摘 要:普通混凝土硬化后应具有足够的强度和耐久性,首先要从控制原材料的质量及其配合比以提高混凝土的强度及耐久性。
关键词:原材料;普通混凝土;强度;耐久性
中图分类号: TU528
普通混凝土从发明到现在已经有100 多年的历史,已经是当今社会使用量最大的建设材料,这主要是普通混凝土具有许多材料不可比拟的优点:其原材料来源丰富、造价低廉,石子和砂子等骨料约占总质量的80 % ,在大部分地方可以就地取材,价格便宜;其耐久性好,用途广泛,维护费用低;普通混凝土很容易成型为形状与尺寸变化范围很大的构件;普通混凝土生产能耗比钢材低,可大量利用粉煤灰、矿渣等工业废料;普通混凝土可以与钢材复合,作为钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土应用。由于普通混凝土有上述许多优点,所以被广泛应用于工业与民用建筑、水利工程、地下工程、公路、铁路、桥涵及国防军事等各类工程中。目前还没有其他材料可以取代混凝土成为最主要的结构材料。因此,普通混凝土的强度和耐久性直接影响结构安全和使用寿命。混凝土强度不足表现在以下三方面:一是降低结构强度,直接危及结构安全性能;二是抗裂性能差,结构、构件过早产生过宽、数量过多的裂缝;三是构件刚度下降,产生影响使用的变形。此外,通常还伴随着混凝土抗渗、耐久性等性能的降低。因此,认真分析普通混凝土各组成材料的性能、特点及其之间的比例关系、施工工艺和养护条件对混凝土性能的影响规律,根据使用环境、特点,合理选用原材料,合理设计配合比,严格控制施工过程,加强养护等,才能获得性能、质量满足要求的混凝土材料。这里,主要分析原材料及配合比对普通混凝土强度和耐久性的影响。
1 原材料对普通混凝土强度和耐久性的影响
组成普通混凝土的原材料主要有水泥、粗集料、细集料、水和外加剂以及掺加的混合材料,先就对各种原材料质量对普通混凝土强度和耐久性的影响进行分析。
1. 1 水泥
水泥是影响混凝土强度、耐久性及经济性的重要因素。首先,应合理选用水泥品种和强度等级。配制混凝土用的水泥品种,应根据工程性质与特点、工程所处环境及施工条件,结合水泥的特性,合理选用。如对于厚大体积的混凝土,为了避免由于温度应力引起水泥石的开裂,采用水化热低的矿渣水泥、火山灰水泥等,不宜选用硅酸盐水泥。水泥强度等级的选择,应当与混凝土的设计强度等级相适宜。
原则上是配置高强度等级的混凝土选用高强度等级水泥,低强度等级的混凝土选用低强度等级水泥。若用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土,为满足强度要求必然使水泥用量过多,这不经济,而且使混凝土收缩和水化热增大;若用高强度等级水泥配置低强度等级混凝土,从强度考虑,少量水泥就满足要求,但为满足混凝土和易性和耐久性,就需要额外增大水泥用量,造成水泥浪费;其次,水泥的实际活性对混凝土的强度和耐久性也有很大的影响。由于水泥生产厂家的技术装备和质量管理水平不一,造成部分水泥出厂质量较差,这些水泥一旦用到混凝土结构构件中,必然造成混凝土强度等级不足。另一方面由于水泥在施工现场保管条件差或储存时间过长,致使水泥受潮,造成水泥结块,活性降低,从而影响混凝土强度;第三,水泥的安定性不合格,对普通混凝土强度和耐久性的影响。由于水泥熟料中含有过多的游离氧化钙、游离氧化镁及熟料中掺入石膏过多,导致水泥在遇水硬化后继续产生体积膨胀,破坏混凝土已经形成的结构,导致混凝土开裂,同时也降低了混凝土的强度。
1. 2 骨料
骨料对混凝土强度和耐久性的影响主要有以下几个方面:第一、石子强度低于混凝土的强度,当混凝土受压时,石子首先被压碎,导致混凝土的实际强度降低。特别是使用风化或软质岩石破碎加工成的碎石拌制的混凝土易发生此类问题;第二、骨料体积稳定性差,尤其是由页岩、带有膨胀松土的石灰岩等制成的骨料,在干湿交替或冻融循环作用下,常表现为体积稳定性差,发生变形,破坏混凝土已经形成的内部结构,导致混凝土强度降低,严重时会使混凝土构件受到破坏;第三、骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等影响骨料与水泥石之间的粘结性能,进而影响混凝土的强度。碎石表面粗糙而且具有吸收水泥浆的孔隙特征,所以与水泥石的粘结能力强;卵石表面光滑且少棱角,与水泥石的粘结能力较差,但和易性较好。在相同条件下,碎石混凝土比卵石混凝土强度约高10 %左右。同时,在粗骨料中针、片状颗粒不仅本身受力时容易折断,影响混凝土的强度,而且会增大骨料的空隙率,使混凝土和易性变差;第四、骨料中腐烂动植物等有机物杂质含量过高时,对水泥水化不利,延缓混凝土的硬化,影响混凝土强度的增长;第五、骨料中的松土、粉尘含量过高,会造成混凝土强度下降。因为这些很细小的微粒包裹在骨料表面,影响骨料与水泥浆的粘结,同时加大骨料表面积,增加用水量,而且颗粒体积不稳定,干缩湿胀,对混凝土内部结构有一定破坏作用;第六、骨料中硫化物与硫酸盐的存在会腐蚀混凝土,引起钢筋锈蚀,降低混凝土强度和耐久性;第七、细骨料中云母含量过高,由于云母表面光滑,与水泥浆的粘结性能极差,而且极易沿节理裂开,对混凝土的物理、力学性能均有不利的影响。
1. 3 外加剂
混凝土外加剂,是指在混凝土拌和过程中掺入的,用于改善混凝土性能的物质。随着混凝土工程技术的发展,对混凝土性能提出了许多新的要求,如泵送混凝土要求高的流动性;冬季施工要求高的早期强度;高层建筑、海洋结构要求高强、高耐久性。这些性能的实现,需要应用高性能外加剂。由于外加剂对混凝土技术性能的改善,它在工程中应用范围越来越大,不少国家使用掺外加剂的混凝土已占混凝土总量的60 %～90 %。但外加剂应用不当,会对混凝土的强度和耐久性产生影响。主要表现在:一是外加剂本身的质量达不到标准,没起到应有的作用;二是外加剂的使用,没有根据需改进的混凝土的特性进行选择,盲目使用,甚至使用对结构内的钢筋等有严重腐蚀或含有与水泥水化物作用的物质,降低混凝土的强度,影响结构安全。
由此可见,组成混凝土的任何一种材料的质量,对混凝土的强度和耐久性都会产生一定的影响。因此,必须根据结构的设计要求,所处的环境等特点,选择适用的、符合要求的材料,并且在使用前进行必要的检验,经检验各项指标符合要求后方可使用。
2 配合比对普通混凝土强度和耐久性的影响
混凝土配合比是决定强度的重要因素之一。配合比影响混凝土的因素很多,主要表现在以下方面:第一、水灰比过大,混凝土坍落度过大。混凝土硬化后,多余的水分就残留在混凝土中或蒸发后形成气孔或通道,减少了混凝土抵抗荷载的有效截面,而且可能在孔隙周围引起应力集中。因此,在水泥强度等级相同的情况下,水灰比愈小,水泥石的强度愈高,与骨料粘结力愈大,混凝土强度也愈高。但是,如果水灰比过小,拌和物过于干稠,在一定的施工振捣条件下,混凝土不能被振捣密实,出现较多的蜂窝、孔洞,反将导致混凝土强度严重下降;第二、材料计量不准确。目前,我国相应的施工规范及标准中对混凝土各种原材料的投料误差都有明确的规定。
如果实际投料误差超出允许的范围,就会造成混凝土的强度不足;第三、外加剂使用不当和掺量不准,造成外加剂没达到预期的目的,反而使混凝土强度不足;第四、碱─骨料反应。当混凝土总含碱量较高时,又使用含有碳酸盐或氧化物成分的粗骨料,可能产生碱─骨料反应,即碱性氧化物水解后形成的氢氧化钠和氢氧化钾,它们与活性骨料起化学反应,生成吸水膨胀的凝胶体,造成混凝土开裂和强度下降。
除了原材料质量及配合比对普通混凝土强度的影响,还有搅拌过程、施工工艺、养护条件等都对混凝土的强度和耐久性产生很大的影响。但是,首要的是要控制原材料和配合比,才能进一步控制普通混凝土的质量。
