摘 要:普通混凝土硬化后應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐久性,首先要從控制原材料的質(zhì)量及其配合比以提高混凝土的強(qiáng)度及耐久性。
關(guān)鍵詞:原材料;普通混凝土;強(qiáng)度;耐久性
中圖分類號(hào): TU528
普通混凝土從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有100 多年的歷史,已經(jīng)是當(dāng)今社會(huì)使用量最大的建設(shè)材料,這主要是普通混凝土具有許多材料不可比擬的優(yōu)點(diǎn):其原材料來源豐富、造價(jià)低廉,石子和砂子等骨料約占總質(zhì)量的80 % ,在大部分地方可以就地取材,價(jià)格便宜;其耐久性好,用途廣泛,維護(hù)費(fèi)用低;普通混凝土很容易成型為形狀與尺寸變化范圍很大的構(gòu)件;普通混凝土生產(chǎn)能耗比鋼材低,可大量利用粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢料;普通混凝土可以與鋼材復(fù)合,作為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土應(yīng)用。由于普通混凝土有上述許多優(yōu)點(diǎn),所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、水利工程、地下工程、公路、鐵路、橋涵及國(guó)防軍事等各類工程中。目前還沒有其他材料可以取代混凝土成為最主要的結(jié)構(gòu)材料。因此,普通混凝土的強(qiáng)度和耐久性直接影響結(jié)構(gòu)安全和使用壽命?；炷翉?qiáng)度不足表現(xiàn)在以下三方面:一是降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,直接危及結(jié)構(gòu)安全性能;二是抗裂性能差,結(jié)構(gòu)、構(gòu)件過早產(chǎn)生過寬、數(shù)量過多的裂縫;三是構(gòu)件剛度下降,產(chǎn)生影響使用的變形。此外,通常還伴隨著混凝土抗?jié)B、耐久性等性能的降低。因此,認(rèn)真分析普通混凝土各組成材料的性能、特點(diǎn)及其之間的比例關(guān)系、施工工藝和養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律,根據(jù)使用環(huán)境、特點(diǎn),合理選用原材料,合理設(shè)計(jì)配合比,嚴(yán)格控制施工過程,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等,才能獲得性能、質(zhì)量滿足要求的混凝土材料。這里,主要分析原材料及配合比對(duì)普通混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響。
1 原材料對(duì)普通混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響
組成普通混凝土的原材料主要有水泥、粗集料、細(xì)集料、水和外加劑以及摻加的混合材料,先就對(duì)各種原材料質(zhì)量對(duì)普通混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響進(jìn)行分析。
1. 1 水泥
水泥是影響混凝土強(qiáng)度、耐久性及經(jīng)濟(jì)性的重要因素。首先,應(yīng)合理選用水泥品種和強(qiáng)度等級(jí)。配制混凝土用的水泥品種,應(yīng)根據(jù)工程性質(zhì)與特點(diǎn)、工程所處環(huán)境及施工條件,結(jié)合水泥的特性,合理選用。如對(duì)于厚大體積的混凝土,為了避免由于溫度應(yīng)力引起水泥石的開裂,采用水化熱低的礦渣水泥、火山灰水泥等,不宜選用硅酸鹽水泥。水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇,應(yīng)當(dāng)與混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相適宜。
原則上是配置高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土選用高強(qiáng)度等級(jí)水泥,低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土選用低強(qiáng)度等級(jí)水泥。若用低強(qiáng)度等級(jí)水泥配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土,為滿足強(qiáng)度要求必然使水泥用量過多,這不經(jīng)濟(jì),而且使混凝土收縮和水化熱增大;若用高強(qiáng)度等級(jí)水泥配置低強(qiáng)度等級(jí)混凝土,從強(qiáng)度考慮,少量水泥就滿足要求,但為滿足混凝土和易性和耐久性,就需要額外增大水泥用量,造成水泥浪費(fèi);其次,水泥的實(shí)際活性對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性也有很大的影響。由于水泥生產(chǎn)廠家的技術(shù)裝備和質(zhì)量管理水平不一,造成部分水泥出廠質(zhì)量較差,這些水泥一旦用到混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中,必然造成混凝土強(qiáng)度等級(jí)不足。另一方面由于水泥在施工現(xiàn)場(chǎng)保管條件差或儲(chǔ)存時(shí)間過長(zhǎng),致使水泥受潮,造成水泥結(jié)塊,活性降低,從而影響混凝土強(qiáng)度;第三,水泥的安定性不合格,對(duì)普通混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響。由于水泥熟料中含有過多的游離氧化鈣、游離氧化鎂及熟料中摻入石膏過多,導(dǎo)致水泥在遇水硬化后繼續(xù)產(chǎn)生體積膨脹,破壞混凝土已經(jīng)形成的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致混凝土開裂,同時(shí)也降低了混凝土的強(qiáng)度。
1. 2 骨料
骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響主要有以下幾個(gè)方面:第一、石子強(qiáng)度低于混凝土的強(qiáng)度,當(dāng)混凝土受壓時(shí),石子首先被壓碎,導(dǎo)致混凝土的實(shí)際強(qiáng)度降低。特別是使用風(fēng)化或軟質(zhì)巖石破碎加工成的碎石拌制的混凝土易發(fā)生此類問題;第二、骨料體積穩(wěn)定性差,尤其是由頁巖、帶有膨脹松土的石灰?guī)r等制成的骨料,在干濕交替或凍融循環(huán)作用下,常表現(xiàn)為體積穩(wěn)定性差,發(fā)生變形,破壞混凝土已經(jīng)形成的內(nèi)部結(jié)構(gòu),導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使混凝土構(gòu)件受到破壞;第三、骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等影響骨料與水泥石之間的粘結(jié)性能,進(jìn)而影響混凝土的強(qiáng)度。碎石表面粗糙而且具有吸收水泥漿的孔隙特征,所以與水泥石的粘結(jié)能力強(qiáng);卵石表面光滑且少棱角,與水泥石的粘結(jié)能力較差,但和易性較好。在相同條件下,碎石混凝土比卵石混凝土強(qiáng)度約高10 %左右。同時(shí),在粗骨料中針、片狀顆粒不僅本身受力時(shí)容易折斷,影響混凝土的強(qiáng)度,而且會(huì)增大骨料的空隙率,使混凝土和易性變差;第四、骨料中腐爛動(dòng)植物等有機(jī)物雜質(zhì)含量過高時(shí),對(duì)水泥水化不利,延緩混凝土的硬化,影響混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng);第五、骨料中的松土、粉塵含量過高,會(huì)造成混凝土強(qiáng)度下降。因?yàn)檫@些很細(xì)小的微粒包裹在骨料表面,影響骨料與水泥漿的粘結(jié),同時(shí)加大骨料表面積,增加用水量,而且顆粒體積不穩(wěn)定,干縮濕脹,對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一定破壞作用;第六、骨料中硫化物與硫酸鹽的存在會(huì)腐蝕混凝土,引起鋼筋銹蝕,降低混凝土強(qiáng)度和耐久性;第七、細(xì)骨料中云母含量過高,由于云母表面光滑,與水泥漿的粘結(jié)性能極差,而且極易沿節(jié)理裂開,對(duì)混凝土的物理、力學(xué)性能均有不利的影響。
1. 3 外加劑
混凝土外加劑,是指在混凝土拌和過程中摻入的,用于改善混凝土性能的物質(zhì)。隨著混凝土工程技術(shù)的發(fā)展,對(duì)混凝土性能提出了許多新的要求,如泵送混凝土要求高的流動(dòng)性;冬季施工要求高的早期強(qiáng)度;高層建筑、海洋結(jié)構(gòu)要求高強(qiáng)、高耐久性。這些性能的實(shí)現(xiàn),需要應(yīng)用高性能外加劑。由于外加劑對(duì)混凝土技術(shù)性能的改善,它在工程中應(yīng)用范圍越來越大,不少國(guó)家使用摻外加劑的混凝土已占混凝土總量的60 %～90 %。但外加劑應(yīng)用不當(dāng),會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生影響。主要表現(xiàn)在:一是外加劑本身的質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),沒起到應(yīng)有的作用;二是外加劑的使用,沒有根據(jù)需改進(jìn)的混凝土的特性進(jìn)行選擇,盲目使用,甚至使用對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋等有嚴(yán)重腐蝕或含有與水泥水化物作用的物質(zhì),降低混凝土的強(qiáng)度,影響結(jié)構(gòu)安全。
由此可見,組成混凝土的任何一種材料的質(zhì)量,對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。因此,必須根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求,所處的環(huán)境等特點(diǎn),選擇適用的、符合要求的材料,并且在使用前進(jìn)行必要的檢驗(yàn),經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)符合要求后方可使用。
2 配合比對(duì)普通混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響
混凝土配合比是決定強(qiáng)度的重要因素之一。配合比影響混凝土的因素很多,主要表現(xiàn)在以下方面:第一、水灰比過大,混凝土坍落度過大。混凝土硬化后,多余的水分就殘留在混凝土中或蒸發(fā)后形成氣孔或通道,減少了混凝土抵抗荷載的有效截面,而且可能在孔隙周圍引起應(yīng)力集中。因此,在水泥強(qiáng)度等級(jí)相同的情況下,水灰比愈小,水泥石的強(qiáng)度愈高,與骨料粘結(jié)力愈大,混凝土強(qiáng)度也愈高。但是,如果水灰比過小,拌和物過于干稠,在一定的施工振搗條件下,混凝土不能被振搗密實(shí),出現(xiàn)較多的蜂窩、孔洞,反將導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重下降;第二、材料計(jì)量不準(zhǔn)確。目前,我國(guó)相應(yīng)的施工規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)混凝土各種原材料的投料誤差都有明確的規(guī)定。
如果實(shí)際投料誤差超出允許的范圍,就會(huì)造成混凝土的強(qiáng)度不足;第三、外加劑使用不當(dāng)和摻量不準(zhǔn),造成外加劑沒達(dá)到預(yù)期的目的,反而使混凝土強(qiáng)度不足;第四、堿─骨料反應(yīng)。當(dāng)混凝土總含堿量較高時(shí),又使用含有碳酸鹽或氧化物成分的粗骨料,可能產(chǎn)生堿─骨料反應(yīng),即堿性氧化物水解后形成的氫氧化鈉和氫氧化鉀,它們與活性骨料起化學(xué)反應(yīng),生成吸水膨脹的凝膠體,造成混凝土開裂和強(qiáng)度下降。
除了原材料質(zhì)量及配合比對(duì)普通混凝土強(qiáng)度的影響,還有攪拌過程、施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件等都對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生很大的影響。但是,首要的是要控制原材料和配合比,才能進(jìn)一步控制普通混凝土的質(zhì)量。
