混凝土组成成份对混凝土性能的影响

混凝土组成成份对混凝土性能的影响

建国以来，我国水泥和混凝土工业发展迅速，水泥产量从1949年的66万t,到2006年年产量达13. 7亿t,

占世界水泥生产总量 50%左右。20世纪50年代我国混凝土设计强度为15MPa, 20世纪70年代平均强度为

20MPa, 20世纪80年代平均强度已达 25〜30MPa,近年来大量使用的混凝土设计强度已达30〜40MPa, C50

以上高强度混凝土已大量用于预制构件 , 高层建筑和大跨度桥梁中 , 这是混凝土技术进步的重要标志。长期以来,

水泥、混凝土、混凝土构件和工程结构被划分属于不同学科 ,在不同领域的不同层次进行研究 ,在工程上也分属不同

行业 , 实际上 , 水泥、特别是混凝土 , 是一种复杂的、非均质的多相体 , 水泥浆体、混凝土、以至钢筋混凝土结

构的行为都不能用其中各组分单个行为的简单叠加来表征。例于在混凝土中掺入硅灰时,

混凝土的强度随硅灰的掺量而提高 ;但在水泥中,水泥强度并不随硅灰的掺量而变化 ,这说明混凝土的行为并不取决

于水泥单独的性质和行为。在过去 , 在各个层次分离的情况下 , 本应是整体的水泥—混凝土—工程结构 , 由于

分属不同领域 , 造成工程技术人员“隔行”, 会出现矛盾而影响工程质量和混凝土技术的进步。例如, 随着建设的发展 ,工程结构设计人员要求提高混凝土强度 ,提高混凝土强度则要求水泥提高标高 ;而不懂混凝土

的结构设计人员并不知道混凝土的强度是怎样提高的 ;而混凝土的生产者也不了解水泥标高的提高是采取了什么措

施 , 而这些措施反过来会对混凝土的其他性能和工程有什么影响 ; 水泥的生产者并不了解混凝土技术的发展 , 不

知道水泥的性质如何与混凝土技术相适应 ; 结果导致发生使用外加剂的混凝土流变性能的问题,大体积混凝土的温度

应力问题 ,收缩开裂的问题 ,混凝土的长期性能问题等。因此 ,混凝土工程技术人员不仅要了解水泥除强度以外的各

种物理力学性能 , 而且要增加一些水泥组成和工艺的知识 , 还应了解施工的知识和结构、构造的知识 ,反之,结构

工程设计和施工技术人员必须深化水泥、混凝土的知识 ,才能知道如何对水泥提出全面而正确的要求 , 并正确使用

混凝土。业主 , 工程监理人员也要懂得水泥、砂石、外加剂等原材料的何种组合和性质对混凝土有何影响 ,以提高

混凝土的性能 ,降低混凝土的成本 ,促进混凝土技术的健康发展。

近年来 , 建设工程的业主、施工、监理和设计对混凝土工程质量仅要求和注重强度, 而忽视了混凝土结

构的耐久性，在实践中只将强度作为混凝土质量要求和验收标准备。有些施工单位反映“混凝土一上C40就

开裂”。其原因很复杂 ,涉及多方面 ,仅技术而言 ,施工质量控制（施工管理技术水平 ,施工人员素质） , 混凝

土的原材料和配合比是影响工程质量的重要因素。

1 混凝土配合比设计

混凝土配合比是进行生产的依据 ,直接关系到混凝土的性能和生产成本 ,是混凝土质量控制的核心部分。混凝

土配合比设计目标值应为 : ① 具有较高的强度指标满足设计强度要求 ; ② 具有较好的流动性 , 易于施工 ; ③体

积稳定性好 ; ④高度的耐久性 ; ⑤较好的原材料组合 , 达到材料成本最低化。确定混凝土的配合比设计应紧紧围

绕这 5 个目标值 , 根据结构设计强度等级、混凝土的耐久性、及工程的结构部位、运输距离、施工方式等来确定

原材料的品种、规格及拌合物的坍落度等性能。混凝土的配合比计算 , 一般先利用相关的混凝土强与水灰比的关

系式计算出水灰比 , 然后根据经验 , 有关资料选定每 1 m3 混凝土的用水量 , 胶凝材料用量 , 然后根据混凝土的

工作性能要求确定砂率 , 外加剂掺量 , 确定粗骨料的用量 , 最后通过试配确定生产的配合比。在实际生产实践中 , 由于整个计算、试配过程基本以强度作为主要控制指标 , 加上部分试验人员对混凝土的用水量 ,胶凝材料用量 ,砂率、粗骨料用量及外加剂等对混凝土的强度、耐久性的影响关系认识不足 , 片面以加大胶凝材料（水泥）的用量以

提高混凝土强度 , 最后试配不出最经济合理的配合比来指导生产。

下面就某项目2个施工单位预制50 m T梁的C50施工配合比进行比较。两单位均采用同品牌P. 042.

5 级水泥,相同料厂生产的碎石与机制砂 ,相同掺量（1% ）的同种高效减水剂 ,试配结果见表 1。

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经比较乙单位试配出混凝土性能比甲单位好

，每1 m3混凝土的成本要比甲单位低，且预制T 梁的混凝土外

观质量比甲单位好。 2胶凝材料的控制

2. 1 我国水泥标准修订的影响

20多年来，我国水泥标准进行过 3次修订。第1次修订的标准于1979年7月开始实施，第2次修订19

92年开始逐步实施，第3次修订1999年开始实施。水泥标准的修订 ，促进我国水泥生产工艺的改进和产品 质量的提高，通过对标准修订，增加了熟料中C3 S 和C3A 的含量，水泥细度从比表面积平均 300 m2 /kg 增加 到平均330 m2 /kg ，提高了水泥强度，尤其是早期强度，导致水泥的水化速率过快、水化热大、早期强度发 展过快过高、混凝土的微观结构不良、收缩大、抗裂性下降、抗腐蚀性差 ，同时使水泥与相同高效减水剂的 相容性变差。实践表明，早期强度很高的混凝土 ，有些在14d 以后强度几乎不再增长，长期强度甚至还可能 倒缩。水泥中C3A 的3 d 水化热量分别约为 C3 S 的3. 7倍和C2 S 的17. 7倍，7 d 水化热量分别约为 C 3 S 的7倍和C2 S 的37倍；C3A 的收缩率大约是 C3 S 和C2 S 的3倍。

2. 2 水泥强度等级的选择

混凝土的强度主要由水泥浆的强度、水泥浆与骨料界面的粘结强度、骨料颗粒强度决定。水泥浆将骨

料牢固地粘结成整体，而水泥浆的强度取决于水泥的强度等级 ，因此，合理选择水泥的强度等级非常重要。 研

究表明，等级越高的水泥越易获得更高的强度 ，但其强度增长不与水泥抗压强度的增长成正比

，当水泥的强 度等级过高于混凝土设计强度等级时 ，水泥用量小，拌合物松散，粘性差，反之过低时，水泥用量过多，混凝土 拌合物粘聚力大，成团，不便浇注，不经济，且过大的水泥用量也可能引起混凝土在水化初期岀现塑性裂缝以 及收缩量的增加。

2. 3 水胶比的控制

为使混凝土有较高的强度，就要减少硬化水泥浆体中的毛细孔隙 ，改善水化产物的结构，提高水泥石的 结构强度，特别是骨料界面上的硬化浆体的结构强度 ，在水胶化较高的普通混凝土中，拌料内大量水份加大

了水泥颗粒间的距离，硬化后留下大量毛细孔隙，拌料中过量的水份还有集结在粗骨料表面特别是底面的倾 向，水泥石的结构强度因此也不可能很高 ，而硅酸盐水泥的主要水化产物是水化硅酸钙与氢氧化钙

，氢氧化 钙为强度较低的六角片状结晶，更使粗骨料界面成为混凝土中的薄弱环节 ，所以降低混凝土的水胶化和用水

量是提高混凝土强度的重要环节。 但混凝土获得较好的流动性需要较多的拌合水

，由于水泥置于水中后会产 生絮凝作用并禁闭部分自由水份 ，太多的拌合水不但增加了内部孔隙率 ，形成各种介质侵入的通道，而且由 于导