談影響混凝土強度的因素

張曉德

（中澤建工集團有限公司，山西太原　030032）

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談影響混凝土強度的因素

張曉德

（中澤建工集團有限公司，山西太原030032）

摘要：結合工作經(jīng)驗，從水泥強度、骨料、水膠比、養(yǎng)護溫度、濕度、齡期等方面，分析了影響混凝土強度的因素，并探討了各因素對混凝土強度的影響程度，為混凝土的配合比設計提供了參考依據(jù)。

關鍵詞：混凝土強度，骨料，水膠比，養(yǎng)護溫度，齡期

0　引言

在許多工程實例中，會碰到混凝土的強度不夠，從而需對原結構進行加固補強，這樣會造成住戶的使用面積減小，同時也增加了對原設計地基的附加應力，從經(jīng)濟方面以及結構安全方面都造成了嚴重的后果，從這點出發(fā)結合本人在工程實踐中的一些積累，對影響混凝土強度因素談一下心得，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面上，即通常所說的粘結面破壞形式，另一種情況，水泥石本身強度在外力作用下破壞，混凝土破壞大致分為這兩種形式，破壞機理不同，由于混凝土的粗骨料強度遠遠大于水泥石強度，骨料最先破壞可能很小，所以著重從水泥石強度，粗骨料性質(zhì)對混凝土的影響進行分析。

水泥石強度又與水泥標號，水膠比，骨料性有關，此外還與施工質(zhì)量，養(yǎng)護條件，齡期密切相關。

1　水泥強度

水泥是混凝土中最主要的水硬性，無機礦物膠凝材料，通過水泥物理化學反應，生成新物質(zhì)膠凝作用可配制各種等級的強度混凝土制品，水泥品種選擇應與混凝土強度相適應，低等級水泥配制高強度混凝土，會使水泥用量增加，不經(jīng)濟，相反用高等級水泥配制低強度混凝土會使混凝土和易性變差，以及密實度降低，耐久性變差，合理的等級范圍應選擇在所配混凝土強度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愈高配制混凝土強度也越高。

2　骨料

砂：粗細級配程度直接影響水泥石的強度，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，合理的級配可以提高水泥石密實度，此外砂的堅固性也是影響水泥石強度另一重要因素，所以質(zhì)量損失應符合相關要求，在嚴寒及寒冷地區(qū)干濕交替下，循環(huán)后的質(zhì)量損失應不大于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的好壞，碎石棱角越多越粗糙，與泥膠凝材料結合面摩擦力愈強，結合力愈高，粗骨料的形狀有針狀和片狀之分，針狀，片狀過多也會使混凝土強度降低，以C30的強度為界，應合理的控制碎石卵石的針，片狀顆粒含量，骨料的堅固性也影響著混凝土強度，按標準試驗，試樣經(jīng)五次循環(huán)后在嚴寒寒冷地區(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，同一強度等級水泥情況下，水灰比決定于混凝土強度，水膠比合理分配也影響著耐久性，抗凍性，抗腐蝕性，從而影響水泥石強度，水泥水化所需結合水大概占水泥質(zhì)量的23%，但為了滿足混凝土運輸，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，因為水泥水化與結合水反應，而多余的自由水未參與水化從而會滯留在混凝土由于蒸發(fā)后而形成的氣孔中，其結果會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引起應力集中，加速混凝土結構破壞，此外水泥標號相同條件下，水膠比越小，水泥石強度越高，與粗骨料粘結越結實，混凝土強度越高，如果水膠比太小，混凝土流動性變差，也會給施工造成困難，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，會造成堵管，蜂窩，麻面以及孔洞等質(zhì)量問題。實踐說明，混凝土強度隨水膠比的增大而降低，呈曲線關系，而混凝土強度和膠水比呈直線關系（如圖1，圖2所示）。

圖1　混凝土抗壓強度與水膠比關系曲線圖

圖2　混凝土抗壓強度與膠水比關系曲線圖

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)護溫度

溫度對混凝土強度增長過程的影響是至關重要的，水泥水化受溫度的制約，可以調(diào)節(jié)混凝土水化速度，強度增長快慢，環(huán)境溫度高初期水化速度快，強度增長也較快，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，會成為結構薄弱點，形成應力集中而降低混凝土的整體強度，反而稠密程度高的區(qū)域，水化物吸附的水泥顆粒周圍會使水化反應速度降低，對后期強度增長速度放緩，如圖3所示：在49℃溫度曲線上，當齡期到28 d時后期強度才能達到75%左右。

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

當環(huán)境溫度在冰凍點以下時，混凝土中的水結成冰，也就是說不能進行水化反應，混凝土強度停止增長，同時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程中水蒸發(fā)后形成孔隙內(nèi)壁，產(chǎn)生應力使混凝土破壞，當溫度升高時，冰體積減小，對孔隙內(nèi)壁的作用也隨著降低，這樣反復凍融，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，實踐證明，早期強度越低，被凍壞的可能性越大，如圖4所示當強度增長1 d后被凍結，齡期為20 d時，強度為15%，后期強度增長愈低；當強度增長10 d后被凍結，齡期為20 d時強度為35%，所以工程在施工過程中，特別注意溫度控制，嚴格執(zhí)行冬施工方案。

圖3　養(yǎng)護溫度對混凝土強度的影響

圖4　混凝土強度與凍結日期的關系

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，當混凝土的強度達到某種程度時，就不會被凍壞或是對混凝土強度影響很小，這就是我們常說的受凍臨界強度。當采用蓄熱法，暖棚法，加熱法施工時，采用硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥配制混凝土不應低于設計強度等級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，復合硅酸鹽水泥配制混凝土時不應低于設計強度的40%；臨界強度還與混凝土強度以及抗凍耐久性有關，當強度等級不低于C50時，不應低于設計強度等級值70%。

5　濕度

濕度對混凝土強度增長有非常大的影響，濕度適宜可以使水泥水化非常充分，強度能得到保證，假如濕度不夠，會使混凝土水泥水化因失水影響水化進程，甚至停止水化，造成結果是水化未能完成，或者水化反應不充分，使混凝土結構疏松，耐久性差；保持濕潤的時間越短，前期增長強度越小，后期強度增長較慢；如果長期保持濕潤，前期強度增長較大，后期強度增長有很大空間，如圖5所示：當保持濕潤3 d，28 d齡期強度為60%左右；當保持濕潤14 d，28 d齡期強度為90%左右。

圖5　混凝土強度與濕潤狀態(tài)保持時間的關系

6　齡期

混凝土在溫度，濕度正常條件下，水泥水化作用充分，早期強度增長較快，28 d以后強度增長較慢，但強度仍繼續(xù)增長，普通水泥制成的混凝土，在標準條件養(yǎng)護下，混凝土強度的發(fā)展大致與其齡期的對數(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度；

f28——28 d齡期混凝土的抗壓強度；

n——養(yǎng)護齡期，大于3 d。

通過上述五個方面因素分析，只要在混凝土的配合比科學合理，配制水泥品種用量正確，以及配制混凝土過程中嚴格控制水膠比，砂的級配良好，合理選擇粗骨料，在施工過程中注意保溫、保濕、在保證期齡的情況下，就能保證混凝土的強度；假如五個方面影響因素疊加在一起，混凝土強度能達到設計強度的多少，還需要進行討論。

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：TU528

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0117-02

收稿日期：2016-01-14

作者簡介：張曉德（1981-），男，工程師