淺談建筑材料對混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的影響

摘 要：建筑材料直接影響建筑工程的質(zhì)量。本問分析了組成材料（水泥膠結(jié)材料、集料等），材料配合比設(shè)計（水灰比、水泥用量），對混凝土工程質(zhì)量的影響。治理由建筑材料引起的混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量問題，應(yīng)采取措施減少溫度開裂，避免由于堿集料反映造成的開裂，摻入摻和料和外加劑改善混凝土性能。

關(guān)鍵詞：建筑材料 混凝土結(jié)構(gòu) 工程質(zhì)量

中圖分類號:TU56 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2006)11(b)-0037-02

　　建筑材料的組成、結(jié)構(gòu)、規(guī)格、使用及選擇, 直接影響建筑工程質(zhì)量。材料的化學(xué)成分、礦物成分將影響一系列工程質(zhì)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(qiáng)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(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力而造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂影響使用。材料的配合比對建筑物的耐久性、承載力等也有一定影響, 如水泥混凝土中W/C 過大時,則空隙率高,強(qiáng)度和耐久性能差；環(huán)境侵蝕將改變材料的成分、結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致材料性能劣化,引起建筑質(zhì)量的降低甚至釀成工程事故。因此, 保證建筑工程質(zhì)量, 關(guān)鍵是正確選擇材料、使用材料和進(jìn)行合理的材料設(shè)計。

　　材料對建筑工程質(zhì)量的影響根據(jù)不同結(jié)構(gòu)有一定的差異,在此應(yīng)研究建筑材料質(zhì)量及配合比對混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的影響及防治措施。

1 組成材料對混凝土工程質(zhì)量的影響

1.1 水泥膠結(jié)材料

　　(1)水泥品種。水泥品種的選擇主要決定于工程使用性質(zhì)、施工時氣候條件、所處使用環(huán)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(qiáng)度低、抗侵蝕能力差、抗干濕交替變化的能力低等。

　　早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥中,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其鋁酸三鈣含量為3%~7%,若水泥中鋁酸三鈣的含量達(dá)到上限,即使各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)均符合標(biāo)準(zhǔn),但該品種水泥凝結(jié)硬化塊,早期強(qiáng)度高,收縮大,使用時如果不采取任何技術(shù)措施,很容易因控制不當(dāng)而產(chǎn)生大的體積收縮引起開裂等工程質(zhì)量問題。

　　(2)水泥含堿量。水泥含堿是引起混凝土產(chǎn)生堿—骨料反映的條件之一。水泥的堿與某些堿集料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),可引起混凝土產(chǎn)生膨脹、開裂,甚至破壞。堿集料反應(yīng)會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂和破壞,而且這種破壞會繼續(xù)發(fā)展下去,難以補(bǔ)救。國家規(guī)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+0.658K2O 計算)。

　　(3)水泥的安定性。水泥在硬化過程中,一般體積都會發(fā)生變化。若這種變化是在熟料礦物水化過程中發(fā)生均勻體積變化,則對建筑物的質(zhì)量影響不大。但如果在水泥凝結(jié)硬化后由于水泥中某些有害成分的作用,在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生劇烈的不均勻的體積變化,在建筑物內(nèi)部會產(chǎn)生破壞應(yīng)力, 導(dǎo)致建筑物強(qiáng)度下降、開裂、坍塌等事故。水泥的凝結(jié)時間、水化熱及強(qiáng)度等方面的性質(zhì),對混凝土結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量也有一定的影響,如水化熱高,會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物形成巨大溫度應(yīng)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(fù)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(zhì)量將直接影響混凝土的強(qiáng)度、變形和耐久性。

　　(1)集料的級配和粒徑。較好的級配應(yīng)當(dāng)是：集料的空隙率要小, 以節(jié)約水泥用量；集料總表面積要小,以減少濕潤集料表面的需水量；要有適當(dāng)?shù)募?xì)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(yīng)的成型條件下,得到均勻密實(shí)的混凝土, 同時達(dá)到提高強(qiáng)度、耐久性、節(jié)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(shè)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(dāng)達(dá)到某一工作性時可以降低水灰比,其強(qiáng)度可以隨之提高。但粒徑過大,將減少粘結(jié)面積形成界面應(yīng)力集中且運(yùn)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(qiáng)度。

　　(2)骨料的活性

　　所謂活性骨料即在堿性環(huán)境中能與水泥中堿發(fā)生反應(yīng)的集料,這種反映一般在水泥混凝土硬化后進(jìn)行,反應(yīng)生成物具有破壞特點(diǎn),其中最主要的一類就是含活性二氧化硅的集料。另外, 集料中的有害雜質(zhì), 如膨脹性礦物、硫化物、硫酸鹽、粘土礦物等也對混凝土結(jié)構(gòu)工程造成一定的破壞。

2 材料配合比設(shè)計對混凝土工程質(zhì)量的影響

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??；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(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度。

2.2 水泥用量的影響

　　水泥用量由強(qiáng)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(dǎo)致下列缺陷。混凝土粘聚性差,施工時易出現(xiàn)離析,硬化后混凝土強(qiáng)度低, 耐久性差, 耐磨性差, 易粉碎、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(shí)。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(dǎo)致混凝土硬化后收縮增大,由此引起干縮裂縫增多；水泥用量過多, 由于水泥結(jié)構(gòu)疏松、耐侵蝕性差, 是混凝土中的薄弱環(huán)節(jié)。

2.3 在相同水灰比情況下,C35 以上混凝土的強(qiáng)度有隨著集漿比的增大而提高的趨勢。

　　這與集料數(shù)量增大、吸水量也增大、有效水灰比降低有關(guān);也可能與混凝土內(nèi)孔隙總體積減小有關(guān)。配合比不好,混凝土將可能產(chǎn)生下列缺陷:

　　(1)混凝土的工作性差。從配合比設(shè)計而言,引起工作性差的原因可能與直接將初步配合比用于施工配合比;或現(xiàn)場砂石含水率變化時,未予及時調(diào)整;或者砂石材料級配變化,集料比例未予調(diào)整等。若拌和物中砂率偏小,而出現(xiàn)“多石”現(xiàn)象,將使混凝土產(chǎn)生離析和蜂窩。

　　(2)混凝土強(qiáng)度不夠?；炷潦且环N不均質(zhì)材料,其質(zhì)量波動大,因此在進(jìn)行配合比設(shè)計時,應(yīng)將配制強(qiáng)度提高一些,但設(shè)計時如果直接用設(shè)計強(qiáng)度或施工時隨意改變水灰比或計量引起配合比變化等,均可使強(qiáng)度不符合要求。

　　(3)耐久性達(dá)不到要求。配合比設(shè)計中應(yīng)包含“最大水灰比”和“最小水泥用量”要求。水灰比是影響混凝土強(qiáng)度主要因素之一,同時也是影響混凝土耐久性的重要因素。在滿足混凝土強(qiáng)度的前提下,若水灰比過大,水泥在凝結(jié)硬化過程中,大部分水不參與水化反應(yīng)而蒸發(fā)掉,剩余的孔隙率將增大,降低混凝土的密實(shí)性,亦即降低混凝土的耐久性。水泥用量偏低也會降低混凝土的密實(shí)性而導(dǎo)致耐久性降低。

3 建筑材料引起的混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量問題的防治措施

3.1 采取措施減少溫度開裂

　　當(dāng)采用早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥時,由于其凝結(jié)硬化快,放熱量大,若控制不當(dāng)將產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力而導(dǎo)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(jié)材料的最終水化熱一般控制在220~250J/g。另外,改善骨料級配,在現(xiàn)場條件許可和保證質(zhì)量的前提下,盡可能選擇粒徑較大的骨料,因?yàn)楹玫募壟淇梢栽诒ＷC混凝土技術(shù)性質(zhì)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(yīng)而造成開裂

　　使用安全集料, 即經(jīng)化學(xué)法、砂漿棱柱體法確定無害的集料。當(dāng)使用活性集料時,應(yīng)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(qiáng)度、耐久性, 還可以降低造價。如摻加減少劑, 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(qiáng)度；保持強(qiáng)度不變, 可節(jié)約水泥等；再如,在混凝土中摻加引氣劑,經(jīng)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。

　　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有效也十分經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施,摻加摻和料還可以起到控制堿集料反映發(fā)生的作用。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。

　　硅粉由于極其細(xì)微(0.1~0.2 μ m,約為水泥顆粒的1/50~1/100)和很高的SO2 含量(≥85%),是一種高活性的火山灰材料,水泥水化時硅粉與氫氧化鈣(C — S — H),對混凝土早、中期的強(qiáng)度發(fā)展特別有利。當(dāng)它均勻地分布于水化產(chǎn)物中時,其極細(xì)的顆粒還具有良好的微填充效應(yīng),使混凝土的孔結(jié)構(gòu)充分細(xì)化。導(dǎo)致了混凝土強(qiáng)度與耐久性顯著提高。