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浅谈影响混凝土强度的主要因素

时间:2016-09-23 11:35  │  作者:admin  │  来源:未知  │  字体大小:    

        摘 要:制备混凝土拌合物之前,选择正确的组成材料和决定其配比是获得能满足规定强度混凝土的第一步。在确定配合比时,运用混凝土强度的影响因素及其规律,无疑是非常重要的。为此,进行了研究。
        关键词:水灰比;有效水灰比;集灰比;空隙率
        混凝土承受外界荷载的动力不仅取决于所承受荷载的种类,而且决定于各种不同因素如何组合,以影响混凝土不同结构组份的比例。这些不同因素包括组成混凝土拌合物的各材料的性质和比例等内在因素养护条件、捣实程度、实验参数等外在因素。
  1 影响混凝土强度的主要因素
  普通混凝土的受力破坏,主要出现在水泥石与集料的界面上以及水泥石中。可见,混凝土的强度只要取决于水泥石与集料的粘结强度和水泥石的强度。因此,水泥的强度、水灰比及集料的情况,同时包括所使用的外加剂性质及用量,是影响混凝土强度的主要因素。
  1.1 水泥和水灰比
  普通混凝土的强度主要取决于水泥石的质量,实验证明混凝土的强度与水泥石强度成正比,而水泥石的质量又取决于所采用的水泥的特性(尤其是水泥标号)和水灰比。
  水泥石混凝土中的活性组份,在按一定配比和水拌合后,可作为水硬性胶凝材料将颗粒状集料胶结成具有一定强度的人造石材。再配合比相同的情况下,所使用的水泥标号越高,水泥石的强度及其与集料之间的粘结力也越大,制成混凝土强度也越高。
  从强度观点看,水灰比-空隙率关系无疑是重要的因素,因为它影响着水泥浆基体以及基体与粗集料间的过度区的空隙率,进而对混凝土的强度产生极大的影响。
  水灰比对混凝土强度的影响主要表现在水泥石的空隙率上,进而混凝土强度,当混凝土拌合物充分捣实时,混凝土强度随水灰比的降低而提高,在混凝土的强度及其其它条件相同的情况下,混凝土的强度主要取决于水灰比,这一规律常被称为水灰比定则。水灰比越小,水泥石的强度及其与集料的粘结强度越大,混凝土的强度越高。但水灰比过小,拌合物过于干稠,使工作性降低。当工作性降低到某种方法(如人工捣实)不能有效密实时,水灰比的继续降低会是混凝土结构的不均匀性增大,不能保证混凝土的质量。
  除了水泥性质外,水泥质量的波动对混凝土强度的影响也是值得注意的问题。采用具有相同平均强度而离散系数小的水泥,可以降低水泥的用量。水泥质量波动引起的混凝土强度的标准离差,不随龄期而增大;但混凝土强度的离散系数却因强度随龄期的增大而减小。产生这种现象的原因是:水泥的质量波动大多是由于水泥细度和C3S含量的差异引起的,而这些因素对早期的强度影响最大,随着时间的延长、水泥水化程度的提高,这种影响逐渐减少。
  1.2 集料和集灰比
  对于普通混凝土来说,尽管集料强度几乎不被利用破坏决定于其它两项,但是,集料除强度外还有其它特性,诸如粒形、粒径、表面结构、级配(颗粒分布)以及矿物成分,这些都已知会在不同程度上影响混凝土的强度。集料颗粒的粒形、粒径、表面结构和矿物成分还影响了过渡区的特性,从而影响混凝土的强度。通常情况下,集料性质,特别是玻璃表面状态和矿物组成,对极限抗压强度的影响较对抗拉强度或初裂抗压强度要小的多(高强混凝土除外)。
  裂缝形成时的应力大多取决于粗集料的性质,光滑的卵石制成的混凝土的开裂应力较粗糙有棱角的碎石混凝土为低,这可能是由于表面性质对机械咬合作用产生影响的缘故;粗集料的形状对机械拟合也有一定影响。集料品种对混凝土强度的影响,又与水灰比有关。随着水灰比的增大,集料的影响减小。
  在矿物成分一定,级配良好的粗集料改变其最大粒径对混凝土强度有两种相反的影响。水泥用量和稠度相同,含较大集料粒径的混凝土拌合物比较含较小集料粒径的拌合物所需拌合水较少;而较大集料却又趋于形成含较多微裂缝的弱过度区,其最终影响随混凝土水灰比和所加应力的不同而变化。不同的集料矿物组成同样影响混凝土强度。已公布的许多报告表明,在同一条件下,以钙质集料取代硅质集料将导致混凝土强度明显改善。
  集灰比对混凝土强度的影响,一般认为是一个次要因素。但对于强度约大于35Mpa的混凝土,集灰比的影响却明显表现出来,在相同水灰比情况下,混凝土的强度随着集灰比的增大而提高的趋势,这可能与集料数量增大,吸水量也增大,以至有效水灰比降低有关,也可能与混凝土内空隙减小有关,或者与集料对混凝土强度所起的作用有关得以更好的发挥有关。
  但应注意的是,在水泥用量很大而而水灰比很小的情况下,集灰比的增大会导致混凝土后期强度的衰退,这种现象产生的原因:集料颗粒限制水泥石收缩而产生的应力是水泥石开裂或水泥石-集料之间失去粘结。
  1.3 外加剂与矿物掺和材
  化学外加剂对混凝土的强度影响主要通过以下几种方式进行:(1)降低水灰比,如减水剂;(2)使混凝土空隙率增加,结果导致强度降低,如加气剂、泡沫剂等;(3)调节水泥硬化时间,影响混凝土获得强度的速率,但对最终强度无明显影响,如缓凝剂、促凝剂等。对于一种化学外加剂来说,他对混凝土的影响是多方面的,因此在混凝土配合比设计及外加剂实用过程中应加以综合考虑。
  为了生态学和经济方面的理由,在混凝土中使用火山灰和胶凝性副产品作为矿物性外加剂的实例越来越多。尽管部分取代波特兰水泥或作为活性掺和料时,矿物性外加剂通常会延缓强度获得的速率,但矿物外加剂在常温下具有与水化波特兰水泥浆体中氢氧化钙的反应能力,并形成额外的水化硅酸钙,可导致大大降低基体和过度区中的空隙率。因此,在混凝土中掺入矿物性外加剂能显著的提高最大强度和水密性,尤其对混凝土抗拉强度有良好效果。
  2 影响强度的其它因素
  为了使混凝土能达到预定的强度,还必须在施工中搅拌均匀、捣固密实,养护良好并使之达到规定的龄期。
       2.1 施工条件的影响
  施工条件是确保混凝土结构均匀密实、硬化正常、达到设计要求强度的基本条件。在施工过程中必须把拌合物搅拌均匀,浇注后必须捣固密实,且经良好的养护才能使混凝土硬化后达到预定的强度。
  采用机械搅拌比人工搅拌的拌合物更均匀,同时采用机械捣固的混凝土更密实,因此机械捣固可适用于更低水灰比的拌合物;能获得更高的强度。
  改进施工工艺性能也能提高混凝土强度,如采用分次投料搅拌工艺、高速搅拌机搅拌、高频或多频振捣器振捣、二次振捣工艺都会有效的提高混凝土的强度。
        2.2 养护条件的影响
  为了获得质量良好的混凝土,混凝土成型后必须在一定的养护条件下(包括养护温度)进行养护,目的是保证水泥水化的正常进行一达到预定的强度和其他性能。周围环境湿度是保证水泥正常水化、混凝土顺利形成的一个重要条件。在适当的湿度下,水泥能正常水化,使混凝土强度充分发展。如果湿度不足,混凝土表面会发生失水干燥现象,迫使内部水分向表面迁移,造成混凝土结构疏松、干裂,不但降低强度,而且还将影响混凝土的耐久性能。环境温度对水泥水化作用的影响是显著的。养护温度高,可以加快水泥水化速度,混凝土早期强度高;反之,混凝土在低温下强度发展相应迟缓,尤其温度在冰点以下时,不但水泥水化基本停止,而且还会在混凝土中结冰造成强度大幅,初期养护温度越高,混凝土强度衰退越低。但温度不能太高,太高由于急速的初期的水化会导致水泥粒子表面的孰料矿物水化很快形成致密的水化产物层,组织水分向粒子内部的渗入,妨碍了水泥的进一步水化;同时,由于过快的早期水化速度导致水化产物中结晶尺寸过小,相互间的搭接不充分,导致不均匀分布,是水化物稠度较低的区域成为水泥石中的薄弱点,从而降低整体强度。而在养护温度相对较低的情况下,如在4-23℃,由于水化缓慢,具有充分的扩散时间,从而使水化物得以在水泥石中均匀分布。
  2.3 实验条件对混凝土强度测定值的影响
  (1)试件尺寸。实践证明试件的尺寸越小,测得的强度越高,原因是大试件内部缺陷存在的概率增大及环箍效应的作用的减小所引起的。
  (2)试件形状。对棱柱体来说,由于消除了环箍效应的影响,其抗压强度比立方体略低。
  (3)表面状态。当混凝土试件受压面上有油脂类润滑物质存在时,由于压板与试件间摩擦力减小使环箍效应影响减小,试件将因垂直裂纹,测得的强度值较低。
  (4)含水程度。由于潮湿情况对混凝土的影响,气干试件比饱和状态下的相应试件要高20-25%,可能由于水的软化作用及水泥浆体中存在拆开力引起的。
  (5)加荷速度。由于破坏是试件变形达到一定程度时才发生的,当实验加荷速度较快时,材料变形的增长落后于荷载的增加,因此破坏时的强度值偏高。