右水灰比条件下掺10—20%粉煤灰,即使同时掺有高效减水剂,一般水胶比仍需维持在0．40以上。但是如果继续增大粉煤灰掺量,由于粉煤灰表观密度约只有水泥的2/3,拌和物浆体含量的增大就可以产生降低水胶比的作用。例如国内通常配制C3O混凝土的水泥用量约在350kg/m3(比国外偏高的原因是粗骨料粒形不好、缺乏5—10mm颗粒,因而空隙率大),当采用Malhotra的配合比,即水泥用量150kg/m3、粉煤灰200kg/m3时(总胶凝材料用量仍是350kg/m3),水胶比可以降低到0．35左右(取决水泥与粉煤灰的需水量),当采用525#水泥时,1d强度可以达到10—15MPa;28d强度40MPa以上,优于纯水泥350kg/m3的混凝土。

2、粉煤灰混凝土拌和物的粘度,尤其是粉煤灰掺量大时,要显著大于相近水灰比的纯水泥拌和物,但在泵送或振动外力的作用下,由于粉煤灰颗粒的滚珠润滑作用,表现为泵送压力低、易于成型密实。反之,盲目地将粉煤灰混凝土与普通混凝土保持相同的大坍落度,倒容易出现粉煤灰上浮、拌和物匀质性不良的离析现象。有资料显示:粉煤灰混凝土的坍落度仅70mm,就可进行良好泵送。

3、与纯水泥混凝土不同,粉煤灰混凝土浇注后要及时覆盖,但一般不要喷雾,尤其不要洒水或浸水养护。加拿大的研究证明:表面喷洒养护剂混凝土试件的抗盐冻剥落性能比标养试件要明显的好。

4、当普通混凝土温度,或者气温升高时,浇注后由于水泥水化加速带来一系列不良影响:坍落度损失快、硬化混凝土微结构不密实、温峰增大、易开裂和后期强度受影响等。对大掺量粉煤灰混凝土则带来的弊病少、益处多。这表明:依据小试件在标准养护室存放28d得到的试验结果进行原材料选择和配合比设计,在比较上述两种混凝土时,是很难反映实际结构混凝土性能的,这种试验检测与评价方法迫切需要改变,否则改善混凝土结构开裂问题的努力就难以奏效。

大掺量粉煤灰混凝土的抗裂性能优异无可怀疑,它能带来的经济效益更无需赘述,同时混凝土结构的耐久性可以得到显著改善,粉煤灰的高值利用也将为环境保护,为建设事业的可持续发展带来益处。我国水泥产量世界第一,粉煤灰的排放量也占首位,充分地利用粉煤灰资源的意义深远、前景广阔。但是,粉煤灰也会给人类带来一定的负面影响,它有一定的放射性,会给人类一定的伤害。因此,我们应该利用它有利的一面,避免它有害的一面,造福人类。