混凝土强度的影响因素

混凝土强度的影响因素

混凝土硬化后最基本的性能就是强度, 混凝土强度有抗压、抗拉、弯曲、剪切强度等。抗压强度同其他强度间有密切的关系。由于它的测定方法比较简单, 同时在混凝土结构中混凝土主要用来承受

压力, 因此凝土的抗压强度就成为评价其质量的最重要的一项指标。通常所讲的混凝土强度等级是混凝土的特定抗压强度,是设计和施工

时的强度指标。混凝土强度等级是按照标准方法试验测定的。用边长为15 cm的立方体试件, 标准条件( 温度为20±2℃, 相对湿度95%

以上)下养护28天的抗压强度。影响混凝土强度的因素较多, 主要是混凝土的构成材料, 施工中振捣密实强度及混凝土强度增长过程中

的养护条件。混凝土的组成材料包括水泥、集料( 粗、细骨料) 、水、掺合料、外加剂等。

1 水灰比是决定混凝土强度的关键

水在混凝土中的掺量是决定混凝土强度的主要因素。通常情况下, 满足水泥水化所需的水量不超过水泥重量的25%。普通混凝土常用

的水灰比为0.4:0.65, 超过水化需要的水主要是为了满足工作性的

需要。超量的水在混凝土内部留下了缝,使混凝土强度、密度和各种

耐久性都受到不利影响, 因此, 水灰比是定混凝土强度的关键。灰水比越大( 水灰比越小) 混凝土强度越高, 灰水比越小( 水灰比越大) 强度越低。在一般情况下, 集料的强度都高于混凝土强度, 甚至高

出几倍。因此, 混凝土的强度主要取决于起胶结作用的水泥石的质量。而水泥石的质量又决定于水泥标号和水灰比, 所以说水泥石质量

决定于水灰比, 可从水在水泥浆体中的存在形态加以分析。经研究证明, 水泥浆体中的水有四种形态:

( 1) 化合水, 水以原子形态参加晶格, 即水分子有序排列于水化物晶格之内, 完全与水泥化合而形成新物质。这部分约占总量的

20~25%。

( 2) 凝胶水,存在于水化物凝胶中的水为凝胶所包围, 但不与水泥起水化反应。蒸发后在水泥石中留下凝胶孔。

( 3) 毛细水,存在于毛细孔中的可蒸发水, 蒸发后留下毛细孔。( 4) 游离水, 对水泥浆体结构和性能完全属于多余的可蒸发水, 因此, 愈少愈好。但因为混凝土施工需一定的和易性, 故游离水不能完全避免。

以上4种存在于水泥浆体的水, 除了化合水外, 其余三种形态的水, 都将随着水泥浆体的凝结硬化而逐渐蒸发掉, 给水泥石留下的是孔隙, 而任何固体的强度都与所含孔隙率大小有关, 孔隙率越大强度越低, 孔隙越小强度越高。所以混凝土水灰比越大, 孔隙率越大, 强度越低, 水灰比越小, 孔隙率越小, 强度越高。

2 水泥对混凝土强度的影响

水泥标号对混凝土强度的作用是人们所熟知的, 同样配合比, 水泥标号愈高, 混凝土强度愈高, 水泥标号愈低, 混凝土强度愈低。关于水泥用量对混凝土强度的影响, 一般认为“水泥越多混凝土强度越高”。这个认识是不确切的: 这个前提应该是在水灰比不变的情况下。如果水灰比不同, 就无法谈高低问题。二是两者间关系不是永

恒的。在水灰比不变的情况下, 混凝土强度有随水泥用量增加而提高的可能。但当水泥用量增加到某一极限量时, 混凝土强度不但没有

提高, 反而有下降的趋势。

从水泥用量对水泥石孔隙的影响来分析, 在某一水灰比时, 水

泥用量如果恰在水泥全部水化限度内, 则水泥石的孔隙率是正常的, 也就是水泥石强度是最高的。如果水泥用量增加, 相应地水也要增加。所以, 孔隙率不会降反增水泥石混凝土整个体积中的比例。在混凝土中, 水泥石的强度远较集料强度低, 因此, 过多的增加水泥不

但不会提高混凝土的强度, 很可能要降低强度, 同时还要浪费水泥, 这在技术上和经济上都是不可的。

3 集料对混凝土强度的作用

集料本身强度一般都高于混凝土强度, 所以集料强度对混凝土强

度没有不利影响。但是集料的一些物理性质, 特别是集料的表面情况, 颗粒形状( 针片状) 等对混凝土强度有较大的影响, 相对地讲,对混

凝土的抗拉强度影响更大一些。集料品种对混凝土强度的影响, 又

与水灰比有关。当水灰比小于0.4, 用碎石制成的混凝土强度较卵石要高, 两者相差值可达30%以上。随着水灰比的增大, 集料品种的影响减小, 当水灰比为0.65时, 用碎石和卵石制成的混凝土在强度上

没有差异。这是因为碎石表面粗糙, 卵石则表面光滑, 它们与水泥

石间的界面粘结强度不同所致。粗集料的最大粒径对混凝土的用水

量及水泥用量有一定的影响。粒径大, 其比表面积越小, 因此用于湿润石子表面的水得以减少, 可降低水灰比而提高混凝土强度, 或保

持强度不变的情况下,节省水泥。但当最大粒径超过40 mm以后, 由

于减少加水量获得强度的提高, 被较小的粘结面及大粒径石子造成

混凝土的连续性的不利影响所抵消, 特别是水泥用量多的混凝土更

为明显。石子最大粒径为40 mm时, 其混凝土强度最高。所以我们

在选用石子时, 不宜用大40毫米的石子, 太大的石子不但强度较低, 且在施工中拌合捣实不密实,同时在结构上设计上也有限制。集料中所含的有害物质, 如泥土、粉尘、有机物, 硫酸盐等, 对混凝土强

度都是有害的, 所以应尽量减少集料中的有害物质。

4 振捣密实对混凝土强度的影响

振捣是配制混凝土的一个重要的工艺过程。振捣的目的是施加某种外力, 抵消混凝土混合物的内聚力, 制各种材料互相贴近渗透,

排除空气, 使之形成均匀密实的混凝土构件或构筑物, 以期达到最

高的强度。为获得密实的混凝土, 所使用的捣实方法有人工捣实和机械振实两种。由于人工捣实弊端很多一般很少应用,主要是机械振实。振速同振幅( A) 、振频( n) 的关系可用公式表示。 V=OC×A

×n ( 1- 3) 振幅与振频: 公式可见, 在已定振速的情况下, 振幅大, 振频相应减小, 反之振频相应加大, 在一定临界振速时, 相应振频

都有一个临界振幅, 在这个临界振幅作用下, 可使混凝土得到最大

的密实度。此外, 振幅的大小还与混凝土混合物颗粒尺寸大小及流动度有关。如果振幅过小, 难以达到密实, 振幅过大则发生振动不和谐。呈乱状态, 这会导致混凝土的分层现象。由此可见, 只要振幅保持在一个适当的范围之内, 振频对混凝土的实起主要作用。