关于混凝土的抗裂材料的选择

关于混凝土的抗裂材料的选择随着我国钢筋混凝土结构的长大化和复杂化，以及商品混凝土的大量推广和混凝土强度等级的提高，结构裂缝的出现机率大大增加。工程界各方专家提出许多技术措施，在我国《钢筋混凝土裂缝控制指南》中提出应采取防、放、抗的综合措施，设计、材料和施工相结合裂缝控制方法，其中对混凝土材料的选择和配合比，除达到设计的强度、抗渗等级外，还应具有抵抗裂缝的功能。钢筋混凝土结构的裂缝控制是个系统的工程，笔者仅从材料角度，分析如何科学的选择混凝土抗裂材料，有效的控制混凝土裂缝。‘混凝土的收缩裂缝成因关于影响混凝土收缩因素和产生收缩裂缝的机理，国内外学者已发表不少论文。从混凝土开始浇筑至使用期，收缩过程大致如下;塑性收缩期自生收缩期水化热温差收缩期‘干缩收缩期环境温度收缩期混凝土上述收缩行为与胶凝材料的物理化学和环境的温、湿度有关，也与时间因素有关，有阶段性，但也存在叠加效应，例如大体积混凝土，自生收缩和温差收缩同期存在，成为收缩开裂的主要矛盾。了解混凝土硬化过程中各种收缩成因，有助于我们采取相应的抗裂对策。混凝土基本抗裂措施根据国内外施工经验，减少混凝土收缩裂缝的措施有：混凝土的设计强度等级尽量低些基础混凝土设计强度等级采用60d强度等级水泥采用水化热较低的品种，水泥中C3A混凝土中掺入细磨掺合料、降低水泥用量。选用含泥量小，级配较好的砂子和石子。选用收缩比较小的减水剂，降低水胶比。采用细而密的配筋和分块的设计原则，每30～40m设一道后浇带。混凝土终凝前，要多次抹压，消除表面塑像裂缝。混凝土硬化后，及时进行保温、保湿养护、养护期为14d。(10)混凝土结构验收后，要及时采取保温措施，减少环境温度对结构变形的影响。3混凝土的附加抗裂材料上述措施，无疑可减少结构的有害裂缝。但在实际工程中，有些条件难以，满足。因此，往往要求在普通混凝土基础上添加膨胀剂、纤维、减缩剂等附加抗裂材料。但如何科学的选择抗裂材料，工程界有不同的认识。根据已公开成果，首先了解各种混凝土抗裂材料的特性和用途，以及其技术经济效果，才能正确使用。纤维常用于混凝土结构的纤维主要有碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维，它们的抗裂性能见表1。由此可见，纤维的抗拉强度变比素混凝土高100—1000倍，而极限延伸率比素混凝土高100倍左右。碳纤维和钢纤维的弹性模量比素混凝土低10倍。这三项综合性能，部表明纤维具有非常好的抗裂性能。表1纤维的抗裂性能品种抗拉强度弹性模量（Mpa）极限延伸率(%)碳纤维3000—40002.5×105～5.0×1051.5-2.0钢纤维600—9002.1×105～2.5×1051.5-2.5聚丙烯纤维300—4503.5×105～5.0×10515-18素混凝土3—53.0×105～4.0×1050.02-0.03由于纤维的直径很细，例如杜拉纤维是一种以100%的高强聚丙烯束状单丝纤维，每立米混凝土仅需掺入0.7---1kg聚丙烯纤维，纤维丝数量可达2000多万条，即每立方厘米混凝土中有20多根纤维，碳纤维比聚丙烯纤维直径小三倍，每立方米混凝土需掺入60—120kg钢纤维，钢纤维数量多达100—150万条。在混凝土中掺入上述数量巨大的单丝纤维，形成乱向分布的重重网状撑拖系统，承托骨料，从而有效减少骨料的离析，减少混凝土泌水和离析。当胶凝材料基体收缩时，由于纤维这些微细配筋的作用，有效地消耗了收缩拉应力的能量，对克服混凝土凝结期间的塑性裂缝十分有利。混凝土硬化过程中产生水化热温差收缩和干燥收，收缩裂缝出现难免，但它要扩展必然受到乱向分布的纤维的重重阻挡，阻止扩散为大的可见裂纹。这是纤维提高混凝土抗裂性的基本原理。同时，假如纤维后，混凝土的性能得到很大改善。由此可见，纤维在混凝土中起到的主要作用是，阻止基本中原有的做裂缝的扩展并延缓新裂缝的出现；提高混凝土的变形能力并从而改善其韧性与抗冲击性能。然而，不同纤维各有自己的技术特性，所增强的方面各有所长，亦各有缺点：碳纤维在各种纤维中，碳纤维的抗拉强度最高，其弹性模量也很高，主要应用于航天航空工业的特殊复合材料。由于它的造价昂贵，难以在混凝土工程应用。目前，国内外碳纤维片材主要应用于混凝土结构补强加固。钢纤维钢纤维的抗拉强度高，弹性模量高于混凝土，所以，它是混凝土的优良抗裂材料，它的掺量为60—100kg/m3，增加造价约100—120元/m3，难以在混凝土工程中大量应用。目前，它主要应用于高层建筑转梁层大梁，高强混凝土框架节点，桩头和桩帽，防水屋面和铺装道路及桥梁铺装层等。聚丙烯纤维它掺入混凝土中对减少塑性裂缝和防止裂缝扩展是有好处的。但是，由于它的弹性模量比混凝土低10倍，因此，它对已硬化混凝土的变形裂缝只能起分散和阻抗作用，对提高混凝土结构的抗裂性贡献很小。另外，它的造价高，聚丙烯纤维掺入混凝土中约0.7—1.0kg/m3，增加造价约50—80元/m3，所以，它应用于大体积混凝土则大大提高工程造价。目前，它主要用于铺装路面、桥面、屋面、地面、内外墙、衬砌薄壁和结构转换层等。（2）减缩剂混凝土减缩剂是由聚醚或聚醇类有机物或它们的衍生物组成。它可降低孔隙水的表面能力，从而减少失水时产生的毛细收缩压力，降低混凝土的干缩率。减缩剂能起到减少混凝土塑性裂缝和干缩裂缝的作用，尤其适用于难以养护的混凝土结构。它的价格较高，每立方混凝土成本约增加50—60元/m3。另外，它的实际防裂效果尚需作出全面评估，故至今尚未较多推广应用。（3）膨胀剂混凝土膨胀剂是从膨胀水泥发展而来。分硫铝酸钙类和氧化镁类膨胀剂。国内外绝大多数生产硫铝酸钙类膨胀剂。掺膨胀剂的补偿收缩混凝土和填充性膨胀混凝土，在潮湿环境中可保持微应变的膨胀状态，在干空中也会产生一定干缩。由于它能推迟收缩起始时间，此间混凝土的抗拉强度得到足够的增长，而可减免有害裂缝的发生。基于补偿收缩混凝土这些特性在我国已大量应用于地下、水工、海工和二次灌注的抗裂防渗工程。补偿收缩混凝土另一优点是以膨胀加强带取代后浇带，可实现连续式或间歇式无缝施工。可以说，在混凝土的抗裂防渗材料中，膨胀剂的用量最多，前景广阔。抗裂材料的复合应用上述混凝土抗渗材料各有优缺点，还要考虑混凝土的造价，应根据工程结构的耐久性设计要求，选择合适的抗裂材料，例如，碳纤维适用于结构修补加固；钢纤维适用于抗裂耐磨的铺面层和高强混凝土；聚丙烯纤维适用于铺装面层、薄壁结构和楼板等；减缩制适用于难的养护的混凝土薄壁结构；膨胀剂适用于地下，水工和大体积混凝土与超长混凝土结构工程等。作为提高混凝土抗裂性能的材料，根据其性能的可靠性，施工难易性和单方增加成本来看，膨胀剂较好，聚丙烯纤维次之。近年来，设计界根据抗裂材料的特性，取长补短，成功的进行了复合应用。例如：对于墙体、转换层、大跨变梁和自防水结构采用膨胀制与聚丙烯纤维复合应用；高强混凝土结构和耐磨面层采用膨胀剂与钢纤维复合应用；大体积混凝土结构采用膨胀剂，细磨掺合料和缓凝减水级的复合应用等。结语混凝土结构的耐久性与抗裂控制有密切关系，裂缝控制是系统工程，在结构设计中应采取“防”、“放”、“抗”的综合措施。由于混凝土是一种脆性材料，在硬化过程中