浅析影响水泥混凝土强度等级的因素

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:syblanseyouyu
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  摘要:混凝土质量的好坏,既对结构物的安全,也对结构物的造价有很大影响,因此在施工中我们必须对混凝土的施工质量有足够的重视。如何控制混凝土质量,就成为质量控制中一项极其常见而重要的工作。本文通过理论分析从水泥、水灰比、粗集料、细集料、集灰比、混凝土工艺、混凝土施工技术、振捣密实、养护的种类、温度的影响等几个方面简要阐述影响水泥混凝土强度的几个主要因素,为水泥混凝土结构的设计、施工及试验分析提供一些思路。
  关键词:水泥混凝土;强度;影响因素;
  Abstract:Concrete quality is good or bad, both on the safety of structures, but also the cost of the structure has great influence, so we must in the construction quality of concrete construction have enough attention. How to control the concrete quality, quality control has become an extremely common and important work. In this paper, theoretical analysis of the concrete, water cement ratio, coarse aggregate and fine aggregate, set cement ratio, concrete technology, concrete construction technology, vibration compaction, conservation of species, temperature and other aspects brief description of cement concrete strength of several factors, the cement concrete structure design, construction and test analysis to provide some ideas.
  Keywords:Cement concrete; strength; factors
  
  TU528.45
  
  
  
  
  1.前 言
   混凝土是目前世界上用途最广、用量最大的建筑材料。它在建筑工程、公路工程、桥梁和隧道工程、水利及特种结构的建设领域中发挥着不可替代的作用。任何混凝土结构物主要都是用于承受荷载或抵抗各种作用力,强度是混凝土最重要的力学性能。通常用强度来评定和控制混凝土的质量以及评价各种因素影响程度的指标。本文就影响水泥混凝土强度的因素做简单的分析。
  2.影响水泥混凝土强度等级的主要因素
  2.1 水泥对混凝土强度的影响
  水泥混凝土中的活性成分,其强度大小直接影响着混凝土强度的高低。混凝土抗压强度与混凝土使用的水泥强度成正比,在配合比相同的情况下,所使用的水泥强度越高,制成的混凝土强度越高。水泥混凝土的影响取决于水泥的化学成分及细度。水泥强度主要来自于早期强度及后期强度,而且这些影响贯穿于混凝土中。用早期强度较高的水泥来制作混凝土,其强度增长较快,但在后期可能以较低的强度而告终。而无论通过改变成分、养护条件或者利用外加剂而比较缓慢地水化,都可使水泥产生较高的最终强度。
  2.2 水灰比对混凝土强度的影响
  从混凝土强度表达式也看出,W/C即水灰比也与混凝土强度成反比,即水灰比越小,混凝土强度越高;水灰比越大,混凝土强度越低。水灰比和混凝土的捣实程度,两者都对混泥土体积有影响,水灰比-孔隙率关系无疑是最重要的因素。它影响着水泥浆基体和粗骨料间过渡区这两者的孔隙率,水泥在水化过程中的孔隙率取决于水灰比,水灰比和混凝土的振捣密实程度两者都对混凝土体积有影响,充分密实的混凝土在任何水灰比程度下的毛细管空隙率由水灰比所确定。当混泥土混合料能被充分捣实时,混凝土的强度随水灰比的降低而提高。在使用同种水泥的情况下,水灰比越小,与骨料粘结力越大,混凝土强度越高。
  2.4 细集料对混凝土强度的影响
  细集料品种对混凝土强度的影响程度比粗集料小,所以混凝土公式中没有反映砂对混凝土强度的影响,但砂的质量对混凝土强度也有一定影响。由于施工现场砂石质量变化相对较大,因此现场施工人员必须保证砂石的质量要求,并根据现场砂含水率及时调整水灰比,以保证混凝土配合比,不能把试验配合比与施工配合比混为一谈。
  采用碎石拌制的混凝土,其形成的强度要比采用的卵石拌制的混凝土强度高,因为粗糙的表面和较多的棱角,可使碎石在提高与水泥及其水化产物的黏附性和胶结程度的同时,也加大了拌和物内部摩擦阻力的缘故.在古骨料中夹杂着针偏状颗粒给施工带来了不利影响,并引起混凝土空隙率的提高,所以混凝土用的骨料要限制针片状含量.
  骨料的最大粒径对混凝土抗压强度和抗折强度均有影响,一方面随着粗集料径增大,单位用水量相应减少,在固定的用水量和水灰比条件下,加大最大粒径,可获得较好工作性,或减少水灰比来提高混凝土强度和耐久性;另一面随着粗集料最大粒径的增加,将会减少泥浆与集料接触面积,是强度降底,同时还会由于振捣不密而降低混凝土强度。所以骨料过大会带来双重影响
  2.5集灰比对混凝土强度的影响
  对于强度大于35Mpa的混凝土,集灰比的影响就较为明显地表现出来。在相同水灰比时,混凝土强度随着集灰比的增大而提高。这是因为:集料数量增大,吸水量也增大,从而有效水灰比降低;混凝土内孔隙总体积减小;集料对混凝土强度所引起的作用更好地发挥。
  2.6混凝土施工技术对混凝土强度的影响
  混凝土施工技术对混凝土强度的影响主要包括:模板对混凝土强度的影响。模板及支架在在施工中出现问题,将会直接影响水泥混凝土的强度;混凝土浇筑质量对混凝土强度的影响。在施工过程中必须把混合物搅拌均匀,浇筑后必须振捣密实,且经良好的养护才能使混凝土硬化后达到预定的强度;拆模对混凝土强度的影响。混凝土强度不足时,过早拆除支撑模板,过早荷载作用或者超堆荷载会使混凝土粱、板产生裂缝,导致强度降低;混凝土养护质量对混凝土强度的影响。混凝土成型后应在一定的养护条件下进行养护,才能使混凝土硬化后达到预定的强度及其他性能。
  2.7試件制备振捣密实对混凝土强度的影响
  试验时的试件尺寸、试件湿度和温度、支承状况和加载方式等都会影响同一混凝土最终的强度结果。
  试件尺寸试件抗压强度,也可以按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同试件的尺寸。但是试件尺寸不同、形状不同,会影响试件的抗压强度测定结果。因为混凝土试件在压力机上受压时,在沿加荷方向发生纵向变形的同时,也按泊松比效应产生横向膨胀。而钢制压板的横向膨胀较混凝土小,因而在压板与混凝土试件受压面形成磨擦力,对试件的横向膨胀起着约束作用,这种约束作用称为"环箍效应"。"环箍效应"对混凝土抗压强度有提高作用。离压板越远,"环箍效应"小,在距离试件受压面约0.866α(α为试件边长)范围外这种效应消失。一般都采用 150×150×150(标准试块)
  混凝土入模后,通过适当的振捣,在激振力的作用下,排出混凝土内的水泡、气泡,使混凝土组成材料分布均匀密实,在模内充填良好,构件棱角完整、内实外光。如果混凝土在振捣过程中没有振捣密实,混凝土中存在较多气泡或存在缺陷,混凝土强度下降,特别是抗渗混凝土容易造成渗水。如果过振会使混凝土内水泥浆上升,粗骨料下沉,出现分层离析导致混凝土各材料不均匀,强度降低和外观质量差。在振捣完成后在适当温度下养生脱摸。
  振捣是配制混凝土的一个重要的工艺过程。振捣的目的是施加某种外力, 抵消混凝土混合物的内聚力, 强制各种材料互相贴近渗透, 排除空气, 使之形成均匀密实的混凝土构件或构筑物, 以期达到最高的强度。为获得密实的混凝土, 所使用的捣实方法有人工捣实和机械振实两种。由于人工捣实弊端很多一般很少应用, 主要是机械振实。
  振速同振幅( A) 、振频( n) 的关系可用公式表示。
  V=OC×A×n ( 1- 3)
  振幅与振频: 由公式可见, 在已定振速的情况下, 振幅大, 振频相应减小, 反之振频相应加大, 在一定临界振速时,相应于每一振频都有一个临界振幅, 在这个临界振幅作用下,可使混凝土得到最大的密实度。此外, 振幅的大小还与混凝土混合物颗粒尺寸大小及流动度有关。如果振幅过小, 难以达到密实, 振幅过大则发生振动不和谐。呈紊乱状态, 这会导致混凝土的分层现象。由此可见, 只要振幅保持在一个适当的范围之内, 振频对混凝土的密实起主要作用。
  振动时间: 现在使用的振动器的振速、振幅、振频等参数往往都是固定的, 所以应按照具有不同参数的振动器和混凝土混合物的流动性及结构特性, 决定振动时间, 如果振动时间太少, 则密实效果不会好, 相反, 振动时间过长, 会使颗粒大的石子沉底, 上部多是水泥砂浆或水泥浆及浮水, 形成离析现象, 造成上下不均匀, 降低混凝土强度。
  2.8温度的影响
  混凝土的硬化是水泥水化和凝结硬化的结果。养护温度对水泥的水化速度有显著的影响,一般的规律是养护温度高, 水泥的初期水化速度快, 混凝土早期强度增长的快。湿度大能保证水泥正常水化所需水分,有利于强度的增长。这对加速施工进度、提高经济效益是十分有利的。还应注意, 即早期养护温度超过某一个值时?养护温度越高, 混凝土的后期强度衰退越多。养护温度高, 混凝土早期( 1~3天) 强度高, 但养护温度在4~23℃之间的后期混凝土强度都较养护温度在32~49℃之间的高。如果是高温( 50~90℃) 蒸汽养护, 混凝土强度还因膨胀而降低混凝士热胀作用主要是在升温中产生, 因此混凝土应有一个较长的预养时间, 使得混凝土在常温下获得一定的结构强度, 并适当的将升温速度减慢, 以尽可能减少热胀的破坏作用。当然, 在负温度下养护混凝土, 由于水已结冰, 水泥水化也就停止了, 如不采取升温措施, 混凝土不但获不到强度,还会使混凝土冻结, 转正温后强度也是很低的, 甚至酥松崩溃。混凝土浇捣成型后立即受冻, 其强度损失为50%以上,如果转正温养护后, 又未使混凝土保持一定的湿度, 情况更加严重, 混凝土将变为酥松体, 直至崩溃。所以在冬季施工,禁止混凝土立即受冻, 必须在获得规定强度后, 才允许受冻,同时转正温后, 应加强浇水养护。对混凝土自身的质量而言,其养护温度在15~25℃最好。
  2.9混凝土外加剂和掺合料对混凝土的影响
  在混凝土中掺入外加剂,可使混凝土获得早强和高强性能,混凝土中掺入早强剂,可显著提高早期强度;掺入减水剂可大幅度减少拌合用水量,在较低的水灰比下,混凝土仍能较好地成型密实,获得很高的28d强度。在混凝土中加入掺合料,可提高水泥石的密实度,改善水泥石与骨料的界面粘结强度,提高混凝土的长期强度。因此,在混凝土中掺入高效减水剂和掺合料是制备高强和高性能混凝土必需的技术措施。外加剂或掺和料是工业副产品或废料,其产生的危害很大它自身含有放射性、腐蚀行对人体有害、污染环境,混凝土外加剂掺量过多影响混凝土的和易性、凝结时间、可泵性、混凝土硬化强度发展速率、耐久性、抗裂性、结构动载性等。在施工中造成质量问题是不容忽视的
  2.10 混凝土硬化时间即龄期的影响
  混凝土强度随龄期的增长而逐渐提高,在正常使用环境和养护条件下,混凝土早期强度(3—7天)发展较快,28天可达到设计强度。此后强度发展逐渐缓慢,在混凝土养护过程中温度.湿度和龄期是影响强度形成的主要因素。混凝土在潮湿的环境下养护,形成的强度要远高与干燥环境下形成的强度。因此,为了是混凝土正常硬化,促进强度的形成和提高,应创造和维持一定的潮湿环境,尤其在夏季高温季节,由于气温高,水分蒸发快,要特别注意撒水养护。如果混凝土养护温度过底或冰点下,由于水泥的水化反应的停止,使混凝土强度不在发展,甚至冰冻作用造成混凝土强度的损失。所以再相同湿度条件下,适宜的高温养护有利于强度快速提高。
  成型室:20℃±2℃,相对湿度>50℅
  养护箱:20℃±1℃,相对湿度>90℅
  养护水::20℃±1℃。
  2.11混凝土立方体抗压强度
  混凝土立方体抗压标准强度(或称立方体抗压强度标准值)系指按标准方法制作和養护的边长为150mm的立方体试件,在28d龄期,用标准试验方法测得的强度总体分布中具有不低于95%保证率(保证率概念将在本章第三节中进一步叙述)的抗压强度值,以f cu,k表示。混凝土强度等级是按混凝土立方体抗压标准强度来划分的。混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值(以 MPa计)表示。普通混凝土划分为下列强度等级:C7.5、C10、 C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55及C60等十二个等级。混凝土强度等级是混凝土结构设计时强度计算取值的依据,同时也是混凝土施工中控制工程质量和工程验收时的重要依据。
  在抗压时应先擦干表面水分,在看外形是否变形;在施加压力时对于强度等级小于C30的混MPa5∕s凝土,加载速度为0.3~0.5 MPa5∕s;强度等级大于C30小于C60时,取05~0.8 MPa5∕s.的加在速度。强度等级大级C60的混凝土,取0.8~1.0 MPa∕s的加载速度。记录破坏荷载并计算。
  
  混凝土强度影响因素众多,本文根据理论分析和施工实践并结合众多工程经验,提出并总结了影响混凝土强度的几大因素。较全面的分析了这些因素对混凝土强度的影响。加强对影响混凝土强度因素的研究, 对于提高现场的施土质量有着重大的现实作用。
  参 考 文 献
  
  [1]建筑材料科学(JTG F20-2006)
  作者:霍曼琳 出版社:高等教育出版社 出版时期:2006-09-17
  [2]混凝土学(JTG F60/5-2000)
  作者:重庆建筑工程学院 南京工学院编著
  出版社:中国建筑工业出版社 出版时期:2001-07-06
  [3]公路工程检测技术(JTG F70-2005)
  作者:金桃 张美珍 出版社:人民交通出版社 出版时期:2005-06-15
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