淺談水泥混凝土強(qiáng)度要素

王欣榮

河北省泊頭市住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局（062150）

淺談水泥混凝土強(qiáng)度要素

王欣榮

河北省泊頭市住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局（062150）

文章從水灰比、水泥、集料、集灰比、養(yǎng)護(hù)等幾個方面簡要闡述了影響水泥混凝土強(qiáng)度的因素，為建筑施工及試驗(yàn)分析提供一些思路。

水泥混凝土；強(qiáng)度；影響

一般來說，混凝土的強(qiáng)度愈高，其剛性、不透水性、抵抗風(fēng)化和某些侵蝕介質(zhì)的能力也愈高；而強(qiáng)度愈高，往往其干縮也較大，同時較脆、易裂。因此，我們通常用強(qiáng)度來評定和控制混凝土的質(zhì)量以及評價各種因素影響程度的指標(biāo)。

1 水泥混凝土強(qiáng)度主要取決于水灰比、毛細(xì)管孔隙率或膠空比

毛細(xì)孔隙率Pc=W/C–0.36α

膠空比 x=0.68α/（0.32α+W/C）

其中:W/C—水灰比α—水化程度Duff Abrams的混凝土強(qiáng)度水灰比定則指出:“對于一定材料，強(qiáng)度取決于一個因素，即水灰比?！庇纱丝磥?，水灰比—孔隙率關(guān)系無疑是最重要的因素，它影響著水泥漿基體和粗骨料間過渡區(qū)的孔隙率。水泥石在水化過程中的孔隙率取決于水灰比，水灰比和混凝土的振搗密實(shí)程度對混凝土體積都有影響。當(dāng)混凝土混合料能被充分搗實(shí)時，混凝土的強(qiáng)度隨水灰比的降低而提高。然而，形成水化物需要一個最小的水量。

（W/C）min=0.42α 即完成水化（α=1.0）的 W/C不應(yīng)低于0.42.顯然在低W/C時預(yù)期殘留的未水化水泥能夠在漿體內(nèi)繼續(xù)長期存在，亦即W/C低于0.42，漿體將自我干燥。為避免這種現(xiàn)象，有效的最低W/C比要高于0.42.實(shí)際上，我們可以通過規(guī)定合適的W/C來保證充分密實(shí)的混凝土在規(guī)定齡期的強(qiáng)度，以保證混凝土的性能。

2 水泥對混凝土的影響取決于水泥的化學(xué)成分及細(xì)度

水泥強(qiáng)度主要來自于早期強(qiáng)度（C3S）及后期強(qiáng)度（C2S），而且這些影響貫穿于混凝土中。用C3S含量較高的水泥制作混凝土，其早期強(qiáng)度增長較快，但在后期可能以較低的強(qiáng)度告終。然而，通過改變成分、養(yǎng)護(hù)條件或者利用外加劑使其較緩慢地水化，可使水泥產(chǎn)生較高的最終強(qiáng)度。

水泥細(xì)度對混凝土強(qiáng)度的影響也很大。隨著細(xì)度增加，水化速率增大，強(qiáng)度增長率加快。然而，應(yīng)避免細(xì)磨粉的含量，因?yàn)楫?dāng)顆粒很細(xì)時，間隙水可引起一些高W/C區(qū)域。水泥質(zhì)量的波動對混凝土強(qiáng)度的影響也應(yīng)引起注意。水泥廠生產(chǎn)的同一品種同一標(biāo)號的水泥，不可避免地會在質(zhì)量上有波動。水泥質(zhì)量的波動，毫無疑問的會在混凝土強(qiáng)度上反映出來。采用具有相同平均強(qiáng)度而離散系數(shù)小的水泥，可以降低混凝土的水泥用量。水泥質(zhì)量波動大多是由于水泥細(xì)度和C3S含量的差異引起的，而這些因素在早期的影響最大，隨著時間的延長，其影響就不再是最重要的了。即水泥質(zhì)量波動引起的混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差，不隨齡期而增大，但混凝土強(qiáng)度的離散系數(shù)卻隨齡期的增大而減小。因此，水泥質(zhì)量波動對混凝土早期強(qiáng)度影響大。

3 集料最重要的參數(shù)是集料的形狀、結(jié)構(gòu)、最大尺寸及級配

集料本身的強(qiáng)度不太重要，因?yàn)榧蠌?qiáng)度一般都高于混凝土的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度，在承載時混凝土中集料所能承受的應(yīng)力大大超過混凝土的抗壓強(qiáng)度。

骨料顆粒強(qiáng)度比混凝土基體和過渡區(qū)的強(qiáng)度要大。大多數(shù)天然骨料，其強(qiáng)度幾乎不被利用，因?yàn)槠茐耐ǔ０l(fā)生在其它兩項(xiàng)（水泥漿基體及過渡區(qū)）。一般而言，強(qiáng)度和彈性模量高的集料可以制得質(zhì)量好的混凝土。但過強(qiáng)、過硬的集料不但沒有必要，相反，還可能在混凝土因溫度或濕度等原因發(fā)生體積變化時，使水泥石受到較大的應(yīng)力而開裂。

骨料顆粒的粒形、粒徑、表面結(jié)構(gòu)和礦物成分，往往影響混凝土過渡區(qū)的特性，從而影響混凝土的強(qiáng)度。

級配良好的粗骨料改變其最大粒徑對混凝土強(qiáng)度有著兩種不同的影響。水泥用量和稠度一樣時，含較大骨料粒徑混凝土拌和物比含較小粒徑的強(qiáng)度小，其集料的表面積小，所需拌和水較少，較大骨料趨于形成微裂縫的弱過渡區(qū)，其最終影響隨混凝土水灰比和所加應(yīng)力而不同。在低水灰比時，降低過渡區(qū)孔隙率同樣對混凝土強(qiáng)度一開始就起重要作用。在一定拌和物中，水灰比一定時，抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比將隨粗骨料粒徑的降低而增加。試驗(yàn)表明，增加骨料粒徑對高強(qiáng)度混凝土起反作用，低強(qiáng)度混凝土在一定水灰比時，骨料粒徑似乎無較大的影響。

4 對于強(qiáng)度大于35 MPa的混凝土，集灰比的影響較為明顯

在相同水灰比時，混凝土強(qiáng)度隨著集灰比的增大而提高。這是因?yàn)椋杭蠑?shù)量增大，吸水量也增大，使得有效水灰比降低；混凝土內(nèi)孔隙總體積減小；集料對混凝土強(qiáng)度所起的作用得以更好地發(fā)揮。

5 為了獲得質(zhì)量良好的混凝土，混凝土成型后在適宜的環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)是為了保證水泥水化過程的正常進(jìn)行，包括控制環(huán)境的溫度和濕度。

水泥水化只能在有水填充的毛細(xì)管內(nèi)發(fā)生，因此,必須創(chuàng)造條件防止水分從毛細(xì)管中蒸發(fā)失去。而且，在水泥水化過程中產(chǎn)生的水泥凝膠具有很大的比表面積，大量自由水變?yōu)楸砻嫖剿?。這時，如果不讓水分進(jìn)入水泥石，供水化反應(yīng)的水就會越來越少，在水灰比小于0.5的情況下會出現(xiàn)自干現(xiàn)象，使水泥水化不能繼續(xù)進(jìn)行。因此，在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)必須保持混凝土的飽水狀態(tài),或者接近于這個狀態(tài)，因?yàn)橹挥性陲査疇顟B(tài)下,水泥才具有最大的水化速度。