耿花 ¹   張高峰²   楊福生²   賀瑞³

（1 咸陽市建設工程安全質量監督站  712000；

2 陜西建工集團第六建筑工程有限公司  712000

3 陜西省建筑科學研究院  710082）

    建筑材料的組成、結構、規格、使用及選擇,直接影響建筑工程的堅固、耐久、適用等工程質量。材料的化學成分、礦物成分將影響一系列工程質量,如硅酸鹽水泥中硅酸三鈣含量愈多,則水泥的硬化愈快,水泥石的強度愈高;硅酸鹽水泥中鋁酸三鈣含量愈多,則水泥石由于放熱量過大,將產生較大的溫度應力而造成混凝土結構開裂影響使用。材料的配合比對筑物的耐久性、承載力等也有一定影響,如水泥混凝土中W/ C 過大時,則孔隙率高,強度和耐久性能差;環境侵蝕將改變材料的成分、結構,從而導致材料性能劣化,引起建筑質量的降低甚至釀成工程事故。因此,保證建筑工程質量,在考慮環境影響的同時,關鍵是正確選擇材料、使用材料和進行合理的材料設計。

 

    材料對建筑工程質量的影響根據不同結構有一定的差異,在此著重探討建筑材料質量及配合比對混凝土結構工程質量的影響及防治措施。

 

    水泥混凝土是以水泥和水組成的水泥漿體為粘結介質,將分散其間的不同粒徑的粗、細集料膠結起來,在一定條件下,硬化成為具有一定力學性能的一種人工石材。那么,其組成材料的質量對混凝土工程的質量必然有著重要的影響。

    1.1 水泥膠結材料

    1.1.1 水泥品種

    水泥品種的選擇主要決定于工程使用性質、施工時氣候條件、所處使用環境、成本等因素。不同品種水泥或同一種品種水泥由于其成分的差別其性能也不盡相同,甚至相差很大。水泥品種的誤用可以引起很多工程缺陷;如抗凍性差、抗干縮能力差、易起粉、早期強度低、抗侵蝕能力差、抗干濕交替變化的能力低等等。

    

    早強型普通硅酸鹽水泥中,國家標準規定其鋁酸三鈣含量為3 %～7 % ,若水泥中鋁酸三鈣的含量達到上限,即使各項指標經檢驗均符合標準,但該品種水泥凝結硬化快,早期強度高,收縮大,使用時如果不采取任何技術措施,很容易因控制不當而產生大的體積收縮引起開裂等工程質量問題。

 

    1.1.2  水泥含堿量

    水泥含堿是引起混凝土產生堿—骨料反應的條件之一。水泥的堿與某些堿集料發生化學反應,可引起混凝土產生膨脹、開裂,甚至破壞。堿集料反應會導致混凝土結構開裂和破壞,而且這種破壞會繼續發展下去,難以補救。國家規定,若使用的骨料有活性成分,水泥中含堿量不得超過0.6 %(按Na₂O+ 0.658 K₂O 計算) 。

 

    1.1.3  水泥的安定性

    水泥在硬化過程中,一般體積都會發生變化。若這種變化是在熟料礦物水化過程中發生均勻體積變化,則對建筑物的質量影響不大。但如果在水泥凝結硬化后由于水泥中某些有害成分的作用,在水泥石內部產生劇烈的不均勻的體積變化,在建筑物內部會產生破壞應力,導致建筑物強度下降、開裂、坍塌等事故。

另外,水泥的凝結時間、水化熱及強度等方面的性質,對混凝土結構工程的質量也有一定的影響,如水化熱高,會導致混凝土結構物形成巨大溫度應力,使混凝土開裂,給工程帶來危害。

 

    1.2 集料

    混凝土是一種復合材料,由膠凝材料和砂石材料組成,砂石材料一般占混凝土體積的3/ 4 ,集料的質量將直接影響混凝土的強度、變形、耐久性。

 

    1.2.1 集料的級配和粒徑

    較好的級配應當是: (1) 集料的空隙率要小,以節約水泥用量; (2) 集料總表面積要小,以減少濕潤集料表面的需水量; (3) 要有適當的細集料,以滿足混合料工作性的要求。因此,良好的集料級配可用較少的加水量制得流動性好、離析泌水少的混合料,并能在相應的成型條件下,得到均勻密實的混凝土,同時達到提高強度、提高耐久性、節約水泥的效果。

骨料的粒徑將影響骨料比表面積的大小、新拌混凝土成型性能、硬化混凝土性能、施工設備的壽命。集料顆粒越大單位重量集料需潤濕的表面積越小,從而可降低拌和物用水量,當達到某一工作性時可以降低水灰比,其強度可以隨之提高。但粒徑過大,將減少粘結面積形成界面應力集中且運輸及施工中會增加離析的危險;同時大顆粒集料,也可能阻塞鋼筋之間或鋼筋與模板之間的窄縫,澆灌時引起離析,也會降低工作性和混凝土抗拉強度。

 

    1.2.2 骨料的活性

    所謂活性骨料即在堿性環境中能與水泥中堿發生反應的集料,這種反應一般在水泥混凝土硬化后進行,反應生成物具有破壞特點,其中最主要的一類就是含活性二氧化硅的集料。

1920年末到1940年初,美國報導了很多由活性骨料導致混凝土建筑結構的破壞。其主要癥狀是結構遍體開裂,類似地圖狀,開裂處經常滲出一種凝膠,引起表面脹崩和裂開,這是由于水泥與活性骨料產生堿集料反應的結果。這種破壞目前尚無徹底根治辦法。

 

    另外,集料中的有害雜質,如膨脹性礦物、硫化物、硫酸鹽、粘土礦物等也對混凝土結構工程造成一定的破壞。

 

    混凝土配合比設計的目的是保證工程質量。優質的混凝土應具備良好的工作性,硬化后具有足夠的強度及必要的耐久性。但根據不同的混凝土結構工程要求不同,其配合比也不同,不良的配合比設計將引起混凝土結構工程的質量。

 

    2.1 水灰比的影響

    水泥漿的稠度取決于水灰比,在固定用水量的條件下,水灰比小時,會使水泥漿變稠,拌和物流動性小;若加大水灰比,可使水泥漿變稀,流動性增大,但會使拌和物流漿、離析,嚴重影響混凝土的強度。

 

    2.2 水泥用量的影響

    水泥用量由強度、耐久性、和易性、成本幾方面因素確定,選擇時需兼顧。水泥用量不夠時,將會導致下列缺陷。混凝土粘聚性差,施工時易出現離析,硬化后混凝土強度低,耐久性差,耐磨性差,易起粉、翻砂。集料間的水泥漿潤滑不夠,施工流動性差,混凝土難于成型密實。

 

    但水泥用量也不可過多,過多的水泥用量不僅提高造價,同時還會導致混凝土硬化后收縮增大,由此引起干縮裂縫增多。

 

    引起混凝土結構工程破壞的因素及防治措施很多,本文僅從材料方面分析由材料引起的混凝土結構工程的質量問題和防治措施。

 

    3.1 采取措施減少溫度開裂

    如前所述,當采用早強型普通硅酸鹽水泥時,由于其凝結硬化快,放熱量大,若控制不當將產生大的溫度應力而導致開裂,為此,可以選用低熱水泥,降低水泥用量,或摻入適量的外摻料,如摻入20 %～30 %的粉煤灰,降低混凝土的水化熱。膠結材料的最終水化熱一般控制在220～250 J / g。另外,改善骨料級配,在現場條件許可和保證質量的前提下,盡可能選擇粒徑較大的骨料,因為好的級配可以在保證混凝土技術性質的同時,可以減少水泥用量,減少收縮裂縫。

 

    3.2 避免由于堿集料反應而造成開裂

    使用安全集料,即經化學法、砂漿棱柱體法確定無害的集料。當使用活性集料時,應使用低堿水泥。

 

    3.3 摻入摻和料或外加劑改善混凝土性能

    摻入適量的外加劑可以改善混凝土的和易性、強度、耐久性,還可以降低造價。如摻加減水劑,在保持用水量和水泥用量不變時,可增大混凝土的流動性;保持混凝土工作性和水泥用量不變,可減少用水量提高強度;保持強度不變,可節約水泥等;再如,在混凝土中摻加引氣劑,經攪拌能引入大量分布均勻的微小氣泡能夠改善混凝土的工作性,并在硬化后仍能保留微小氣泡以改善混凝土抗凍融耐久性。

 

    現有資料表明,利用大摻量礦物摻和料來配制混凝土,是減少開裂以改善耐久性非常有效也十分經濟的技術措施,同時,摻加摻和料還可以起到擬制堿集料反應的發生。與礦渣相比,摻加粉煤灰,尤其是采用大摻量粉煤灰混凝土,改善早期熱開裂更為有效。

    

    混凝土澆筑初期,應在表面灑水覆蓋,目的是防止表面裂縫。

 

    4.1 減小溫度收縮的措施

    (1) 避免高溫和大風天氣下施工,由于混凝土面迅速失水,引起混凝土表面干縮,產生表面裂紋。

    (2) 降低水泥用量,減少溫度收縮。使用低熱水泥及減少水泥用量也可以降低混凝

水泥水化熱對混凝土的升溫影響很大,水泥品種不同,水化熱相差很大,所以要使用低熱水泥或中熱水泥。減少水泥用量的主要措施是選擇粗細骨料級配良好且最大粒徑盡可能大的骨料。另外砂率小,比表面積小也能節省水泥。采用粗砂比細砂可以省水泥,滿足混凝土和易性條件下盡可能降低塌落度,這樣可以減少用水量和水泥用量,摻減水劑,也可以減少水泥用量。

 

    4.4 減少干燥收縮裂縫的措施

    盡量減少混凝土的單位用水量。混凝土干縮主要是混凝土中多余的水分不斷蒸發所致。據有關研究表明,水泥水化所需的水量只有水泥重量的20 %左右。而實際工程上應用的水灰比要比這大的多,因而干縮也比較大,因此必須嚴格控制水灰比,減少混凝土單位用水量。