淺談影響混凝土強(qiáng)度的幾方面因素

　　混凝土是用水泥、砂、石子和水按一定比例混合制成的建筑材料，具有耐壓、耐水、耐火、可塑性等多種性能，是目前世界上用途最廣、用量最大的建筑材料。它在建筑工程、公路工程、橋梁和隧道工程、水利及特種結(jié)構(gòu)的建設(shè)領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。所有混凝土結(jié)構(gòu)物主要是用于承受荷載或抵抗各種作用力的，所以其強(qiáng)度就成了最重要的力學(xué)性能。通常把強(qiáng)度用來作為評定和控制混凝土的質(zhì)量以及評價各種因素影響程度的指標(biāo)。為了確?；炷临|(zhì)量，現(xiàn)就水泥、集料、集灰比、養(yǎng)護(hù)等幾個方面對混凝土強(qiáng)度的影響作簡要闡述。
　　一、水泥
　　水泥對混凝土強(qiáng)度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制作的全過程中。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使其比較緩慢地水化，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。因為當(dāng)顆粒很細(xì)時，間隙水可引起一些高W/C區(qū)域。
　　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，毫無疑問地會在混凝土強(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)度影響很大。
　　二、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，因為集料強(qiáng)度一般都要高于混凝土的設(shè)計抗壓強(qiáng)度。在承載時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，因為破壞決定于其它兩項(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，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，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，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，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。
　　三、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，混凝土強(qiáng)度隨著集灰比的增大而提高。這是因為，集料數(shù)量增大，吸水量也增大，從而使有效水灰比降低，混凝土內(nèi)孔隙總體積減小，使集料對混凝土強(qiáng)度所起的作用更好地發(fā)揮。
　　四、養(yǎng)護(hù)
　　為了獲得質(zhì)量良好的混凝土，混凝土成型后必須在適宜的環(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?。這時，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，因為在工程上很少能達(dá)到這樣的強(qiáng)度?；炷恋馁|(zhì)量主要取決于水泥石中的膠空比?；炷猎跐仓笏值恼舭l(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?；炷梁椭車諝獾臏夭?，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，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，妨礙水化反應(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)散時間，從而使水化物得以在水泥石中均勻分布。在混凝土早期養(yǎng)護(hù)時期，存在著一個最佳養(yǎng)護(hù)溫度，在此情況下，混凝土在某一齡期時的強(qiáng)度最大。在試驗條件下，硅酸鹽水泥的最佳溫度約為13℃，而快硬硅酸鹽水泥則為40℃。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的強(qiáng)度要低。影響混凝土的原因是多方面的，所以，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及養(yǎng)護(hù)過程中，以上因素應(yīng)當(dāng)加以考慮。