浅谈建筑材料对混凝土结构工程质量的影响

摘 要：建筑材料直接影响建筑工程的质量。本问分析了组成材料（水泥胶结材料、集料等），材料配合比设计（水灰比、水泥用量），对混凝土工程质量的影响。治理由建筑材料引起的混凝土结构工程质量问题，应采取措施减少温度开裂，避免由于碱集料反映造成的开裂，掺入掺和料和外加剂改善混凝土性能。

关键词：建筑材料 混凝土结构 工程质量

中图分类号:TU56 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2006)11(b)-0037-02

　　建筑材料的组成、结构、规格、使用及选择, 直接影响建筑工程质量。材料的化学成分、矿物成分将影响一系列工程质量,如硅酸盐水泥中硅酸三钙含量愈多,则水泥的硬化愈快, 水泥石的强度愈高；硅酸盐水泥中铝酸三钙含量愈多,则水泥石由于放热量过大,将产生较大的温度应力而造成混凝土结构开裂影响使用。材料的配合比对建筑物的耐久性、承载力等也有一定影响, 如水泥混凝土中W/C 过大时,则空隙率高,强度和耐久性能差；环境侵蚀将改变材料的成分、结构,从而导致材料性能劣化,引起建筑质量的降低甚至酿成工程事故。因此, 保证建筑工程质量, 关键是正确选择材料、使用材料和进行合理的材料设计。

　　材料对建筑工程质量的影响根据不同结构有一定的差异,在此应研究建筑材料质量及配合比对混凝土结构工程质量的影响及防治措施。

1 组成材料对混凝土工程质量的影响

　　1.1 水泥胶结材料

　　(1)水泥品种。水泥品种的选择主要决定于工程使用性质、施工时气候条件、所处使用环境、成本等因素。不同品种水泥或同一种品种水泥由于其成分的差别其性能也不尽相同, 甚至相差很大。水泥品种的误用可以引起很多工程缺陷；如抗冻性差、抗干缩能力差、易起粉、早期强度低、抗侵蚀能力差、抗干湿交替变化的能力低等。

　　早强型普通硅酸盐水泥中,国家标准规定其铝酸三钙含量为3%~7%,若水泥中铝酸三钙的含量达到上限,即使各项指标经验均符合标准,但该品种水泥凝结硬化块,早期强度高,收缩大,使用时如果不采取任何技术措施,很容易因控制不当而产生大的体积收缩引起开裂等工程质量问题。

　　(2)水泥含碱量。水泥含碱是引起混凝土产生碱—骨料反映的条件之一。水泥的碱与某些碱集料发生化学反应,可引起混凝土产生膨胀、开裂,甚至破坏。碱集料反应会导致混凝土结构开裂和破坏,而且这种破坏会继续发展下去,难以补救。国家规定,若使用的骨料有活性成分,水泥中含碱量不得超过0.6%(按Na2O+0.658K2O 计算)。

　　(3)水泥的安定性。水泥在硬化过程中,一般体积都会发生变化。若这种变化是在熟料矿物水化过程中发生均匀体积变化,则对建筑物的质量影响不大。但如果在水泥凝结硬化后由于水泥中某些有害成分的作用,在水泥石内部产生剧烈的不均匀的体积变化,在建筑物内部会产生破坏应力, 导致建筑物强度下降、开裂、坍塌等事故。水泥的凝结时间、水化热及强度等方面的性质,对混凝土结构工__程的质量也有一定的影响,如水化热高,会导致混凝土结构物形成巨大温度应力,使混凝土开裂, 给工程带来危害。

　　1.2 集料

　　混凝土是一种复合材料,由胶凝材料和砂石材料组成,砂石材料一般占混凝土体积的3/4,集料的质量将直接影响混凝土的强度、变形和耐久性。

　　(1)集料的级配和粒径。较好的级配应当是：集料的空隙率要小, 以节约水泥用量；集料总表面积要小,以减少湿润集料表面的需水量；要有适当的细集料, 以满足混合料工作性的要求。因此, 良好的集料级配可用较少的加水量制得流动性好、离析泌水少的混合料,并能在相应的成型条件下,得到均匀密实的混凝土, 同时达到提高强度、耐久性、节约水泥的效果。

　　骨料的粒径将影响骨料比表面积的大小、新拌混凝土成型性能、硬化混凝土性能、施工设备的寿命。集料颗粒越大单位重量集料需润湿的表面积越小,从而可降低拌和物用水量,当达到某一工作性时可以降低水灰比,其强度可以随之提高。但粒径过大,将减少粘结面积形成界面应力集中且运输及施工中会增加离析的危险；同时大颗粒集料, 也可能阻塞钢筋之间或钢筋与模板之间的窄缝,浇灌时引起离析,也会降低工作性和混凝土抗拉强度。

　　(2)骨料的活性

　　所谓活性骨料即在碱性环境中能与水泥中碱发生反应的集料,这种反映一般在水泥混凝土硬化后进行,反应生成物具有破坏特点,其中最主要的一类就是含活性二氧化硅的集料。另外, 集料中的有害杂质, 如膨胀性矿物、硫化物、硫酸盐、粘土矿物等也对混凝土结构工程造成一定的破坏。

2 材料配合比设计对混凝土工程质量的影响

　　2.1 水灰比的影响

　　水泥浆的稠度取决于水灰比,在固定用水量的条件下,水灰比小时,会使水泥浆变稠,拌和物流动性小；若加大水灰比, 可使水泥浆变稀, 流动性增大, 但会使拌和物流浆、离析, 严重影响混凝土的强度。

　　2.2 水泥用量的影响

　　水泥用量由强度、耐久性、和易性、成本几方面因素确定, 选择时需兼顾。水泥用量不够时, 将会导致下列缺陷。混凝土粘聚性差,施工时易出现离析,硬化后混凝土强度低, 耐久性差, 耐磨性差, 易粉碎、翻砂。集料间的水泥浆润滑不够,施工流动性差,混凝土难于成型密实。但水泥用量也不可过多,过多的水泥用量不仅提高造价,同时还会导致混凝土硬化后收缩增大,由此引起干缩裂缝增多；水泥用量过多, 由于水泥结构疏松、耐侵蚀性差, 是混凝土中的薄弱环节。

　　2.3 在相同水灰比情况下,C35 以上混凝土的强度有随着集浆比的增大而提高的趋势。这与集料数量增大、吸水量也增大、有效水灰比降低有关;也可能与混凝土内孔隙总体积减小有关。配合比不好,混凝土将可能产生下列缺陷:

　　(1)混凝土的工作性差。从配合比设计而言,引起工作性差的原因可能与直接将初步配合比用于施工配合比;或现场砂石含水率变化时,未予及时调整;或者砂石材料级配变化,集料比例未予调整等。若拌和物中砂率偏小,而出现“多石”现象,将使混凝土产生离析和蜂窝。

　　(2)混凝土强度不够。混凝土是一种不均质材料,其质量波动大,因此在进行配合比设计时,应将配制强度提高一些,但设计时如果直接用设计强度或施工时随意改变水灰比或计量引起配合比变化等,均可使强度不符合要求。

　　(3)耐久性达不到要求。配合比设计中应包含“最大水灰比”和“最小水泥用量”要求。水灰比是影响混凝土强度主要因素之一,同时也是影响混凝土耐久性的重要因素。在满足混凝土强度的前提下,若水灰比过大,水泥在凝结硬化过程中,大部分水不参与水化反应而蒸发掉,剩余的孔隙率将增大,降低混凝土的密实性,亦即降低混凝土的耐久性。水泥用量偏低也会降低混凝土的密实性而导致耐久性降低。

3 建筑材料引起的混凝土结构工程质量问题的防治措施

　　3.1 采取措施减少温度开裂

　　当采用早强型普通硅酸盐水泥时,由于其凝结硬化快,放热量大,若控制不当将产生大的温度应力而导致开裂,为此,可以选用低热水泥,降低水泥用量,或掺入适量的外掺料,如掺入20%~30% 的粉煤灰,降低混凝土的水化热。胶结材料的最终水化热一般控制在220~250J/g。另外,改善骨料级配,在现场条件许可和保证质量的前提下,尽可能选择粒径较大的骨料,因为好的级配可以在保证混凝土技术性质的同时,可以减少水泥用量,减少收缩裂缝。

　　3.2 避免由于碱集料反应而造成开裂

　　使用安全集料, 即经化学法、砂浆棱柱体法确定无害的集料。当使用活性集料时,应使用低碱水泥。

　　3.3 掺入掺和料或外加剂改善混凝土性能掺入适量的外加剂可以改善混凝土的和易性、强度、耐久性, 还可以降低造价。如掺加减少剂, 在保持用水量和水泥用量不变时, 可增大混凝土的流动性；保持混凝土工作性和水泥用量不变, 可减少用水量提高强度；保持强度不变, 可节约水泥等；再如,在混凝土中掺加引气剂,经搅拌能引入大量分布均匀的微小气泡能够改善混凝土的工作性,并在硬化后仍能保留微小气泡以改善混凝土抗冻融耐久性。

　　资料表明,利用大掺量矿物掺和料来配制混凝土,是减少开裂以改善耐久性有效也十分经济的技术措施,掺加掺和料还可以起到控制碱集料反映发生的作用。与矿渣相比, 掺加粉煤灰,尤其是采用大掺量粉煤灰混凝土,改善早期热开裂更为有效。

　　硅粉由于极其细微(0.1~0.2 μ m,约为水泥颗粒的1/50~1/100)和很高的SO2 含量(≥85%),是一种高活性的火山灰材料,水泥水化时硅粉与氢氧化钙(C — S — H),对混凝土早、中期的强度发展特别有利。当它均匀地分布于水化产物中时,其极细的颗粒还具有良好的微填充效应,使混凝土的孔结构充分细化。导致了混凝土强度与耐久性显著提高。