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影响混凝土强度的因素有哪些?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-10-26

一、水泥强度和水灰比、砂率是影响混凝土强度的首要因素

(1)混凝土的受力破坏,主要出现在水泥石与集料的分界面上以及水泥石中,因为这些部位往往存在孔隙和潜在微裂缝等结构缺陷,是混凝土中的薄弱环节。所以,混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与集料间的粘结力,而水泥石与集料间的粘结力主要取决于水泥强度。因此,水泥强度是影响混凝土强度的首要因素,也可以说是起决定性作用的因素。水泥强度愈高,粘结力愈强,混凝土强度就愈高,反之混凝土强度就愈低。因此,一定要使用强度符合标准的水泥。

(2)在配合比设计中水灰比、用水量、砂率是三个重要的参数,其中水灰比显得尤为重要。水灰比就是水与水泥的比例,对混凝土的强度和性质起决定性作用。强度、耐久性、抗冻性、抗渗等都与混凝土的密实性有直接关系,而混凝土的密实性取决于混凝土内部含水量的大小,如果水灰比大,混凝土中的用水量就相对加大,在水泥硬化后,残余的一部分水存在于混凝土中,这些游离水慢慢蒸发后,在混凝土内部留下了许多气泡气孔,这些微小气泡把集料与集料隔开,也把水泥与集料隔开。因此,降低了混凝土的强度,增加了混凝土的收缩量,混凝土的密实度也相对降低。水灰比过大,还会使混凝土分层、离析,使混凝土内部产生裂缝。因此,配合比设计时尽量使用最小用水量。冬季施工时,最好使用减水剂。

(3)砂率大小对混凝土的质量有很大影响,特别用细砂时,对混凝土干缩影响较大,表面易产生微裂缝。砂率过大时,混凝土易产生泌水现象,影响混凝土的和易性。因此,混凝土强度也将受到影响。砂率在混凝土配合比设计规范中并没有严格规定,它的最佳含量应与水泥和水组成的砂浆充满石子的空隙再乘以剩余系数(也称拨开系数,一般为1.1~1.4),还要参考混凝土的坍落度、石子的种类和粒径及砂的细度而定,在实际应用中不能随意加减。

二、集料状况对混凝土强度的影响

(1)集料的级配和质量,不但对混凝土的和易性有很大影响,而且对混凝土强度也有影响。级配良好质地坚硬的集料,由于其总表面积和孔隙相对较小,不但节约了水泥,还能增加混凝土的密实性和强度,特别是在高强度混凝土中,集料对强度的影响更大。粗集料的表面特征如表面粗糙、多棱角的碎石,能增大集料与水泥浆的粘结力,在水灰比相同的条件下,碎石混凝土比卵石混凝土强度提高10%左右。

(2)集料的含泥量和泥块含量对混凝土强度的影响,在相关标准中对集料的含泥量和泥块含量有严格的规定。因为它们能与水泥混杂在一起,包裹在集料的表面,也影响了水泥与集料的粘结。同时泥块夹在水泥颗粒之间也影响了混凝土的凝结,而且后期强度也偏低,它们的危害是很大的,不容忽视。

(3)针、片状颗粒也会对混凝土强度造成损失。针、片状颗粒在拌制过程中会产生较大阻力,影响混凝土的均匀性,而且,在浇筑时又严重影响了混凝土的流动性。针、片状颗粒也容易折断,增大了集料间的孔隙,从而难以密实,间接地影响混凝土强度,所以在施工中一定要严格控制针、片状颗粒集料含量。

(4)集料中有害物质对混凝土强度也有一定影响。集料中的有害物质有云母、轻物质、有机物、硫酸盐和硫化物。云母呈薄片状,表面光滑与水泥石的粘结非常薄弱,会降低混凝土的强度和耐久性。轻物质指砂中表观密度小于2000kg/m的物质,如煤渣、草根、树叶等,它们的质量轻,颗粒软弱,与水泥石粘结力很差,会使混凝土强度降低。硫化物和硫酸盐在水泥中发生反应,使混凝土发生腐蚀以至破坏。有机物含量多,会延迟混凝土的硬化,影响混凝土强度的增长。

(5)碱-硅酸盐反应,对混凝土的影响是不可忽视的。硅质集料与混凝土中的碱发生潜在碱硅酸盐反应,使混凝土发生体积膨胀,产生裂纹,降低混凝土强度。碱集料反应在世界各地造成混凝土工程的严重破坏,包括大坝、桥梁、立交桥、港口建筑、工业与民用建筑,其后果是耗费巨额维修费用或重建费用。

集料在混凝土中起着重要的作用,在使用中一定要对其品质和成分进行检验,必检项目指标达到标准要求时才能配制混凝土,不经检验的集料是不允许使用的。

三、拌合水对混凝土强度的影响

水的质量是影响混凝土强度的重要因素。一般饮用水都可以拌制混凝土。近年来,随着环境的进一步恶化,水质被严重污染。这种被污染的水含有一些化学成分,对混凝土产生很大的危害。这些有害物质有硫化物、硫酸盐、氯化物等,它们不但影响混凝土的和易性和凝结,而且有损于混凝土强度的正常发展,降低混凝土的耐久性,加快钢筋混凝土的腐蚀,导致预应力钢筋的脆断。同时,污染混凝土表面影响观感。因此,对混凝土拌合水尤其受污染的水,须经化验后证明有害于水泥硬化和侵蚀性元素的含量不超标时才能使用。这些需化验的项目有pH值、氧化物、硫酸盐、硫化物、不溶物和可溶物。根据混凝土和钢筋混凝土的不同品种的相应要求,不符合要求的水坚决禁止使用于混凝土工程,否则对混凝土的质量将造成一定危害而影响混凝土的强度。

四、硬化时间和养护条件对混凝土强度的影响

(1)混凝土的强度随着龄期的增长而逐渐提高,在正常使用的环境和养护条件下,混凝土早期强度(3~7d)发展较快,28d可达到混凝土设计强度要求值,以后混凝土的发展逐渐趋于缓慢。因此,加强混凝土早期的养护对混凝土强度的增长有很大好处。

(2)养护条件对混凝土强度发展有很大的影响。混凝土强度的发展是在一定的温度、湿度下,由于水泥的逐渐水化而增长的。在4~40℃范围内,混凝土强度随温度增高而增长。水泥水化越快,强度增长越高;反之,随温度的降低,水泥的水化速度减慢,混凝土强度发展也就较迟缓。当温度低于0℃时,水泥水化基本停止,而且因为结冰使体积膨胀、结构疏松而降低混凝土强度。有时,则会导致更大的破坏。混凝土在硬化过程中由于水泥水化需要保持一定的湿度。如果环境干燥、湿度不够会导致混凝土失水,使混凝土结构不密实,产生干缩、裂缝,严重影响混凝土强度。因此,在施工过程中,应根据原材料、配合比、浇筑部位和季节等具体,情况制定合理的施工技术方案,采取有效的养护措施,保证混凝土强度的正常增长。

五、施工条件和外加剂对混凝土强度的影响

混凝土工程的施:正主要工序是搅拌、运输、浇筑、振捣成型,最后经养护达到完成。每一道工序都有它的技术要求,不按规范自行其事都将给混凝土强度带来不利影响。

混凝土的搅拌是实现配合比设计的最终目的,满足施工要求的和易性是混凝土搅拌的重要环节。搅拌就是将几种材料拌合均匀的过程,搅拌时间过短,混凝土搅拌不均匀,强度和和易性降低,搅拌时间过长会使不坚硬的集料发生破碎,反而降低强度,因此,搅拌时间不宜超过规定时间的3倍。

加料的顺序也影响混凝土强度,常规投料方式有二种,有一次投料法和二次投料法两种。二次投料法又分为水泥裹砂法、预拌水泥砂浆法和预拌水泥浆法三种。水泥裹砂法是先加入一定量的水,将砂表面的含水量调节到某一定值,再将石子加入与湿砂一起搅拌均匀,然后投入全部水泥,与湿润后的砂、石搅和,使水泥在砂、石表面形成低水灰比的水泥浆,最后将剩余的水和外加剂加入,搅拌成混凝土。这种工艺与一次投料法相比强度可提高20%~30%,混凝土和易性也较好;预拌水泥砂浆法是将水泥、砂和水加入搅拌机内拌合均匀,再加入石子搅拌成混凝土,此法与一次性投料法相比可减水4%~5%,提高混凝土强度3%~8%;预拌水泥浆法是将水泥和水充分搅拌成均匀的水泥净浆,再加入砂、石搅拌成混凝土,可改善混凝土内部结构,减少离析,节约水泥10%或提高混凝土强度15%。

浇筑混凝土拌合物时,必须充分捣实,才能得到密实而坚硬的混凝土。如振捣不密实,会出现蜂窝、麻面影响混凝土强度。捣实的方法有两种:人工捣实和机械振捣。同样的混凝土拌合物,机械振捣比人工捣固的质量高,所以最好采用机械振捣。

一般来说,振捣的时间愈长,混凝土愈密实,强度愈高。但对流动性较大的塑性混凝土,振捣时间过长,会使混凝土产生泌水、离析现象,质量不均匀,强度降低,而干硬性混凝土振捣时间应长。

混凝土外加剂对混凝土强度的影响也是不容忽视的,在混凝土外加剂性能指标中有一项重要的共性指标28d抗压强度比,一等品≥95%,合格品≥85%。就此指标而言,混凝土外加剂显示了它对混凝土强度的负面作用。因此,在混凝土外加剂实际应用中应引起注意。

以上谈了影响混凝土强度的主要因素,在混凝土工程中要严格掌握,处处按标准、规范施工,决不可忽视它的科学性和技术性,以免造成工程质量问题。

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