唐 艷,郭 娟
(廣東白云學(xué)院 建筑工程學(xué)院,廣東 廣州 510450)
水泥是一種很常用的水硬性膠凝材料,水泥與水、砂子、石子以及一定量的外加劑按一定的配合比配合,經(jīng)過(guò)攪拌、振搗、養(yǎng)護(hù)而成為普通混凝土?;炷磷詥?wèn)世以來(lái)作為建筑業(yè)最為重要的結(jié)構(gòu)材料之一,被廣泛地應(yīng)用于各種土木建筑工程中,因此,有必要對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行分析。
普通混凝土組成材料分為水泥、水、砂和石子,并加入一定量的外加劑。各組分對(duì)混凝土的作用為:砂子和石子起骨架作用,水泥和水經(jīng)拌和而成為水泥砂漿,一方面作為膠粘劑,把砂子和石子等骨料粘結(jié)成為一個(gè)整體,另一方面,水泥漿體作為潤(rùn)滑劑,使得混凝土拌合物具有流動(dòng)性,通過(guò)拌合物的流動(dòng),包裹在骨料的表面并且填充了骨料之間的空隙。使得混凝土成為強(qiáng)度很高的人造材料。
選擇水泥的強(qiáng)度等級(jí),應(yīng)當(dāng)使其與混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相匹配,一般的原則是用高強(qiáng)度等級(jí)的水泥配制高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,用低強(qiáng)度等級(jí)的水泥配制低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。在一般的施工中,水泥強(qiáng)度略高于混凝土強(qiáng)度較合適,一般情況下,取1.5~2.0倍左右,當(dāng)然,高強(qiáng)度的混凝土除外,高強(qiáng)度的混凝土與水泥強(qiáng)度相當(dāng),一般為1.0倍左右。
按公稱粒徑分,公稱粒徑大于5 mm的稱為粗集料,反之為細(xì)集料。常見(jiàn)的粗集料有卵石和碎石,卵石的成因?yàn)樽匀伙L(fēng)化,水流搬運(yùn)、堆積的成果。而碎石為卵石經(jīng)機(jī)械破碎、篩分而成。卵石表面較為光滑,且棱角較少,因此與水泥石的粘結(jié)力較差,而導(dǎo)致其強(qiáng)度較低;而碎石表面粗糙且表面存在較多孔隙,因此水泥石有較強(qiáng)的粘結(jié)力,故其強(qiáng)度較高。常見(jiàn)的細(xì)骨料有砂子,砂的粗細(xì)度用細(xì)度模數(shù)表示,在相同砂用量的條件下,細(xì)砂較粗砂的總表面積大,從而需要包裹其表面的水泥漿越多,因此,其強(qiáng)度也較大,同時(shí),混凝土的強(qiáng)度也受砂的顆粒級(jí)配的影響,級(jí)配越差,空隙率越大,所需的水泥漿則越多,為節(jié)約水泥,增強(qiáng)密實(shí)度,且提高混凝土強(qiáng)度,應(yīng)合理選擇顆粒級(jí)配,盡量減少砂礫間的空隙。
混凝土的摻合料是指在拌制混凝土的過(guò)程中,直接加入的一種粉狀的物質(zhì)。主要有粉煤灰、粒化高爐礦渣、硅灰等具有一定的活性的工業(yè)廢渣,其中粒化高爐礦渣最為常用,適當(dāng)加入粒化高爐礦渣,能降低混凝土的水化熱,提高混凝土的抗?jié)B性能和抗腐蝕性能,并能節(jié)約水泥。硅灰也可等量取代混凝土中的水泥,進(jìn)而改善混凝土的和易性,提高混凝土的多種性能,如降低水化熱,提高抗凍性能,提高侵蝕性能等。只是硅灰較貴,所以主要用于配制高強(qiáng)和超強(qiáng)、高抗?jié)B等特殊性能的混凝土。
混凝土的配合比需滿足強(qiáng)度要求、和易性要求、耐久性要求以及經(jīng)濟(jì)性要求。而最佳配合比是指在滿足混凝土強(qiáng)度耐久性等各項(xiàng)指標(biāo)性能的前提下,所用成本最低。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中,應(yīng)先在滿足混凝土強(qiáng)度及耐久性的基礎(chǔ)上,選擇最佳的水灰比和最佳單位用水量,常用以下兩種方法表示配合比;①用1 m3混凝土中水泥、水、砂、石子的質(zhì)量各多少來(lái)表示,如水泥為200 kg、水為120 kg、砂為360 kg、石子為800 kg;②假設(shè)水泥的質(zhì)量為1,用其他材料與水泥的質(zhì)量比為多少來(lái)表示。如水泥∶水∶砂∶石子=1∶0.6∶2.4∶4,由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知,配合比越小,則水泥用量越大,所以配制后的混凝土強(qiáng)度也越高,但是水泥用量越大,則越不經(jīng)濟(jì),因此,應(yīng)合理選擇配合比,在保證混凝土強(qiáng)度的前提下,盡量節(jié)約水泥。
當(dāng)混凝土的各組分以及其他外部條件都相同的前提下,混凝土的強(qiáng)度主要受養(yǎng)護(hù)條件的影響。所謂混凝土的養(yǎng)護(hù),即為在混凝土拌和、攪拌、振搗完成后,在一定的時(shí)間內(nèi),普通混凝土一般養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28天,對(duì)混凝土的裸露部分保持合適的濕度和合理的溫度,使得混凝土達(dá)到較好的硬化,實(shí)現(xiàn)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。
混凝土的養(yǎng)護(hù)包括蒸養(yǎng)和自然養(yǎng)護(hù)兩種,混凝土經(jīng)過(guò)拌和、攪拌、振搗之后,不管是采用蒸養(yǎng)還是自然養(yǎng)護(hù),必須保持混凝土的裸露部分有合適的濕度和合理的溫度。如果溫度過(guò)高,必然會(huì)導(dǎo)致混凝土表面及內(nèi)部的溫度也會(huì)過(guò)高,從而進(jìn)一步導(dǎo)致混凝土中的水分被蒸發(fā),這就會(huì)引起兩方面的變化:①水分蒸發(fā)后會(huì)使得混凝土內(nèi)部留下孔隙,改變了混凝土的密實(shí)度,導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度變低;②混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)后,這樣就改變了水灰比,導(dǎo)致水灰比變大,混凝土的流動(dòng)性較低,這會(huì)使得大量水泥因缺水而水化不良;③溫度過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致水化熱變大,而使得水泥水化不完全,嚴(yán)重情況下會(huì)使得混凝土的強(qiáng)度發(fā)展停滯。所以當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),要適當(dāng)?shù)貫⑺畞?lái)降溫,當(dāng)大體積混凝土遇上較高溫度時(shí),必須采用有效的散熱措施,防止混凝土內(nèi)部溫度增長(zhǎng)過(guò)快,導(dǎo)致混凝土內(nèi)部裂開,從而降低混凝土的強(qiáng)度。同時(shí),混凝土養(yǎng)護(hù)的溫度也不能太低,當(dāng)溫度降到0度以下時(shí),水分就會(huì)被凍結(jié),導(dǎo)致混凝土中的水泥水化不完全。
養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響與養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響相似,T.C.Pow-er S的研究結(jié)果表明,當(dāng)相對(duì)濕度不足80%時(shí),水泥的水化反應(yīng)幾乎停止。因?yàn)?,在混凝土養(yǎng)護(hù)初期,應(yīng)保證空氣中的濕度超過(guò)80%,一般應(yīng)保證濕度超過(guò)95%,讓水泥的水化反應(yīng)充分被反應(yīng)完全來(lái)提高混凝土的強(qiáng)度。
混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間也稱為混凝土的齡期,一般情況下,混凝土的強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間呈曲線關(guān)系,混凝土的強(qiáng)度一般隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增長(zhǎng)而不斷增加。為了防止混凝土成型后出現(xiàn)干縮裂縫,在混凝土澆筑完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù),混凝土初期,強(qiáng)度增長(zhǎng)較快,曲線較陡,一般養(yǎng)護(hù)14天后,曲線開始變緩,當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到28天后,曲線更加平緩,強(qiáng)度增長(zhǎng)非常的緩慢,因此,《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50011-2002)中規(guī)定,混凝土養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境為:濕度為95%以上,溫度20 ℃左右最佳,養(yǎng)護(hù)時(shí)間28天為宜。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中養(yǎng)護(hù)的混凝土,其強(qiáng)度更高。
影響混凝土強(qiáng)度的因素多種多樣,通過(guò)理論結(jié)合實(shí)際,本文主要從混凝土的組成成分、混凝土的配合比、混凝土的養(yǎng)護(hù)條件等方面,較全面地分析了影響混凝土強(qiáng)度的因素。
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