浅谈如何提高混凝土的强度及耐久性.pdf
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1、第 4 7卷第 5期 2 01 1年 5月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 Ga ns u W a t e r Co n s e r v a nc y a nd Hy d r o p owe r Te c h no l o g y Vo 1 4 7 No 5 Ma y, 2 0 1 1 设计与研究 浅谈如何提高混凝土的强度及耐久性 施文浩 , 史德亨 , 车京兰 ( 1 甘肃第六建筑工程股份有限公司 , 甘肃 兰州7 3 0 0 0 0 ;2 兰州大学 土木工程与力学学院, 甘肃 兰州7 3 0 0 0 0 ) 摘要: 混凝土广泛用于工程建设当中, 它的各种性质决定了工程的质量及可靠度 , 尤
2、其是混凝土的强度和耐久性。随 着科技的发展,对混凝土的强度和耐久性的研究也取得 了诸 多成果。从决定混凝土的强度和耐久性的根本原因入 手, 讨论如何提高混凝土的强度和耐久性。 关键词: 混凝土; 强度; 耐久性 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标识码 : B 文章编号: 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 3 5 0 3 1 引言 混凝土的强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标 , 以往工程中习惯上只重视混凝土的强度而忽视了混凝土的 耐久性。 混凝土的耐久性是正常使用年限内保证结构正常功 能的能力 , 关系到结构物的使用寿命。随着结构物老化和环
3、 境污染的加重 ,混凝土耐久性问题已引起了人们 的广泛重 视。 混凝土的强度及耐久性在很大程度上取决于原材料的性 质及含量, 同时与施工工艺也有一定关系。 因此 , 必须了解其 原材料的性质、 作用及其质量要求, 合理选择材料, 优化施工 工艺 , 以提高混凝土的强度和耐久性。 2 如何提高混凝土强度 任何混凝土结构物主要都是用以承受荷载或抵抗各种 作用力的, 强度是混凝土最重要的力学性能。工程上对混凝 土的其它性能要求 , 如不透水性、 抗冻性等 , 而这些性能与混 凝土强度往往存在着密切的关系。一般来说 , 混凝土的强度 愈高, 其刚性、 不透水性、 抵抗风化和某些侵蚀介质的能力也 愈高;
4、 而强度愈高, 往往干缩也较大, 同时较脆、 易裂。 因此, 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。 普通混凝土受力破坏一般出现在骨料和水泥的分界面 上, 即常见的粘结面破坏。另外 , 当水泥石强度较低时, 水泥 石本身破坏也是常见的破坏形式之一。在普通混凝土中, 骨 料最先破坏的可能性小, 因为骨料强度远远超过水泥石和粘 结面的强度。 所以混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及 其骨料表面的粘结强度 , 而它们又与水泥标号、 水灰比及骨 料的性质有密切关系。 2 1 水灰 比和水泥 强度等级是决定混凝土 强度 的主 要因素 水泥是混凝土中的活性组分 , 其强度的
5、大小直接影响着 混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下, 所用的水泥强 度等级超高, 制成的混凝土强度也越高。 当用同种水泥时, 混 凝土的强度主要取决于水灰比。 因为水泥水化时所需的结合 水 , 一般只占水泥质量的2 3 左右, 但在拌制混凝土拌合物 时, 为了获得必要的流动性 , 常需用较多的水( 约占水泥质量 的 4 0 7 0 ) , 即较大的水灰比。 当混凝土硬化后, 多余的水 分就残余在混凝土中形成水泡或蒸发后形成气孔, 大大地减 小了混凝土抵抗荷载的实际有效断面, 而且可能在孔隙周围 产生应力集中。因此, 可以认为 , 在水泥标号相同的情况下 , 水灰比愈小, 水泥石的强度愈高。
6、水泥混凝土强度主要取决 于毛细管孔隙或胶空比, 但这些指标都难于测定或估计。但 充分密实的混凝土在任何水灰比程度下的毛细管孔隙率由 水灰比所确定。 毛细孔隙率 : P o = , C - 0 3 6 胶空比: X= 0 6 8 a ( 0 3 2 + C ) 式中, l l z C为水灰比; 口 为水化程度( 即水泥中已经水化的部 分 ) 。 水泥石与骨料的粘结力还与骨料的表面状况有关。 碎石 表面粗糙 , 粘结力比较大; 卵石表面光滑, 粘结力比较小。因 此在水泥标号和水灰比相同的情况下, 碎石混凝土的强度往 往高于卵石混凝土的强度。 2 2 养护的温度和湿度 为了获得质量良好的混凝土, 混
7、凝土成型后必须在适宜 的环境中进行养护。 养护的目的是为了保证水泥水化过程能 正常进行, 包括控制环境的温度和湿度。 混凝土所处的环境, 如温度、 湿度等, 都是影响混凝土强度的重要因素 , 它们通过 影响水泥的水化过程而产生作用。 混凝土的硬化, 原因在于水泥的作用。周围环境的温度 对水化作用的速度有显著的影响, 养护温度高则增大初期水 化速度 , 混凝土初期强度也高。但急速的初期水化会导致水 化物分布不均匀 , 水化物稠密程度低的区域将成为水泥石的 薄弱点 , 从而降低整体的强度; 水化物稠密程度高的区域 , 水 化物包裹在水泥粒子的周围,会妨碍水化反应的继续进行 , 对后期强度的发展不利
8、。而在养护温度较低的情况下, 由于 水化缓慢, 具有充分的扩散时间, 从而使水化物在水泥石中 均匀分布 , 有利于后期强度的发展。当温度降低到零点以下 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 0 4 2 5 作者简介: 施文浩( 1 9 7 5 一 ) , 男, 甘肃人 , 工程师, 主要从事建筑施工管理。 3 5 2 0 1 1 年第 5期 甘肃水利水 电技术 第 4 7卷 时, 则 由于混凝土中水分大部分结冰, 水泥颗粒不能和冰发 生反应, 混凝土的强度停止发展。 同时, 由于孔隙内水分结冰 而引起膨胀( 水结冰体积可以膨胀 9 ) 产生相当大的压力 , 作用于孔隙 , 使毛细管内壁结构遭受破
9、坏 , 导致已经获得 的 强度( 如果在结冰前, 混凝土已经不同程度地硬化的话) 受到 损失。 但气温如果再升高时, 并开始融化。 如此反复冻融 , 混 凝土内部产生微裂缝, 逐渐增长、 扩大, 混凝土早期强度低 , 更容易冻坏。所以应当特别防止混凝土早期受冻。 周围环境的湿度对水泥的水化作用能否正常进行有显 著影响。 温湿度适当, 水泥水化便能顺利进行, 使混凝土强度 得到充分发展。如果湿度不够 , 混凝土会会失水干燥而影响 水泥水化作用的正常进行, 甚至停止水化。 此外, 混凝土中大 量 自由水在水泥水化过程中逐渐被产生的凝胶所吸附, 内部 供水化反应的水则愈来愈少。这不仅严重降低混凝土的
10、强 度 , 而且因水化作用未能完成 , 使混凝土结构疏松, 渗水增 大 , 形成千缩裂纹, 从而影响耐久性。 所以, 为了使混凝土正常硬化 , 必须在成型后一定时间 内维持周围环境有一定温度和湿度。在混凝土凝结以后( 一 般在此期间 1 2 h ) , 表面应覆盖草袋等物并不断浇水 , 这样也 同时能防止其发生不正常的收缩。使用硅酸盐水泥、 普通水 泥和矿渣水泥时, 浇水保湿应不少于7 d ; 道路路面水泥混凝 土宜为 1 4 2 1 d ;使用火山灰水泥和粉煤灰水泥或在施工中 掺用缓凝剂外加剂或有抗渗要求时, 应不少 1 4 d ; 如用高铝 水泥时, 不得少于 3 d 。在夏季应特别注意浇
11、水, 保持必要的 湿度, 在冬季特别注意保持必要的温度。 目前有的工程 , 也有 采用塑料薄膜养护的方法, 如道路混凝土便比较常用。 2 3 龄期 混凝土在正常养护条件下 , 其强度将随着龄期的增加而 增长。最初 7 1 4 d内, 强度增长较快 , 2 8 d以后增长缓慢。 混凝土所经历的时间和温度的乘积总和, 称为混凝土的 成熟度( ) , 单位为 h或 d 。混凝土的强度与成熟度之 间的关系很复杂, 它不仅取决于水泥的性质和混凝土的质量 ( 等级强度) , 而且与养护温度和养护制度有关。当混凝土的 初始温度在某一范围内, 并且在所经历的时间内不发生干燥 失水的情况下, 混凝土的强度和成熟
12、度的对数呈线性关系。 综上所述 ,影响着水泥混凝土强度的原因是多方面的, 所以, 在水泥混凝土结构物的设计、 施工及养护过程中, 要综 合考虑各种因素, 因地制宜, 从满足结构物的使用要求出发 , 做出经济、 适用、 合理的设计、 施工和养护方案。 3 如何提高混凝土的耐久性 混凝土耐久性问题 , 是指结构在所使用的环境下, 由于 内部原因或外部原因引起结构的长期演变, 最终使混凝土丧 失使用能力 , 即所谓的耐久性失效。 耐久性失效的原因很多, 有抗冻失效, 碱一 集料反应失效 , 化学腐蚀失效, 钢筋锈蚀造 成结构破坏等。 混凝土结构的耐久性不仅是确定材料的耐久 性能指标与钢筋的混凝土保护
13、层厚度 , 还在很大程度上取决 于混凝土的施工养护质量与钢筋保护层厚度的施工差异 , 适 当的排水措施能够有效的减轻环境作用。 混凝土除应具有要求的强度, 以保证其能安全地承受设 计荷载外, 还应根据其周围的自然环境以及在使用上的特殊 3 6 要求, 具有各种特殊性能。例如, 承受压力水作用的混凝土, 需要具有一定的抗渗性能 ; 遭受反复作用冰冻作用 的混凝 土, 需要有一定的抗冻性能; 遭受环境水侵蚀作用的混凝土, 需要具有与之相适应的抗侵蚀性能; 处于高温环境的混凝 土, 则需要具有较好的耐热性能等等。同时要求混凝土在使 用环境条件下性能要稳定。因而, 把混凝土抵抗环境介质作 用并长期保持
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