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混凝土的主要性能

      在混凝土建筑物中,由于各个部位所处的环境不同,工作条件也不相同,对混凝土性能的要求也不一样,故必须根据具体情况,采用不同性能的混凝土,达到在满足性能要求的前提下,经济效益显着的目的。
      细节一  混凝土拌和物特性
      混凝土拌和物的和易性是指混凝土在施工中是否易于操作,是否具有能使所浇筑的构件质量均匀、成型易于密实的性能。所谓和易性好,是指混凝土拌和物容易拌和,不易发生砂、石或水分离析现象,浇模时填满模板的各个角落,易于捣实,分布均匀,与钢筋黏结牢固,不易产生蜂窝、麻面等不良现象。和易性是一项综合的技术性质,包括有流动性、黏聚性和保水性等涵义。可见,和易性是一项综合性能。
      流动性:指混凝土拌和物在自重或机械振动作用下能产生流动,并均匀、密实地填满模板的性能。流动性的大小反映拌和物的稠稀,它影响施工难易及混凝土结构质量。
      黏聚性:指混凝土拌和物中各种组成材料之间有较好的黏聚能力,在运输和浇筑过程中,不致产生分层离析,使混凝土保持整体均匀的性能。黏聚性差的拌和物中水泥浆或砂浆与石子易分离,混凝土硬化后会出现蜂窝、麻面、空洞等不密实现象,严重影响混凝土结构质量。
      保水性:指混凝土拌和物保持水分,不易产生泌水的性能。保水性差,泌水倾向加大,振捣后拌和物中的水分泌出、上浮,使水分流经的地方形成毛细孔隙,成为渗水通道;上浮到表面的水分,形成疏松层,如上面继续浇灌混凝土,则新旧混凝土之间形成薄弱的夹层;上浮过程中积聚在石子和钢筋下面的水分,形成水隙,影响水泥浆与石子和钢筋的黏结。
      1.和易性的测定
      通常是测定拌和物的流动性,黏聚性和保水性一般通过坍落度法进行目测。
      ①测定时,将混凝土拌和物按规定方法装入坍落筒内,然后将筒垂直提起,由于自重会产生坍(塌)落现象,坍落的高度称为坍落度。坍落度越大,说明流动性越好。
      ②黏聚性的检查方法,是用捣棒在已坍落的拌和物一侧轻敲,如果轻敲后拌和物保持整体,渐渐下沉,表明黏聚性好;如果拌和物突然倒塌,部分离析,表明黏聚性差。
      ③保水性的检查方法,是当坍落筒提起后如有较多稀浆从底部析出而拌和物因失浆骨料外露,说明保水性差;如无浆或有少量的稀浆析出,拌和物含浆饱满,则保水性好。
      2.影响和易性的因素
      (1)用水量  用水量是决定混凝土拌和物流动性的主要因素。分布在水泥浆中的水量,决定了拌和物的流动性。拌和物中,水泥浆应填充骨料颗粒间的空隙,并在骨料颗粒表面形成润滑层以降低摩擦,由此可见,为了获得要求的流动性,必须有足够的水泥浆。试验表明,当混凝土所用粗、细骨料一定时,即使水泥用量有所变动,为获得要求的流动性,所用水量基本是一定的。流动性与用水量的这一关系称为恒定用水量法则。这给混凝土配合比设计带来很大方便。
      注意:增加用水量虽然可以提高流动性,但用水量过大,又使拌和物的黏聚性和保水性变差,影响混凝土的强度和耐久性。因此,必须在保持水灰比即水与水泥的质量比不变的条件下,在增加用水量的同时,增加水泥的用量。
      (2)水灰比  水灰比决定着水泥浆的稀稠。为获得密实的混凝土,所用的水灰比不宜过小;为保证拌和物有良好的黏聚性和保水性,所用的水灰比又不能过大。水灰比一般在0.5~0.8。在此范围内,当混凝土中用水量一定时,水灰比的变化对流动性影响不大。
      (3)砂率   砂率是指混凝土中砂的用量占砂、石总量的质量分数。当砂率过大时,由于骨料的空隙率与总表面积增大,在水泥浆用量一定的条件下,包覆骨料的水泥浆层减薄,流动性变差;若砂率过小,砂的体积不足以填满石子的空隙,要用部分水泥浆填充,使起润滑作用的水泥浆层减薄,混凝土变得粗涩,和易性变差,出现离析、溃散现象。而在合理砂率下,在水泥浆量一定的情况下,使混凝土拌和物有良好的和易性。或者说,当采用合理砂率时,在混凝土拌和物有良好的和易性条件下,可使水泥用量最少。可见合理砂率,就是保持混凝土拌和物有良好黏聚性和保水性的最小砂率。
      (4)其他影响因素  影响和易性的其他因素有水泥品种、骨料条件、时问和温度、外加剂等。
      细节二  混凝土强度
      1.混凝土的抗压强度和强度等级
      混凝土强度包括抗压、抗拉、抗弯和抗剪,其中以抗压强度为最高,所以混凝土主要用来抗压。混凝土的抗压强度是一项最重要的性能指标。按照国家规定,以边长为150mm的立方体试块,在标准养护条件下(温度为20℃左右,相对湿度大于90%)养护28d,测得的抗压强度值,称为立方抗压强度fcu。混凝土按强度分成若干强度等级,混凝土的强度等级是按立方体抗压强度标准值fcu,k划分的。立方体抗压强度标准值是立方抗压强度总体分布中的一个值,强度低于该值的百分率不超过5%,即有95%的保证率。混凝土的强度分为C7.5、C1O、C15、C20、C2-5、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个等级。
      2.普通混凝土受压破坏特点
      混凝土受压破坏主要发生在水泥石与骨料的界面上。混凝土受荷载之前,粗骨料与水泥石界面上实际已存在细小裂缝。随着荷载的增加,裂缝的长度、宽度和数量也不断增加,若荷载是继续的,随时间延长即发生破坏。决定混凝土强度的应该是水泥石与粗骨料界面的黏结强度。
      3.影响混凝土强度主要因素
      (1)水泥强度和水灰比  混凝土强度主要决定于水泥石与粗骨料界面的黏结强度,而黏结强度又取决于水泥石强度。水泥石强度愈高,水泥石与粗骨料界面强度也愈高。至于水泥石强度,则取决于水泥强度和水灰比。这是因为:水泥强度愈高,水泥石强度愈高,黏结力愈强,混凝土强度愈高。在水泥强度相同的情况下,混凝土强度则随水灰比的增大有规律地降低。但水灰比也不是愈小愈好,当水灰比过小时,水泥浆过于干稠,混凝土不易被振密实,反而导致混凝土强度降低。
      (2)龄期  混凝土在正常情况下,强度随着龄期的增加而增长,最初的7~14d内较快,以后增长逐渐缓慢,28d后强度增长更慢。
      (3)养护温度和湿度  混凝土浇捣后,必须保持适当的温度和足够的湿度,使水泥充分水化,以保证混凝土强度的不断发展。一般规定,在自然养护时,对硅酸盐水泥,普通水泥、矿渣水泥配制的混凝土,浇水保湿养护日期不少于7d;火山灰水泥、粉煤灰水泥、掺有缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土,则不得少于14d。
      (4)施工质量  施工质量是影响混凝土强度的基本因素。若发生计量不准,搅拌不均匀,运输方式不当造成离析,振捣不密实等现象时,均会降低混凝土强度。因此必须严把施工质量关。
      4.提高混凝土强度措施
      ①采用高强度等级水泥。
      ②采用于硬性混凝土拌和物。
      ③采用湿热处理:分为蒸汽养护和蒸压养护。蒸汽养护是在温度低于100℃的常压蒸汽中进行。一般混凝土经16~20h的蒸汽养护后,强度可达正常养护条件下28d强度的70%~80%。蒸压养护是在175℃,8atm(1atm==101325Pa)的蒸压釜内进行。在高温高压的条件下,可有效提高混凝土强度。
      ④改进施工工艺:加强搅拌和振捣,采用混凝土拌和用水磁化、混凝土裹石搅拌等新技术。
      ⑤加入外加剂:如加入减水剂和早强剂等,可提高混凝土强度。
      细节三   混凝土的变形性质
      混凝土在硬化后和使用过程中,易受各种因素影响而产生变形,例如化学收缩、干湿变形、温度变形和荷载作用下的变形等,这些都是使混凝土产生裂缝的重要原因,直接影响混凝土的强度和耐久性。
      (1)化学收缩  混凝土在硬化过程中,水泥水化后的体积小于水化前的体积,致使混凝土产生收缩,这种收缩称为化学收缩。
      (2)干湿变形  当混凝土在水中硬化时,会引起微小膨胀,当在干燥空气中硬化时,会引起干缩。干缩变形对混凝土危害较大,它可使混凝土表面开裂,造成混凝土的耐久性严重降低。影响干湿变形的因素主要有:用水量(水灰比一定的条件下,用水量越多,干缩越大)、水灰比(水灰比大,干缩大)、水泥品种及细度(火山灰干缩大、粉煤灰干缩小;水泥细,干缩大)、养护条件(采用湿热处理,可减小干缩)。
      (3)温度变形  温度升降1℃,每米胀缩0.01mm。温度变形对大体积混凝土极为不利。在混凝土硬化初期,放出较多的水化热,当混凝土较厚时,散热缓慢,致使内外温差较大,因而变形较大。
      (4)荷载作用下的变形  混凝土的变形分为弹性变形和塑性变形。混凝土在持续荷载作用下,随时间增长的变形称为徐变。徐变变形初期增长较快,然后逐渐减慢,一般持续2~3年才逐渐趋于稳定。徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中,使应力较均匀地重新分布,对大体积混凝土能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。但在预应力混凝土结构中,徐变将使混凝土的预加应力受到损失。一般条件下,水灰比较大时,徐变较大;水灰比相同,用水量较大时,徐变较大;骨料级配好,最大粒径较大,弹性模量较大时,混凝土徐变较小;当混凝土在较早龄期受荷时,产生的徐变较大。
      细节四  混凝土的耐久性
      抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性以及防止碱一骨料反应等,统称为混凝土的耐久性。提高耐久性的主要措施如下。
      ①选用适当品种的水泥。
      ②严格控制水灰比并保证足够的水泥用量。
      ③选用质量好的砂、石,严格控制骨料中的泥及有害杂质的含量。采用级配好的骨料。
      ④适当掺用减水剂和引气剂。
      ⑤在混凝土施工中,应搅拌均匀、振捣密实、加强养护等,以增强混凝土的密实性。
      细节五  拌和物的离析和泌水
      1.离析
      拌和物的离析是指拌和因各组成材料分离而造成不均匀和失去连续性的现象。其形式有两种:  一种是骨料从拌和物中分离;另一种是稀水泥浆从拌和物中淌出。虽然拌和物的离析是不可避免的,尤其是在粗骨料最大粒径较大的混凝土中,但适当的配合比、掺外加剂可尽量使离析减小。
      离析会使混凝土拌和物均匀性变差,硬化后混凝土的整体性、强度和耐久性降低。
      2.泌水
      拌和物泌水是指拌和物在浇筑后到开始凝结期间,固体颗粒下沉,水上升,并在混凝土表面析出水的现象。泌水将造成如下后果。
      ①块体上层水多,水灰比增大,质量必然低于下层拌和物;引起块体质量不均匀,易于形成裂缝,降低了混凝土的使用性能。
      ②部分泌水挟带细颗粒一直上升到混凝土顶面,再沉淀下来的细微物质称为乳皮,使顶面形成疏松层,降低了混凝土之间的黏结力。
      ③部分泌水停留在石子下面或绕过石子上升,形成连通的孔道,水分蒸发后,这些孔道成为外界水分浸入混凝土内部的捷径,降低了混凝土的抗渗性和耐久性。
      ④部分泌水停留在水平钢筋下表面,形成薄弱的间隙层,降低了钢筋与混凝土的黏结力。
      ⑤由于泌水和其他一些原因,使混凝土在终凝以前产生少量的“沉陷”。
      由此可见,泌水作用对于混凝土的质量有很不利的影响,必须尽可能减小混凝土的泌水。通常采用掺加适量混合材、外加剂,尽可能降低混凝土水灰比等有效措施来提高混凝土的保水性,从而减少泌水现象。