摘 要:普通混凝土硬化后應具有足夠的強度和耐久性,首先要從控制原材料的質量及其配合比以提高混凝土的強度及耐久性。
關鍵詞:原材料;普通混凝土;強度;耐久性
中圖分類號: TU528
普通混凝土從發明到現在已經有100 多年的歷史,已經是當今社會使用量最大的建設材料,這主要是普通混凝土具有許多材料不可比擬的優點:其原材料來源豐富、造價低廉,石子和砂子等骨料約占總質量的80 % ,在大部分地方可以就地取材,價格便宜;其耐久性好,用途廣泛,維護費用低;普通混凝土很容易成型為形狀與尺寸變化范圍很大的構件;普通混凝土生產能耗比鋼材低,可大量利用粉煤灰、礦渣等工業廢料;普通混凝土可以與鋼材復合,作為鋼筋混凝土、預應力鋼筋混凝土應用。由于普通混凝土有上述許多優點,所以被廣泛應用于工業與民用建筑、水利工程、地下工程、公路、鐵路、橋涵及國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構材料。因此,普通混凝土的強度和耐久性直接影響結構安全和使用壽命。混凝土強度不足表現在以下三方面:一是降低結構強度,直接危及結構安全性能;二是抗裂性能差,結構、構件過早產生過寬、數量過多的裂縫;三是構件剛度下降,產生影響使用的變形。此外,通常還伴隨著混凝土抗滲、耐久性等性能的降低。因此,認真分析普通混凝土各組成材料的性能、特點及其之間的比例關系、施工工藝和養護條件對混凝土性能的影響規律,根據使用環境、特點,合理選用原材料,合理設計配合比,嚴格控制施工過程,加強養護等,才能獲得性能、質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普通混凝土強度和耐久性的影響。
1 原材料對普通混凝土強度和耐久性的影響
組成普通混凝土的原材料主要有水泥、粗集料、細集料、水和外加劑以及摻加的混合材料,先就對各種原材料質量對普通混凝土強度和耐久性的影響進行分析。
1. 1 水泥
水泥是影響混凝土強度、耐久性及經濟性的重要因素。首先,應合理選用水泥品種和強度等級。配制混凝土用的水泥品種,應根據工程性質與特點、工程所處環境及施工條件,結合水泥的特性,合理選用。如對于厚大體積的混凝土,為了避免由于溫度應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。水泥強度等級的選擇,應當與混凝土的設計強度等級相適宜。
原則上是配置高強度等級的混凝土選用高強度等級水泥,低強度等級的混凝土選用低強度等級水泥。若用低強度等級水泥配制高強度等級混凝土,為滿足強度要求必然使水泥用量過多,這不經濟,而且使混凝土收縮和水化熱增大;若用高強度等級水泥配置低強度等級混凝土,從強度考慮,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;其次,水泥的實際活性對混凝土的強度和耐久性也有很大的影響。由于水泥生產廠家的技術裝備和質量管理水平不一,造成部分水泥出廠質量較差,這些水泥一旦用到混凝土結構構件中,必然造成混凝土強度等級不足。另一方面由于水泥在施工現場保管條件差或儲存時間過長,致使水泥受潮,造成水泥結塊,活性降低,從而影響混凝土強度;第三,水泥的安定性不合格,對普通混凝土強度和耐久性的影響。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,導致水泥在遇水硬化后繼續產生體積膨脹,破壞混凝土已經形成的結構,導致混凝土開裂,同時也降低了混凝土的強度。
1. 2 骨料
骨料對混凝土強度和耐久性的影響主要有以下幾個方面:第一、石子強度低于混凝土的強度,當混凝土受壓時,石子首先被壓碎,導致混凝土的實際強度降低。特別是使用風化或軟質巖石破碎加工成的碎石拌制的混凝土易發生此類問題;第二、骨料體積穩定性差,尤其是由頁巖、帶有膨脹松土的石灰巖等制成的骨料,在干濕交替或凍融循環作用下,常表現為體積穩定性差,發生變形,破壞混凝土已經形成的內部結構,導致混凝土強度降低,嚴重時會使混凝土構件受到破壞;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性能,進而影響混凝土的強度。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能力強;卵石表面光滑且少棱角,與水泥石的粘結能力較差,但和易性較好。在相同條件下,碎石混凝土比卵石混凝土強度約高10 %左右。同時,在粗骨料中針、片狀顆粒不僅本身受力時容易折斷,影響混凝土的強度,而且會增大骨料的空隙率,使混凝土和易性變差;第四、骨料中腐爛動植物等有機物雜質含量過高時,對水泥水化不利,延緩混凝土的硬化,影響混凝土強度的增長;第五、骨料中的松土、粉塵含量過高,會造成混凝土強度下降。因為這些很細小的微粒包裹在骨料表面,影響骨料與水泥漿的粘結,同時加大骨料表面積,增加用水量,而且顆粒體積不穩定,干縮濕脹,對混凝土內部結構有一定破壞作用;第六、骨料中硫化物與硫酸鹽的存在會腐蝕混凝土,引起鋼筋銹蝕,降低混凝土強度和耐久性;第七、細骨料中云母含量過高,由于云母表面光滑,與水泥漿的粘結性能極差,而且極易沿節理裂開,對混凝土的物理、力學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。隨著混凝土工程技術的發展,對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性;冬季施工要求高的早期強度;高層建筑、海洋結構要求高強、高耐久性。這些性能的實現,需要應用高性能外加劑。由于外加劑對混凝土技術性能的改善,它在工程中應用范圍越來越大,不少國家使用摻外加劑的混凝土已占混凝土總量的60 %～90 %。但外加劑應用不當,會對混凝土的強度和耐久性產生影響。主要表現在:一是外加劑本身的質量達不到標準,沒起到應有的作用;二是外加劑的使用,沒有根據需改進的混凝土的特性進行選擇,盲目使用,甚至使用對結構內的鋼筋等有嚴重腐蝕或含有與水泥水化物作用的物質,降低混凝土的強度,影響結構安全。
由此可見,組成混凝土的任何一種材料的質量,對混凝土的強度和耐久性都會產生一定的影響。因此,必須根據結構的設計要求,所處的環境等特點,選擇適用的、符合要求的材料,并且在使用前進行必要的檢驗,經檢驗各項指標符合要求后方可使用。
2 配合比對普通混凝土強度和耐久性的影響
混凝土配合比是決定強度的重要因素之一。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力集中。因此,在水泥強度等級相同的情況下,水灰比愈小,水泥石的強度愈高,與骨料粘結力愈大,混凝土強度也愈高。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,出現較多的蜂窩、孔洞,反將導致混凝土強度嚴重下降;第二、材料計量不準確。目前,我國相應的施工規范及標準中對混凝土各種原材料的投料誤差都有明確的規定。
如果實際投料誤差超出允許的范圍,就會造成混凝土的強度不足;第三、外加劑使用不當和摻量不準,造成外加劑沒達到預期的目的,反而使混凝土強度不足;第四、堿─骨料反應。當混凝土總含堿量較高時,又使用含有碳酸鹽或氧化物成分的粗骨料,可能產生堿─骨料反應,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反應,生成吸水膨脹的凝膠體,造成混凝土開裂和強度下降。
除了原材料質量及配合比對普通混凝土強度的影響,還有攪拌過程、施工工藝、養護條件等都對混凝土的強度和耐久性產生很大的影響。但是,首要的是要控制原材料和配合比,才能進一步控制普通混凝土的質量。
