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摘要：本文從水灰比、水泥、集料、集灰比、養(yǎng)護(hù)等幾個(gè)方面簡要闡述影響水泥混凝土強(qiáng)度的幾個(gè)主要因素，為水泥混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工及試驗(yàn)分析提供一些思路。 關(guān)鍵詞：水泥混凝土；強(qiáng)度；影響；因素 任何混凝土結(jié)構(gòu)物主要都是用于承受荷載或抵抗各種作用力的，強(qiáng)度是混凝土最重要的力學(xué)性能。工程上對混凝土的其它性能要求，如不透水性、抗凍性等，而這些性能與混凝土強(qiáng)度往往存在著密切的聯(lián)系。一般說來，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(shí)較脆、易裂。因此，通常用強(qiáng)度來評定和控制混凝土的質(zhì)量以及評價(jià)各種因素影響程度的指標(biāo)。 1水灰比 水泥混凝土強(qiáng)度主要取決于毛細(xì)管孔隙率或膠空比，但這些指標(biāo)都難于測定或估計(jì)。而充分密實(shí)的混凝土在任何水灰比程度下的毛細(xì)管孔隙率由水灰比所確定。 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(gè)因素，即水灰比。”由此看來，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)這兩者的孔隙率，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)程度兩者都對混凝土體積有影響，當(dāng)混凝土混合料能被充分搗實(shí)時(shí)，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(gè)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(shí)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。在實(shí)際中，我們可以通過規(guī)定的W/C來保證充分密實(shí)的混凝土在規(guī)定齡期的強(qiáng)度，保證混凝土的性能。 2 水泥 水泥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含量較高的水泥來制作混凝土，其強(qiáng)度增長較快，但在后期可能以較低的強(qiáng)度而告終。而無論通過改變成分、養(yǎng)護(hù)條件或者利用外加劑而比較緩慢地水化，都可使水泥產(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，就導(dǎo)致較高的強(qiáng)度增長率。但應(yīng)避免細(xì)磨粉的含量。因?yàn)楫?dāng)顆粒很細(xì)時(shí)，間隙水可引起一些高W/C區(qū)域。另外，研究表明，直徑大于60pm的顆粒對強(qiáng)度是沒什么貢獻(xiàn)的。 而水泥質(zhì)量的波動對混凝土強(qiáng)度的影響,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，毫無疑問地在混凝土強(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(shí)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)卻因強(qiáng)度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 集料極重要的參數(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)度一般都要高于混凝土的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度。在承載時(shí)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)槠茐臎Q定于其它兩項(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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)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)混凝土起反作用，低強(qiáng)度混凝土在一定水灰比時(shí)，骨料粒徑似乎無大的影響。另外，在同一條件下，以鈣質(zhì)代硅質(zhì)骨料會使混凝土強(qiáng)度明顯改善。 4 集灰比 對于強(qiáng)度大于35Mpa的混凝土，集灰比的影響就較為明顯地表現(xiàn)出來。在相同水灰比時(shí)，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，從而有效水灰比降低；混凝土內(nèi)孔隙總體積減小；集料對混凝土強(qiáng)度所引起的作用更好地發(fā)揮。 5養(yǎng)護(hù) 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)的目的是為了保證水泥水化過程能正常進(jìn)行，包括控制環(huán)境的溫度和濕度。 水泥水化只能在為水填充的毛細(xì)管內(nèi)發(fā)生，因此，必須創(chuàng)造條件防止水分由毛細(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＿@時(shí)，如果不讓水分進(jìn)入水泥石，則供水化反應(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(gè)狀態(tài)。只有在飽水狀態(tài)下，水泥水化速度才是最大的。 要使混凝土達(dá)到所要求的強(qiáng)度并不需要所有水泥都水化，因?yàn)樵诠こ躺虾苌倌苓_(dá)到這樣的強(qiáng)度。混凝土的質(zhì)量主要取決于水泥石中的膠空比。混凝土在澆筑后水分的蒸發(fā)，取決于周圍空氣的溫度和相對濕度，以及引起混凝土表面空氣濕度變化的風(fēng)度。混凝土和周圍空氣的溫差，也會影響失水。例如，在白天飽水的混凝土在溫度低的晚上會失水；寒冷氣候中澆筑的混凝土，即使在飽和空氣中，也會失水。急速的初期水化反應(yīng)會導(dǎo)致水化物的不均勻分布。水化物稠密程度低的區(qū)域成為水泥石中的薄弱點(diǎn)，從而降低整體的強(qiáng)度；水化物程度高的區(qū)域包裹在水泥粒子的周圍，防礙水化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，從而減少水化物的量。在養(yǎng)護(hù)溫度較低的情況下，由于水化緩慢，具有充分的擴(kuò)散時(shí)間，從而使水化物得以在水泥石中均勻分布。Klieger指出：在混凝土早期養(yǎng)護(hù)時(shí)期，存在著一個(gè)最佳養(yǎng)護(hù)溫度，在此情況下混凝土在某一齡期時(shí)的強(qiáng)度最大。在試驗(yàn)條件下，硅酸鹽水泥的最佳溫度約為13?C ，而快硬硅酸鹽水泥則為4○C。所以，在夏天澆筑的混凝土要較同樣的混凝土在冬天澆筑時(shí)的強(qiáng)度要低。影響著水泥混凝土的原因是多方面的，所以，在水泥混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)過程中，上述因素應(yīng)當(dāng)加以考慮。 參考文獻(xiàn)： [1] 路面材料科學(xué).重慶交通學(xué)院，2001 [2] 混凝土.中國建筑工業(yè)出版社 [3] 混凝土學(xué).中國建中筑工業(yè)出版社 |
