王新民 劉贛欽
摘 要: 本文詳細(xì)分析了混凝土原材料、配合比設(shè)計參數(shù)、成型工藝、養(yǎng)護(hù)條件以及測試條件對混凝土強(qiáng)度測試結(jié)果的影響, 并對產(chǎn)生原因進(jìn)行了深入探討。
關(guān)鍵詞: 混凝土;強(qiáng)度;原材料;養(yǎng)護(hù);成型工藝
0 前言
由于混凝土是脆性材料, 抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度, 在結(jié)構(gòu)物中它主要是用于承受壓力, 且現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范主要是以抗壓強(qiáng)度為基礎(chǔ), 因而在工程實踐中抗壓強(qiáng)度非常重要。同時, 一般研究者假定混凝土的大多數(shù)性能都直接(至少是定性地)與抗壓強(qiáng)度有聯(lián)系, 且進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗容易、成本低。所以抗壓強(qiáng)度就成為科研工作者和工程實踐者最為關(guān)心的混凝土的性質(zhì)之一。但混凝土的抗壓強(qiáng)度受到多種因素影響, 可能微小材料或環(huán)境的變化均會對其產(chǎn)生影響, 因此, 本文深入地探討了原材料、配合比設(shè)計參數(shù)、成型工藝、養(yǎng)護(hù)條件以及測試條件等因素對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。
1 原材料對混凝土強(qiáng)度的影響
1.1 水泥對混凝土強(qiáng)度的影響
水泥強(qiáng)度的高低是影響混凝土強(qiáng)度的直接因素。試驗表明,水泥強(qiáng)度越高,水泥反應(yīng)形成的水泥石強(qiáng)度就越高,從而使配制的混凝土強(qiáng)度就越高。而水泥強(qiáng)度取決于水泥礦物成分及細(xì)度。水泥強(qiáng)度主要來源于C3S和C3A的早期強(qiáng)度和C2S的后期強(qiáng)度。用C3S含量高的水泥來制作混凝土,其早期強(qiáng)度增長較快,但后期強(qiáng)度增長緩慢。水泥細(xì)度對水泥強(qiáng)度影響也很大,水泥越細(xì),水化加快,導(dǎo)致較高的早期強(qiáng)度增快,而后期強(qiáng)度增長緩慢,因此,配制不同性能的混凝土,應(yīng)根據(jù)其性能要求選用不同的水泥。
1.2 粗骨料對混凝土強(qiáng)度的影響
(1)采用碎石拌制混凝土,其形成的強(qiáng)度要比采用卵石拌制的混凝土強(qiáng)度高,但在相同的用水情況下,流動性相對較小。這是因為粗糙表面和較多的棱角,使碎石在提高與水泥及其水化物的粘附性和膠結(jié)程度的同時,也加大了拌和物內(nèi)部摩擦阻力。含有較多針、片狀顆粒,將增大拌合物的空隙率,降低拌合物的和易性,集料界面粘結(jié)力下降,并且針片狀顆粒受力易折斷,進(jìn)而影響混凝土的強(qiáng)度,所以混凝土用的粗集料要限制針、片狀顆粒含量。
(2)粗集料的最大粒徑對混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均有影響,一方面隨著粗集料粒徑的增大,單位用水量相應(yīng)減少,在固定的用水量和水灰比條件下,加大最大粒徑可獲得較好的工作性,或因減小水灰比而提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性;另一方面隨著粗集料最大粒徑的增加,將會減少集料與水泥漿接觸的總面積,使界面強(qiáng)度降低,同時還會由于振搗不密實而降低混凝土的強(qiáng)度。所以粗集料最大粒徑的增加,帶來雙重影響,但造成不利影響的程度對混凝土抗折強(qiáng)度要比抗壓強(qiáng)度大一些。
(3)粗集料強(qiáng)度對混凝土強(qiáng)度的影響。骨料對混凝土強(qiáng)度的影響主要有以下幾個方面:第一,石子強(qiáng)度低于混凝土的強(qiáng)度,當(dāng)混凝土受壓時,石子首先被壓碎,導(dǎo)致混凝土的實際強(qiáng)度降低。特別是使用風(fēng)化或軟質(zhì)巖石破碎加工成的碎石拌制的混凝土易發(fā)生此類問題;第二,骨料體積穩(wěn)定性差,尤其是由頁巖、帶有膨脹松土的石灰?guī)r等制成的骨料,在干濕交替或凍融循環(huán)作用下,常表現(xiàn)為體積穩(wěn)定性差,發(fā)生變形,破壞混凝土已經(jīng)形成的內(nèi)部結(jié)構(gòu),導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低,嚴(yán)重時會使混凝土構(gòu)件受到破壞;第三,骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等影響骨料與水泥石之間的粘結(jié)性能,進(jìn)而影響混凝土的強(qiáng)度。
(4)粗集料表面清潔度對混凝土強(qiáng)度的影響。干法生產(chǎn)的粗集料表面粘附了一層石粉,其粒徑大部分小于0.16 mm,即使長時間攪拌,也無法使表面石粉完全脫離,這樣就在水泥漿和集料表面形成一個薄弱的結(jié)合層,使水泥漿不能完全與集料粘結(jié),從而使混凝土強(qiáng)度降低。
1.3 細(xì)集料對混凝土強(qiáng)度的影響
對于中低強(qiáng)度等級的混凝土,尤其是膠凝材料偏小的混凝土,需保證細(xì)集料中細(xì)小顆粒的數(shù)量,以保證混凝土整體顆粒的堆積效果,從而保證混凝土的強(qiáng)度。試驗表明,高強(qiáng)度混凝土要用中粗砂,尤其當(dāng)石子級配較差時,砂子以偏粗為好,細(xì)度模數(shù)約等于3.0時,混凝土的工作性能最好,抗壓強(qiáng)度最高。
目前,由于許多地區(qū)河砂資源缺少,為了滿足建設(shè)市場的需求,允許采用巖石破碎生產(chǎn)的機(jī)制砂,此砂多棱角,表面粗糙,含大量石粉,且大多顆粒級配不良。大量試驗證明,用機(jī)制砂配置出來的混凝土強(qiáng)度稍高于河砂配制混凝土的強(qiáng)度。這是因為機(jī)制砂多棱角,表面粗糙且界面新鮮,提高了砂與水泥界面間的粘結(jié)強(qiáng)度,同時研究還表明,在低等級的混凝土中機(jī)制砂中的石粉還可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度,在高強(qiáng)混凝土中,適量的石粉對混凝土強(qiáng)度無不利影響,這就要求機(jī)制砂的質(zhì)量必須符合《建筑用砂》國家標(biāo)準(zhǔn)中人工砂的要求。
1.4 水對混凝土強(qiáng)度的影響
水是混凝土的主要組成部分,水的物質(zhì)組成嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度。水中許多有害雜質(zhì)可給混凝土質(zhì)量帶來很大的危害,例如水中的硫酸根離子、碳酸根離子可延長鈣礬石的結(jié)晶過程,消解混凝土28d強(qiáng)度,一般情況下28d強(qiáng)度可降低10%~20%,而海水中的氯離子具有早凝作用,可以促進(jìn)混凝土快凝和早強(qiáng),同時對混凝土有腐蝕。
2 施工工藝控制方面
試驗室值班人員與技術(shù)人員切實負(fù)起責(zé)任,嚴(yán)格控制混凝土的施工按規(guī)范要求進(jìn)行,混凝土澆筑之前檢查各項準(zhǔn)備工作是否到位及檢查校正模板,以防混凝土澆筑時跑模漏漿。另外合理布置混凝土拌合站的位置,減小混凝土運輸距離,以保證混凝土拌合物的工作性。澆筑過程做好各環(huán)節(jié)的銜接工作,采用適宜的運輸工具,盡量縮短混凝土拌合物的待料時間,從而也縮短了整個構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑時間。
3 混凝土的養(yǎng)生方面
按照國家規(guī)范或各地區(qū)的規(guī)定執(zhí)行,試驗室應(yīng)安排專人隨時檢查,隨著氣溫變化,應(yīng)及時調(diào)整施工時間和養(yǎng)護(hù)方案,確保混凝土在養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)強(qiáng)度的正常增長。尤其是混凝土冬季施工時要注意以下幾點:
(1)冬季混凝土的拌合時間應(yīng)比常溫延長60 s~90 s,使拌和的各種材料溫度均勻,確?;炷恋恼DY(jié)硬化,防止構(gòu)件或砌體出現(xiàn)低溫病害或缺陷。
(2)混凝土拌合物的出機(jī)溫度不得低于10℃,澆筑溫度不得低于5℃?;炷恋倪\輸必須采取切實有效的防凍保溫措施,做好工序之間的銜接工作,盡量縮短澆筑施工的時間。每盤混凝土宜在15 min內(nèi)澆筑結(jié)束,否則應(yīng)采取相應(yīng)措施保證混凝土的工作性。
(3)所施工的混凝土構(gòu)件澆筑結(jié)束后,應(yīng)立即用塑料薄膜100 %裹覆,然后采用暖棚蒸汽養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時間不少于同條件試件強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80 %所需的時間。
綜上所述,只有從各種原材料進(jìn)場使用至混凝土在施工過程中各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制,才能保證混凝土最終強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求。
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