張曉德

（中澤建工集團(tuán)有限公司，山西太原　030032）

?

談?dòng)绊懟炷翉?qiáng)度的因素

張曉德

（中澤建工集團(tuán)有限公司，山西太原030032）

摘要：結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，從水泥強(qiáng)度、骨料、水膠比、養(yǎng)護(hù)溫度、濕度、齡期等方面，分析了影響混凝土強(qiáng)度的因素，并探討了各因素對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響程度，為混凝土的配合比設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：混凝土強(qiáng)度，骨料，水膠比，養(yǎng)護(hù)溫度，齡期

0　引言

在許多工程實(shí)例中，會(huì)碰到混凝土的強(qiáng)度不夠，從而需對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，這樣會(huì)造成住戶的使用面積減小，同時(shí)也增加了對(duì)原設(shè)計(jì)地基的附加應(yīng)力，從經(jīng)濟(jì)方面以及結(jié)構(gòu)安全方面都造成了嚴(yán)重的后果，從這點(diǎn)出發(fā)結(jié)合本人在工程實(shí)踐中的一些積累，對(duì)影響混凝土強(qiáng)度因素談一下心得，在一般情況下混凝土的破壞在外力作用下發(fā)生在水泥石與骨料粘結(jié)面上，即通常所說(shuō)的粘結(jié)面破壞形式，另一種情況，水泥石本身強(qiáng)度在外力作用下破壞，混凝土破壞大致分為這兩種形式，破壞機(jī)理不同，由于混凝土的粗骨料強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水泥石強(qiáng)度，骨料最先破壞可能很小，所以著重從水泥石強(qiáng)度，粗骨料性質(zhì)對(duì)混凝土的影響進(jìn)行分析。

水泥石強(qiáng)度又與水泥標(biāo)號(hào)，水膠比，骨料性有關(guān)，此外還與施工質(zhì)量，養(yǎng)護(hù)條件，齡期密切相關(guān)。

1　水泥強(qiáng)度

水泥是混凝土中最主要的水硬性，無(wú)機(jī)礦物膠凝材料，通過(guò)水泥物理化學(xué)反應(yīng)，生成新物質(zhì)膠凝作用可配制各種等級(jí)的強(qiáng)度混凝土制品，水泥品種選擇應(yīng)與混凝土強(qiáng)度相適應(yīng)，低等級(jí)水泥配制高強(qiáng)度混凝土，會(huì)使水泥用量增加，不經(jīng)濟(jì)，相反用高等級(jí)水泥配制低強(qiáng)度混凝土?xí)够炷梁鸵仔宰儾?，以及密?shí)度降低，耐久性變差，合理的等級(jí)范圍應(yīng)選擇在所配混凝土強(qiáng)度1. 5倍～2倍為宜，C80以上可取0. 8倍～1. 5倍，在配合比相同情況下所用水泥等級(jí)愈高配制混凝土強(qiáng)度也越高。

2　骨料

砂：粗細(xì)級(jí)配程度直接影響水泥石的強(qiáng)度，不同粒徑砂摻到一起可以使總表面積減小，所配制混凝土水泥用量越小，合理的級(jí)配可以提高水泥石密實(shí)度，此外砂的堅(jiān)固性也是影響水泥石強(qiáng)度另一重要因素，所以質(zhì)量損失應(yīng)符合相關(guān)要求，在嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)干濕交替下，循環(huán)后的質(zhì)量損失應(yīng)不大于8%，其他條件下，循環(huán)后的質(zhì)量損失不大于10%。石：粗骨料表面的粗糙程度以及表面特征直接影響水泥的粘結(jié)的好壞，碎石棱角越多越粗糙，與泥膠凝材料結(jié)合面摩擦力愈強(qiáng)，結(jié)合力愈高，粗骨料的形狀有針狀和片狀之分，針狀，片狀過(guò)多也會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低，以C30的強(qiáng)度為界，應(yīng)合理的控制碎石卵石的針，片狀顆粒含量，骨料的堅(jiān)固性也影響著混凝土強(qiáng)度，按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，試樣經(jīng)五次循環(huán)后在嚴(yán)寒寒冷地區(qū)干濕交替下，質(zhì)量損失不大于8%，在其他條件下不大于12%。

3　水膠比

在配合比一定，采用同一品種，同一強(qiáng)度等級(jí)水泥情況下，水灰比決定于混凝土強(qiáng)度，水膠比合理分配也影響著耐久性，抗凍性，抗腐蝕性，從而影響水泥石強(qiáng)度，水泥水化所需結(jié)合水大概占水泥質(zhì)量的23%，但為了滿足混凝土運(yùn)輸，泵送，澆筑，振搗要求而增大用水量（大約為水泥質(zhì)量的40%～70%），即增大水膠比，因?yàn)樗嗨c結(jié)合水反應(yīng)，而多余的自由水未參與水化從而會(huì)滯留在混凝土由于蒸發(fā)后而形成的氣孔中，其結(jié)果會(huì)減少混凝土抵抗荷載的有效面積，甚至由于氣孔周圍斷面突變會(huì)引起應(yīng)力集中，加速混凝土結(jié)構(gòu)破壞，此外水泥標(biāo)號(hào)相同條件下，水膠比越小，水泥石強(qiáng)度越高，與粗骨料粘結(jié)越結(jié)實(shí)，混凝土強(qiáng)度越高，如果水膠比太小，混凝土流動(dòng)性變差，也會(huì)給施工造成困難，特別是泵送，若梁柱交叉處鋼筋密集處下料，振搗，澆筑質(zhì)量不能很好控制，會(huì)造成堵管，蜂窩，麻面以及孔洞等質(zhì)量問(wèn)題。實(shí)踐說(shuō)明，混凝土強(qiáng)度隨水膠比的增大而降低，呈曲線關(guān)系，而混凝土強(qiáng)度和膠水比呈直線關(guān)系（如圖1，圖2所示）。

圖1　混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比關(guān)系曲線圖

圖2　混凝土抗壓強(qiáng)度與膠水比關(guān)系曲線圖

混凝土的最大水膠比和最小水泥用量見表1。

表1　混凝土的最大水膠比和最小水泥用量

4　養(yǎng)護(hù)溫度

溫度對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程的影響是至關(guān)重要的，水泥水化受溫度的制約，可以調(diào)節(jié)混凝土水化速度，強(qiáng)度增長(zhǎng)快慢，環(huán)境溫度高初期水化速度快，強(qiáng)度增長(zhǎng)也較快，但是由于初期急速的水化使水泥水化產(chǎn)生的水化物在混凝土中分布不均勻，稠密程度不均勻，這樣稠密程度低，會(huì)成為結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，形成應(yīng)力集中而降低混凝土的整體強(qiáng)度，反而稠密程度高的區(qū)域，水化物吸附的水泥顆粒周圍會(huì)使水化反應(yīng)速度降低，對(duì)后期強(qiáng)度增長(zhǎng)速度放緩，如圖3所示：在49℃溫度曲線上，當(dāng)齡期到28 d時(shí)后期強(qiáng)度才能達(dá)到75%左右。

在環(huán)境溫度低的情況下，水化反應(yīng)速度變慢，可以使水化作用更加充分，水化物均勻分布在水泥石結(jié)構(gòu)中，有利于后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)，使混凝土結(jié)構(gòu)抵抗外力作用能力增強(qiáng)，在圖3中溫度過(guò)低，比如在4℃曲線上，齡期為7 d時(shí)，強(qiáng)度為35%左右，齡期28 d時(shí)強(qiáng)度85%左右，這說(shuō)明溫度過(guò)低也影響強(qiáng)度的增長(zhǎng)。所以環(huán)境溫度必須適度，強(qiáng)度增長(zhǎng)才能正常，合理。

當(dāng)環(huán)境溫度在冰凍點(diǎn)以下時(shí)，混凝土中的水結(jié)成冰，也就是說(shuō)不能進(jìn)行水化反應(yīng)，混凝土強(qiáng)度停止增長(zhǎng)，同時(shí)由于冰凍膨脹后體積變化（膨脹9%）產(chǎn)生很大的壓力，作用在由于混凝土水化過(guò)程中水蒸發(fā)后形成孔隙內(nèi)壁，產(chǎn)生應(yīng)力使混凝土破壞，當(dāng)溫度升高時(shí)，冰體積減小，對(duì)孔隙內(nèi)壁的作用也隨著降低，這樣反復(fù)凍融，使混凝土內(nèi)部裂縫逐漸隨著凍隔次數(shù)增加而變寬，甚至混凝土表面開始剝落，實(shí)踐證明，早期強(qiáng)度越低，被凍壞的可能性越大，如圖4所示當(dāng)強(qiáng)度增長(zhǎng)1 d后被凍結(jié)，齡期為20 d時(shí)，強(qiáng)度為15%，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)愈低；當(dāng)強(qiáng)度增長(zhǎng)10 d后被凍結(jié)，齡期為20 d時(shí)強(qiáng)度為35%，所以工程在施工過(guò)程中，特別注意溫度控制，嚴(yán)格執(zhí)行冬施工方案。

圖3　養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

圖4　混凝土強(qiáng)度與凍結(jié)日期的關(guān)系

混凝土凍壞程度還與所用水泥的品種以及抗凍耐久性有關(guān)，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到某種程度時(shí)，就不會(huì)被凍壞或是對(duì)混凝土強(qiáng)度影響很小，這就是我們常說(shuō)的受凍臨界強(qiáng)度。當(dāng)采用蓄熱法，暖棚法，加熱法施工時(shí)，采用硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥配制混凝土不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)30%；采用礦渣硅酸鹽水泥，粉煤灰硅酸鹽水泥，火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，復(fù)合硅酸鹽水泥配制混凝土?xí)r不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%；臨界強(qiáng)度還與混凝土強(qiáng)度以及抗凍耐久性有關(guān)，當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)不低于C50時(shí)，不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)值70%。

5　濕度

濕度對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)有非常大的影響，濕度適宜可以使水泥水化非常充分，強(qiáng)度能得到保證，假如濕度不夠，會(huì)使混凝土水泥水化因失水影響水化進(jìn)程，甚至停止水化，造成結(jié)果是水化未能完成，或者水化反應(yīng)不充分，使混凝土結(jié)構(gòu)疏松，耐久性差；保持濕潤(rùn)的時(shí)間越短，前期增長(zhǎng)強(qiáng)度越小，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢；如果長(zhǎng)期保持濕潤(rùn)，前期強(qiáng)度增長(zhǎng)較大，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)有很大空間，如圖5所示：當(dāng)保持濕潤(rùn)3 d，28 d齡期強(qiáng)度為60%左右；當(dāng)保持濕潤(rùn)14 d，28 d齡期強(qiáng)度為90%左右。

圖5　混凝土強(qiáng)度與濕潤(rùn)狀態(tài)保持時(shí)間的關(guān)系

6　齡期

混凝土在溫度，濕度正常條件下，水泥水化作用充分，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，28 d以后強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢，但強(qiáng)度仍繼續(xù)增長(zhǎng)，普通水泥制成的混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)下，混凝土強(qiáng)度的發(fā)展大致與其齡期的對(duì)數(shù)成正比（齡期不少于3 d）。

式中：fn——n d齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度；

f28——28 d齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度；

n——養(yǎng)護(hù)齡期，大于3 d。

通過(guò)上述五個(gè)方面因素分析，只要在混凝土的配合比科學(xué)合理，配制水泥品種用量正確，以及配制混凝土過(guò)程中嚴(yán)格控制水膠比，砂的級(jí)配良好，合理選擇粗骨料，在施工過(guò)程中注意保溫、保濕、在保證期齡的情況下，就能保證混凝土的強(qiáng)度；假如五個(gè)方面影響因素疊加在一起，混凝土強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的多少，還需要進(jìn)行討論。

On factors affecting concrete strength

Zhang Xiaode
（Zhongze Construction Engineering Group Co.，Ltd，Taiyuan 030032，China）

Abstract：Combining with the work experience，the paper analyzes the factors affecting the concrete strength from the cement strength，aggregate，water-binder ratio，maintenance temperature，moisture，age and other aspects，and explores the influential standards of these factors on the concrete strength，so as to provide some reference for the design of the proportional ratio of the concrete.

Key words：concrete strength，aggregate，water-binder ratio，maintenance temperature，age

中圖分類號(hào)：TU528

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-6825（2016）09-0117-02

收稿日期：2016-01-14

作者簡(jiǎn)介：張曉德（1981-），男，工程師