二、普通混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)

　　(一)混凝土拌合物的和易性(又稱工作性)

　　1.和易性的概念及指標(biāo)

　　和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、運(yùn)輸、澆筑、搗實(shí))，并能獲得質(zhì)量均勻、密實(shí)的混凝土的性能，和易性為一項(xiàng)綜合的技術(shù)性質(zhì)，包括流動(dòng)性、粘聚性、保水性三方面的含義。流動(dòng)性以坍落度(cm)或維勃稠度(s)作為指標(biāo)，坍落度適用于流動(dòng)性較大的混凝土拌合物(坍落度值≥10mm，骨料最大粒徑≤40mm)，維勃稠度適用于干硬性的混凝土拌合物(坍落度值<10mm，骨料最大粒徑≤40mm，維勃稠度在5～30s之間)。粘聚性與保水性無指標(biāo)，憑直觀經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)評(píng)定。

　　按坍落度值不同，可將混凝土拌合物分為大流動(dòng)性混凝土(坍落度≥160mm)、流動(dòng)性混凝土(坍落度100～150mm)、塑性混凝土(坍落度10～90mm)。

　　2.坍落度的選擇

　　施工中選擇混凝土拌合物的坍落度，一般依據(jù)構(gòu)件截面的大小，鋼筋疏密、搗實(shí)方法來確定。當(dāng)構(gòu)件截面尺寸較小或鋼筋較密或人工插搗時(shí)，坍落度可選擇大些。在保證能順利施工的前提下，坍落度盡量選小些為宜。

　　混凝土澆筑時(shí)的坍落度　　　　　　　　　　　　　　　表20-21

　　注：1.本表系指采用機(jī)械振搗的坍落度，采用人工搗實(shí)時(shí)可適當(dāng)增大;

　　2.泵送混凝土拌合物坍落度不低于100mm，應(yīng)摻用外加劑(如減水劑)。

　　3.影響和易性的主要因素

　　(1)水泥漿的數(shù)量與稠度

　　對(duì)混凝土拌合物和易性起決定作用的是用水量的多少。當(dāng)使用確定的材料拌制混凝土?xí)r，水泥用量在一定范圍內(nèi)(1m3混凝土水泥用量增減不超過50～100kg)，為達(dá)到一定流動(dòng)性，所需加水量為一常值。

　　(2)砂率

　　砂率是指混凝土中砂的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分率。在水泥漿含量不變的情況下，砂率過大或過小，均會(huì)使混凝土拌合物的流動(dòng)性減小。因此，在配制混凝土?xí)r，砂率不能過大，也不能太小，應(yīng)選用合理砂率值。所謂合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情況下，能使混凝土拌合物獲得最大的流動(dòng)性，且能保持粘聚性及保水性良好時(shí)的砂率值，從另一角度考慮，當(dāng)采用合理砂率時(shí)，能使混凝土拌合物獲得所要求的流動(dòng)性及良好的粘聚性與保水性，而水泥用量為最少。

　　確定砂率的方法較多，可參照表20—23選用。也可根據(jù)砂、石的表觀密度與堆積密度等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算確定。

　　(3)水泥品種與骨料品種、性質(zhì)

　　如用礦渣水泥時(shí)，拌合物的坍落度一般較用普通水泥時(shí)為小，泌水性則顯著增加，一般卵石拌制的混凝土拌合物比碎石拌制的流動(dòng)性大，級(jí)配好的骨料拌制的混凝土拌合物的流動(dòng)性也大。

　　(4)除以上所述外，影響混凝土拌合物和易性的因素，還有外加劑、時(shí)間、環(huán)境的溫度與濕度等。

　　在實(shí)際工作中，調(diào)整拌合物的和易性(需考慮對(duì)混凝土強(qiáng)度、耐久性等的影響)的措施：

　�、俦M可能采用合理砂率，以提高混凝土的質(zhì)量與節(jié)約水泥;

　　②改善砂、石級(jí)配;

　　③盡量采用較粗的砂、石;

　�、墚�(dāng)混凝土的配合比初步確定后，如發(fā)現(xiàn)當(dāng)拌合物坍落度太小時(shí)，可保持水灰比不變，增加適量的水泥漿以提高混凝土坍落度，滿足施工要求;當(dāng)坍落度太大時(shí)，可增加適量砂、石，從而減小坍落度，達(dá)到施工要求，避免出現(xiàn)離析、泌水等不利現(xiàn)象;

　�、輷酵饧觿�(減水劑、引氣劑)，均可提高混凝土的流動(dòng)性。

　　(二)混凝土的強(qiáng)度

　　1.混凝土立方體抗壓強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí)

　　將混凝土拌合物制成邊長為150mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度20±3℃，相對(duì)濕度90%以上)下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值，稱為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，用fcu表示。非標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件的抗壓強(qiáng)度應(yīng)折算成標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件的抗壓強(qiáng)度值，換算系數(shù)如表。

　　混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用“C”與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k表示。指混凝土立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)定值的總體分布中，低于該值標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k的百分率≤5%，普通混凝土按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分為12個(gè)強(qiáng)度等級(jí)：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。我國一般鋼筋混凝土梁、板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C15～C30。

　　2.混凝土軸心抗壓強(qiáng)度(又稱棱柱抗壓強(qiáng)度)

　　實(shí)際工程中，混凝土受壓構(gòu)件大部分是棱柱體或圓柱體，為了與實(shí)際情況相符，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算軸心受壓構(gòu)件(如柱子、桁架的腹桿等)時(shí)，應(yīng)采用軸心抗壓強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)依據(jù)。軸心抗壓強(qiáng)度應(yīng)采用150mm×l50mm×300mm的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，實(shí)驗(yàn)表明，軸心抗壓強(qiáng)度約為立方體抗壓強(qiáng)度的0.7～0.8。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)采用的軸心抗壓強(qiáng)度為立方體抗壓強(qiáng)度的0.67倍。

　　3.混凝土抗拉強(qiáng)度

　　混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，只有其抗壓強(qiáng)度的1/10—1/20，且這個(gè)比值隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高而降低�；炷�土抗拉強(qiáng)度對(duì)于混凝土抗裂性具有重要作用，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定混凝土抗裂度的主要指標(biāo)，有時(shí)也用來間接衡量混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度等。一般采用劈裂法來測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱劈拉強(qiáng)度。

　　4.影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素：水泥強(qiáng)度和水灰比、溫度和濕度、齡期

　　(1)水泥強(qiáng)度和水灰比

　　水泥強(qiáng)度、水灰比是影響混凝土強(qiáng)度最主要的因素。實(shí)驗(yàn)證明：水泥強(qiáng)度愈高，則混凝土的強(qiáng)度愈高;在水泥品種、強(qiáng)度相同時(shí)，混凝土的強(qiáng)度隨著水灰比的增大而有規(guī)律地降低。水灰比增大，多余的水多(水泥水化所需的結(jié)合水，一般只占水泥質(zhì)量的23%左右)，當(dāng)混凝土硬化后，多余的水分就殘留在混凝土中形成水泡或蒸發(fā)后形成氣孔，大大地減少了混凝土抵抗荷載的實(shí)際有效斷面，而且可能在孔隙周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，使混凝土強(qiáng)度降低，反之，水灰比越小，水泥漿硬化后強(qiáng)度越高，與骨料表面粘結(jié)力也增強(qiáng)，則混凝土強(qiáng)度也越高。但若水灰比過小，拌合物過于干稠，難搗密實(shí)，混凝土出現(xiàn)較多的蜂窩、空洞、強(qiáng)度也會(huì)下降。

　　(2)溫度和濕度

　　混凝土所處環(huán)境的溫度與濕度，對(duì)混凝土強(qiáng)度有很大影響。若溫度升高，水泥水化速度加快，混凝土強(qiáng)度發(fā)展也就加快;反之，溫度降低時(shí)，水泥水化速度降低，混凝土強(qiáng)度發(fā)展相應(yīng)遲緩。當(dāng)溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí)，水泥水化反應(yīng)停止，混凝土的強(qiáng)度也停止發(fā)展，而且還會(huì)因混凝土中的水結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致開裂。所以冬期施工混凝土?xí)r，要特別注意保溫養(yǎng)護(hù)，以免混凝土早期受凍破壞。

　　周圍環(huán)境的濕度對(duì)混凝土強(qiáng)度也有顯著影響。若濕度不夠，混凝土?xí)�因失水干燥而影響水泥水化作用的正常進(jìn)行，甚至停止水化。這將導(dǎo)致嚴(yán)重降低混凝土的強(qiáng)度，且因水化作用不充分，使混凝土結(jié)構(gòu)疏松，或形成千縮裂縫，從而影響混凝土耐久性。因此，已澆筑完畢的混凝土，必須注意在一定時(shí)間內(nèi)維持周圍環(huán)境有一定溫度和濕度�；炷�土在自然條件下養(yǎng)護(hù)，稱為自然養(yǎng)護(hù)，即在混凝土凝結(jié)后(一般在12h以內(nèi))，表面加以覆蓋和澆水，一般硅酸鹽水泥、普通水泥與礦渣水泥配制的混凝土，需澆水保溫至少7d，使用火山灰水泥、粉煤灰水泥或摻用緩凝型外加劑，或有抗?jié)B要求的混凝土，不少于14d。

　　(3)齡期

　　混凝土在正常養(yǎng)護(hù)條件下，其強(qiáng)度隨齡期的增加而增長，最初7～14d內(nèi)，強(qiáng)度增長較快，28d以后增長緩慢，但只要有一定的溫度與濕度，強(qiáng)度仍有所增長�？筛鶕�(jù)混凝土的早期強(qiáng)度大致估計(jì)其28d的強(qiáng)度。

　　5.提高混凝土抗壓強(qiáng)度的措施

　　(1)采用低水灰比或低水膠比的混凝土

　　可提高混凝土28d的強(qiáng)度或后期強(qiáng)度。

　　(2)采用高強(qiáng)度等級(jí)水泥或早強(qiáng)類水泥

　　這類混凝土特點(diǎn)是用水量少，水灰比小(一般為0.3～0.5)，拌合物中游離水分少，從而硬化后留下的孔隙少，混凝土強(qiáng)度高。

　　(3)采用濕熱養(yǎng)護(hù)——蒸汽養(yǎng)護(hù)與蒸壓養(yǎng)護(hù)

　　蒸汽養(yǎng)護(hù)是將混凝土放在低于100℃的常壓蒸汽中養(yǎng)護(hù)。目的是提高混凝土的早期強(qiáng)度。一般混凝土經(jīng)16h左右蒸汽養(yǎng)護(hù)后，其強(qiáng)度可達(dá)正常條件下養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度的70%～80%。蒸汽養(yǎng)護(hù)的最適宜溫度，普通水泥或硅酸鹽水泥為80℃左右，礦渣水泥及火山灰水泥為90℃左右。

　　蒸壓養(yǎng)護(hù)是將混凝土放在溫度175℃及8個(gè)大氣壓的蒸壓釜中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。水泥水化析出的氫氧化鈣，不僅能與活性氧化硅結(jié)合，而且也能與結(jié)晶狀態(tài)的氧化硅結(jié)合，生成結(jié)晶較好的水化硅酸鈣，使水泥水化、硬化加速，可有效地提高混凝土的強(qiáng)度。

　　(4)采用機(jī)械攪拌與振搗

　　可提高混凝土均勻性、密實(shí)度與強(qiáng)度，對(duì)用水量少、水灰比小的干硬性混凝土，效果顯著。

　　(5)摻入混凝土外加劑和摻合料

　　在混凝土中摻入早強(qiáng)劑，可顯著提高混凝土早期強(qiáng)度。摻入減水劑，拌合水量減少，降低水灰比，可提高混凝土強(qiáng)度。在混凝土拌合物中，除摻入高效減水劑、復(fù)合外加劑外，還同時(shí)摻入硅粉、粉煤灰等礦物摻合料，可配制高強(qiáng)度混凝土。

　　(三)混凝土的變形性能

　　1.化學(xué)收縮

　　混凝土的化學(xué)收縮是由于水泥水化引起的。這種收縮是不能恢復(fù)的，收縮量隨齡期的延長而增加，一般在混凝土成型后40多天內(nèi)增長較快，以后就漸趨穩(wěn)定�？偸湛s量一般不大。

　　2.干濕變形

　　干濕變形是指混凝土隨周圍環(huán)境變化而產(chǎn)生的濕脹干縮變形。一般濕脹的變形量很小，無明顯破壞作用，而干縮則顯著且往往引起混凝土開裂。影響混凝土干縮的因素主要有水泥品種、細(xì)度與用量、水灰比、骨料品種與質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件等。一般來說，水泥用量大、水灰比大;砂石用量少，則干縮值大(水泥用量不宜大于550kg/m3)。

　　在一般工程設(shè)計(jì)中，通常采用混凝土的線收縮值為(15～20)×10-5，即每lm收縮0.15～0.20mm。

　　3.溫度變形

　　溫度變形即混凝土熱脹冷縮的變形，其線脹系數(shù)約為1×10-5/℃，即溫度每升高1℃，每lm膨脹0.01mm。

　　溫度變形對(duì)大體積混凝土極為不利。混凝土中因水泥水化放出的熱量聚積造成內(nèi)部溫度升高，而外部混凝土溫度則隨氣溫升降，有時(shí)內(nèi)外溫差達(dá)50～60℃，導(dǎo)致內(nèi)脹外縮，在混凝土表面產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生裂縫。因此，大體積混凝土應(yīng)采用低熱水泥、減少水泥用量、人工降溫、對(duì)混凝土表層加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等措施。對(duì)縱長的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)預(yù)留伸縮縫、在結(jié)構(gòu)物內(nèi)配置溫度鋼筋。

　　4.在荷載作用下的變形

　　(1)在短期荷載作用下的變形

　　混凝土靜力彈性模量(簡(jiǎn)稱彈性模量)的測(cè)定，是指應(yīng)力為1/3軸心抗壓強(qiáng)度時(shí)的割線彈性模量。混凝土的彈性模量主要取決于骨料與水泥石的彈性模量，以及它們之間的體積比和混凝土含氣量。所以水灰比較小，水泥用量較少、骨料彈性模量較高、養(yǎng)護(hù)較好及齡期較長時(shí)，混凝土的彈性模量就較大。

　　(2)徐變

　　混凝土在長期荷載作用下隨時(shí)間而增加的變形稱為徐變。在荷載作用初期，徐變變形增長較快，以后逐漸變慢，一般延續(xù)2～3年漸趨于穩(wěn)定�；炷�土的徐變值與水泥品種、水泥用量、水灰比、混凝土的彈性模量、養(yǎng)護(hù)條件等因素有關(guān)。如水灰比較小或混凝土在水中養(yǎng)護(hù)、骨料用量較多時(shí)，其徐變較小。

　　混凝土的徐變作用：①消除鋼筋混凝土內(nèi)的應(yīng)力集中，使應(yīng)力較均勻地重新分布;②消除一部分大體積混凝土因溫度變形所產(chǎn)生的破壞應(yīng)力。但會(huì)使預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的預(yù)加應(yīng)力受到損失。

　　(四)混凝土的耐久性

　　混凝土除應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，能安全地承受荷載作用外，還應(yīng)具有耐久性能，以滿足在所處環(huán)境及使用條件下的經(jīng)久耐用要求。耐久性包括抗?jié)B性、抗凍性、抗化學(xué)侵蝕性、耐熱性、堿一骨料反應(yīng)、抗碳化性等。

　　1.抗?jié)B性

　　混凝土的抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水(或油等液體)滲透的性能�？�?jié)B性是混凝土的一個(gè)重要性質(zhì)，直接影響混凝土的抗凍性與抗侵蝕性�？�?jié)B性主要取決于混凝土的密實(shí)度及內(nèi)部孔隙的特征(大小、構(gòu)造)。

　　混凝土的抗?jié)B性用抗?jié)B等級(jí)表示�？�?jié)B等級(jí)是以28d齡期的標(biāo)準(zhǔn)抗?jié)B試件，按規(guī)定方法試驗(yàn)，以不滲水時(shí)所能承受的最大水壓來確定。如抗?jié)B等級(jí)為P4、P6、P8、P10、P12分別表示能抵抗0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa的水壓而不滲透�？�?jié)B混凝土的抗?jié)B等級(jí)≥P6。通常以提高混凝土的密實(shí)度的方法提高混凝土的抗?jié)B性。

　　2.抗凍性

　　指混凝土在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，同時(shí)也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能。

　　混凝土的抗凍性一般以抗凍等級(jí)表示。混凝土抗凍等級(jí)的測(cè)定，是以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d齡期的立方體試件，在吸水飽和后，進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)(-15℃，+20℃)，以同時(shí)滿足抗壓強(qiáng)度損失率不超過25%，質(zhì)量損失率不超過5%時(shí)的最大循環(huán)次數(shù)表示。混凝土抗凍等級(jí)有F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300共七個(gè)等級(jí)，分別表示混凝土能承受反復(fù)凍融循環(huán)次數(shù)為25、50、100、150、200、250和300�？箖龌炷�土的抗凍等級(jí)≥F50。

　　混凝土的抗凍性主要取決于混凝土中孔隙的數(shù)量、特征、充水程度、環(huán)境的溫濕度與經(jīng)歷凍融的次數(shù)等。通常以①提高混凝土的密實(shí)度、②摻加引氣劑以減小混凝土內(nèi)孔隙的連通程度等方法提高混凝土的抗凍性。

　　3.堿一骨料反應(yīng)

　　堿一骨料反應(yīng)是指混凝土內(nèi)水泥中的堿性氧化物(Na2O、K2O)與骨料中的活性二氧化硅或活性碳酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿一硅酸凝膠或堿一碳酸鹽凝膠，該凝膠吸水后會(huì)產(chǎn)生很大的體積膨脹，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生膨脹開裂而破壞。這種堿性氧化物和骨料中活性成分之間的化學(xué)反應(yīng)通常稱為堿一骨料反應(yīng)。

　　為防止堿—骨料反應(yīng)對(duì)混凝土的破壞作用，應(yīng)①嚴(yán)格控制水泥中堿(Na2O、K2O)的含量，②禁止使用含有活性氧化硅(如蛋白石)或活性碳酸鹽的骨料，對(duì)骨料應(yīng)進(jìn)行堿—骨料反應(yīng)檢驗(yàn)，③可在混凝土配制中加入活性摻合料，以吸收Na+、K+，使反應(yīng)不集中于骨料表面。

　　4.抗碳化性

　　指混凝土抵抗內(nèi)部的Ca(OH)2與空氣中的CO2在有水的條件下反應(yīng)生成CaCO3，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部原來的堿性環(huán)境變?yōu)橹行原h(huán)境的能力。故又可稱為抗中性化的能力�？固蓟�性的高低主要意味著混凝土抗鋼筋銹蝕能力的高低，因?yàn)榛炷�土�?nèi)部的堿性環(huán)境是使鋼筋得到保護(hù)而免遭銹蝕的環(huán)境，而中性環(huán)境則使鋼筋易于銹蝕從而引起進(jìn)一步的鋼筋混凝土破壞。通常以提高混凝土密實(shí)度、增大混凝土內(nèi)Ca(OH)2數(shù)量等方法提高混凝土的抗碳化性。

　　5.抗化學(xué)侵蝕性

　　混凝土的抗化學(xué)侵蝕性指混凝土抗各種化學(xué)介質(zhì)侵蝕的能力，主要取決于混凝土中水泥的抗化學(xué)侵蝕性。

　　6.提高混凝土耐久性的措施

　　(1)選擇適當(dāng)品種的水泥。

　　(2)嚴(yán)格控制水灰比與水泥用量。選擇與所處環(huán)境相應(yīng)的混凝土最大水灰比和最小水泥用量。

　　(3)選用質(zhì)量好的骨料。

　　(4)摻入減水劑、引氣劑等外加劑。

　　(5)保證混凝土施工質(zhì)量。