淺談影響普通混凝土強度的因素

周建江

摘要：制備混凝土拌合物之前，選擇正確的組成材料和決定其配比是獲得能滿足規(guī)定強度混凝土的第一步。在確定配合比時，運用混凝土強度的影響因素及其規(guī)律，無疑是非常重要的。? 混凝土承受外界荷載的動力不僅取決于所承受荷載的種類，而且決定于各種不同因素如何組合，以影響混凝土不同結(jié)構(gòu)組份的比例。這些不同因素包括組成混凝土拌合物的各材料的性質(zhì)和比例等內(nèi)在因素養(yǎng)護條件、搗實程度、實驗參數(shù)等外在因素。

關(guān)鍵詞：水灰比 ，有效水灰比， 集灰比 空隙率

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

一、?影響混凝土強度的主要因素??普通混凝土的受力破壞，主要出現(xiàn)在水泥石與集料的界面上以及水泥石中?？梢姡炷恋膹姸戎灰Q于水泥石與集料的粘結(jié)強度和水泥石的強度。因此，水泥的強度、水灰比及集料的情況，同時包括所使用的外加劑性質(zhì)及用量，是影響混凝土強度的主要因素。

（一）?水泥和水灰比??普通混凝土的強度主要取決于水泥石的質(zhì)量，實驗證明混凝土的強度與水泥石強度成正比，而水泥石的質(zhì)量又取決于所采用的水泥的特性（尤其是水泥標號）和水灰比。??水泥石混凝土中的活性組份，在按一定配比和水拌合后，可作為水硬性膠凝材料將顆粒狀集料膠結(jié)成具有一定強度的人造石材。再配?????合比相同的情況下，所使用的水泥標號越高，水泥石的強度及其與集料之間的粘結(jié)力也越大，制成混凝土強度也越高。??從強度觀點看，水灰比-空隙率關(guān)系無疑是重要的因素，因為它影響著水泥漿基體以及基體與粗集料間的過度區(qū)的空隙率，進而對混凝土的強度產(chǎn)生極大的影響。??水灰比對混凝土強度的影響主要表現(xiàn)在水泥石的空隙率上，進而混凝土強度，當混凝土拌合物充分搗實時，混凝土強度隨水灰比的降低而提高，在混凝土的強度及其其它條件相同的情況下，混凝土的強度主要取決于水灰比，這一規(guī)律常被稱為水灰比定則。水灰比越小，水泥石的強度及其與集料的粘結(jié)強度越大，混凝土的強度越高。但水灰比過小，拌合物過于干稠，使工作性降低。當工作性降低到某種方法（如人工搗實）不能有效密實時，水灰比的繼續(xù)降低會是混凝土結(jié)構(gòu)的不均勻性增大，不能保證混凝土的質(zhì)量。??除了水泥性質(zhì)外，水泥質(zhì)量的波動對混凝土強度的影響也是值得注意的問題。采用具有相同平均強度而離散系數(shù)小的水泥，可以降低水泥的用量。水泥質(zhì)量波動引起的混凝土強度的標準離差，不隨齡期而增大；但混凝土強度的離散系數(shù)卻因強度隨齡期的增大而減小。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：水泥的質(zhì)量波動大多是由于水泥細度和C3S含量的差異引起的，而這些因素對早期的強度影響最大，隨著時間的延長、水泥水化程度的提高，這種影響逐漸減少。

（二）?集料和集灰比??對于普通混凝土來說，盡管集料強度幾乎不被利用破壞決定于其它兩項，但是，集料除強度外還有其它特性，諸如粒形、粒徑、表面結(jié)構(gòu)、級配（顆粒分布）以及礦物成分，這些都已知會在不同程度上影響混凝土的強度。集料顆粒的粒形、粒徑、表面結(jié)構(gòu)和礦物成分還影響了過渡區(qū)的特性，從而影響混凝土的強度。通常情況下，集料性質(zhì)，特別是玻璃表面狀態(tài)和礦物組成，對極限抗壓強度的影響較對抗拉強度或初裂抗壓強度要小的多（高強混凝土除外）。裂縫形成時的應(yīng)力大多取決于粗集料的性質(zhì)，光滑的卵石制成的混凝土的開裂應(yīng)力較粗糙有棱角的碎石混凝土為低，這可能是由于表面性質(zhì)對機械拌合作用產(chǎn)生影響的緣故；粗集料的形狀對機械拌合也有一定影響。集料品種對混凝土強度的影響，又與水灰比有關(guān)。隨著水灰比的增大，集料的影響減小。在礦物成份一定，級配良好的粗集料改變其最大粒徑對混凝土強度有兩種相反的影響。水泥用量和稠度相同，含較大集料粒徑的混凝土拌合物比較含較小集料粒徑的拌合物所需拌合水較少；而較大集料卻又趨于形成含較多微裂縫的弱過度區(qū)，其最終影響隨混凝土水灰比和所加應(yīng)力的不同而變化。不同的集料礦物組成同樣影響混凝土強度。已公布的許多報告表明，在同一條件下，以鈣質(zhì)集料取代硅質(zhì)集料將導致混凝土強度明顯改善。集灰比對混凝土強度的影響，一般認為是一個次要因素。但對于強度約大于35Mpa的混凝土，集灰比的影響卻明顯表現(xiàn)出來，在相同水灰比情況下，混凝土的強度隨著集灰比的增大而提高的趨勢，這可能與集料數(shù)量增大，吸水量也增大，以至有效水灰比降低有關(guān)，也可能與混凝土內(nèi)空隙減小有關(guān)，或者與集料對混凝土強度所起的作用有關(guān)得以更好的發(fā)揮有關(guān)。但應(yīng)注意的是，在水泥用量很大而而水灰比很小的情況下，集灰比的增大會導致混凝土后期強度的衰退，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：集料顆粒限制水泥石收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力是水泥石開裂或水泥石-集料之間失去粘結(jié)。??（三）外加劑與礦物摻和材??化學外加劑對混凝土的強度影響主要通過以下幾種方式進行1、降低水灰比，如減水劑；2、使混凝土空隙率增加，結(jié)果導致強度降低，如加氣劑、泡沫劑等；3、調(diào)節(jié)水泥硬化時間，影響混凝土獲得強度的速率，但對最終強度無明顯影響，如緩凝劑、促凝劑等。對于一種化學外加劑來說，他對混凝土的影響是多方面的，因此在混凝土配合比設(shè)計及外加劑實用過程中應(yīng)加以綜合考慮。為了節(jié)能減排和經(jīng)濟方面的理由，在混凝土中使用火山灰和膠凝性副產(chǎn)品作為礦物性外加劑的實例越來越多。盡管部分取代波特蘭水泥或作為活性摻和料時，礦物性外加劑通常會延緩強度獲得的速率，但礦物外加劑在常溫下具有與水化波特蘭水泥漿體中氫氧化鈣的反應(yīng)能力，并形成額外的水化硅酸鈣，可導致大大降低基體和過度區(qū)中的空隙率。因此，在混凝土中摻入礦物性外加劑能顯著的提高最大強度和水密性，尤其對混凝土抗拉強度有良好效果。

二、影響強度的其它因素：為了使混凝土能達到預(yù)定的強度，還必須在施工中攪拌均勻、搗固密實，養(yǎng)護良好并使之達到規(guī)定的齡期。

（一）施工條件的影響??施工條件是確?；炷两Y(jié)構(gòu)均勻密實、硬化正常、達到設(shè)計要求強度的基本條件。在施工過程中必須把拌合物攪拌均勻，澆注后必須搗固密實，且經(jīng)良好的養(yǎng)護才能使混凝土硬化后達到預(yù)定的強度。采用機械攪拌比人工攪拌的拌合物更均勻，同時采用機械搗固的混凝土更密實，因此機械搗固可適用于更低水灰比的拌合物；能獲得更高的強度。改進施工工藝性能也能提高混凝土強度，如采用分次投料攪拌工藝、高速攪拌機攪拌、高頻或多頻振搗器振搗、二次振搗工藝都會有效的提高混凝土的強度。（二）養(yǎng)護條件的影響??為了獲得質(zhì)量良好的混凝土，混凝土成型后必須在一定的養(yǎng)護條件下（包括養(yǎng)護溫度）進行養(yǎng)護，目的是保證水泥水化的正常進行一達到預(yù)定的強度和其他性能。周圍環(huán)境濕度是保證水泥正常水化、混凝土順利形成的一個重要條件。在適當?shù)臐穸认拢嗄苷Ｋ?，使混凝土強度充分發(fā)展。如果濕度不足，混凝土表面會發(fā)生失水干燥現(xiàn)象，迫使內(nèi)部水分向表面遷移，造成混凝土結(jié)構(gòu)疏松、干裂，不但降低強度，而且還將影響混凝土的耐久性能。環(huán)境溫度對水泥水化作用的影響是顯著的。養(yǎng)護溫度高，可以加快水泥水化速度，混凝土早期強度高；反之，混凝土在低溫下強度發(fā)展相應(yīng)遲緩，尤其溫度在冰點以下時，不但水泥水化基本停止，而且還會在混凝土中結(jié)冰造成強度大幅下降，初期養(yǎng)護溫度越高，混凝土強度衰退越低。但溫度不能太高，太高由于急速的初期的水化會導致水泥粒子表面的孰料礦物水化很快形成致密的水化產(chǎn)物層，組織水分向粒子內(nèi)部的滲入，妨礙了水泥的進一步水化；同時，由于過快的早期水化速度導致水化產(chǎn)物中結(jié)晶尺寸過小，相互間的搭接不充分，導致不均勻分布，是水化物稠度較低的區(qū)域成為水泥石中的薄弱點，從而降低整體強度。而在養(yǎng)護溫度相對較低的情況下，如在4-23℃，由于水化緩慢，具有充分的擴散時間，從而使水化物得以在水泥石中均勻分布??。

（三）實驗條件對混凝土強度測定值的影響

1、試件尺寸?實踐證明試件的尺寸越小，測得的強度越高，原因是大試件內(nèi)部缺陷存在的概率增大及環(huán)箍效應(yīng)的作用的減小所引起的。

2、試件形狀?對棱柱體來說，由于消除了環(huán)箍效應(yīng)的影響，其抗壓強度比立方體略低。

3、表面狀態(tài)?當混凝土試件受壓面上有油脂類潤滑物質(zhì)存在時，由于壓板與試件間摩擦力減小使環(huán)箍效應(yīng)影響減小，試件將因垂直裂紋，測得的強度值較低。

4、含水程度?由于潮濕情況對混凝土的影響，氣干試件比飽和狀態(tài)下的相應(yīng)試件要高20-25%，可能由于水的軟化作用及水泥漿體中存在拆開力引起的。

5、加荷速度?由于破壞是試件變形達到一定程度時才發(fā)生的，當實驗加荷速度較快時，材料變形的增長落后于荷載的增加，因此破壞時的強度值偏高。

【參考文獻】：?1.《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T?50081–2002

2. 《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ? 55–2011

3.趙志縉主編《混凝土及其施工工藝》中國建筑工業(yè)出版社

4.劉祥順主編《建筑材料》? 中國建筑工業(yè)出版社