混凝土承受外界荷載的動(dòng)力不僅取決于所承受荷載的種類，而且決定于各種不同因素如何組合，以影響混凝土不同結(jié)構(gòu)組份的比例。這些不同因素包括組成混凝土拌合物的各材料的性質(zhì)和比例等內(nèi)在因素養(yǎng)護(hù)條件、搗實(shí)程度、實(shí)驗(yàn)參數(shù)等外在因素。
一、影響混凝土強(qiáng)度的主要因素
普通混凝土的受力破壞，主要出現(xiàn)在水泥石與集料的界面上以及水泥石中。可見(jiàn)，混凝土的強(qiáng)度主要取決于水泥石與集料的粘結(jié)強(qiáng)度和水泥石的強(qiáng)度。因此，水泥的強(qiáng)度、水灰比及集料的情況，同時(shí)包括所使用的外加劑性質(zhì)及用量，是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素。
1.1水泥和水灰比
普通混凝土的強(qiáng)度主要取決于水泥石的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)證明混凝土的強(qiáng)度與水泥石強(qiáng)度成正比，而水泥石的質(zhì)量又取決于所采用的水泥的特性(尤其是水泥標(biāo)號(hào))和水灰比。
水泥石混凝土中的活性組份，在按一定配比和水拌合后，可作為水硬性膠凝材料將顆粒狀集料膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的人造石材。再配合比相同的情況下，所使用的水泥標(biāo)號(hào)越高，水泥石的強(qiáng)度及其與集料之間的粘結(jié)力也越大，制成混凝土強(qiáng)度也越高。
從強(qiáng)度觀點(diǎn)看，水灰比-空隙率關(guān)系無(wú)疑是重要的因素，因?yàn)樗绊懼酀{基體以及基體與粗集料間的過(guò)度區(qū)的空隙率，進(jìn)而對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生極大的影響。
水灰比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)在水泥石的空隙率上，進(jìn)而混凝土強(qiáng)度，當(dāng)混凝土拌合物充分搗實(shí)時(shí)，混凝土強(qiáng)度隨水灰比的降低而提高，在混凝土的強(qiáng)度及其其它條件相同的情況下，混凝土的強(qiáng)度主要取決于水灰比，這一規(guī)律常被稱為水灰比定則。
水灰比越小，水泥石的強(qiáng)度及其與集料的粘結(jié)強(qiáng)度越大，混凝土的強(qiáng)度越高。但水灰比過(guò)小，拌合物過(guò)于干稠，使工作性降低。當(dāng)工作性降低到某種方法(如人工搗實(shí))不能有效密實(shí)時(shí)，水灰比的繼續(xù)降低會(huì)是混凝土結(jié)構(gòu)的不均勻性增大，不能保證混凝土的質(zhì)量。
除了水泥性質(zhì)外，水泥質(zhì)量的波動(dòng)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響也是值得注意的問(wèn)題。采用具有相同平均強(qiáng)度而離散系數(shù)小的水泥，可以降低水泥的用量。
水泥質(zhì)量波動(dòng)引起的混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差，不隨齡期而增大;但混凝土強(qiáng)度的離散系數(shù)卻因強(qiáng)度隨齡期的增大而減小。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：水泥的質(zhì)量波動(dòng)大多是由于水泥細(xì)度和C3S含量的差異引起的，而這些因素對(duì)早期的強(qiáng)度影響最大，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)、水泥水化程度的提高，這種影響逐漸減少。
1.2集料和集灰比
對(duì)于普通混凝土來(lái)說(shuō)，盡管集料強(qiáng)度幾乎不被利用破壞決定于其它兩項(xiàng)，但是，集料除強(qiáng)度外還有其它特性，諸如粒形、粒徑、表面結(jié)構(gòu)、級(jí)配(顆粒分布)以及礦物成分，這些都已知會(huì)在不同程度上影響混凝土的強(qiáng)度。集料顆粒的粒形、粒徑、表面結(jié)構(gòu)和礦物成分還影響了過(guò)渡區(qū)的特性，從而影響混凝土的強(qiáng)度。通常情況下，集料性質(zhì)，特別是玻璃表面狀態(tài)和礦物組成，對(duì)極限抗壓強(qiáng)度的影響較對(duì)抗拉強(qiáng)度或初裂抗壓強(qiáng)度要小的多(高強(qiáng)混凝土除外)。
裂縫形成時(shí)的應(yīng)力大多取決于粗集料的性質(zhì)，光滑的卵石制成的混凝土的開(kāi)裂應(yīng)力較粗糙有棱角的碎石混凝土為低，這可能是由于表面性質(zhì)對(duì)機(jī)械咬合作用產(chǎn)生影響的緣故;粗集料的形狀對(duì)機(jī)械擬合也有一定影響。集料品種對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，又與水灰比有關(guān)。隨著水灰比的增大，集料的影響減小。
在礦物成分一定，級(jí)配良好的粗集料改變其最大粒徑對(duì)混凝土強(qiáng)度有兩種相反的影響。水泥用量和稠度相同，含較大集料粒徑的混凝土拌合物比較含較小集料粒徑的拌合物所需拌合水較少;而較大集料卻又趨于形成含較多微裂縫的弱過(guò)度區(qū)，其最終影響隨混凝土水灰比和所加應(yīng)力的不同而變化。不同的集料礦物組成同樣影響混凝土強(qiáng)度。已公布的許多報(bào)告表明，在同一條件下，以鈣質(zhì)集料取代硅質(zhì)集料將導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度明顯改善。
集灰比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，一般認(rèn)為是一個(gè)次要因素。但對(duì)于強(qiáng)度約大于35Mpa的混凝土，集灰比的影響卻明顯表現(xiàn)出來(lái)，在相同水灰比情況下，混凝土的強(qiáng)度隨著集灰比的增大而提高的趨勢(shì)，這可能與集料數(shù)量增大，吸水量也增大，以至有效水灰比降低有關(guān)，也可能與混凝土內(nèi)空隙減小有關(guān)，或者與集料對(duì)混凝土強(qiáng)度所起的作用有關(guān)得以更好的發(fā)揮有關(guān)。
但應(yīng)注意的是，在水泥用量很大而而水灰比很小的情況下，集灰比的增大會(huì)導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度的衰退，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：集料顆粒限制水泥石收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力是水泥石開(kāi)裂或水泥石-集料之間失去粘結(jié)。
1.3外加劑與礦物摻和材
化學(xué)外加劑對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響主要通過(guò)以下幾種方式進(jìn)行：
(1)降低水灰比，如減水劑;
(2)使混凝土空隙率增加，結(jié)果導(dǎo)致強(qiáng)度降低，如加氣劑、泡沫劑等;
(3)調(diào)節(jié)水泥硬化時(shí)間，影響混凝土獲得強(qiáng)度的速率，但對(duì)最終強(qiáng)度無(wú)明顯影響，如緩凝劑、促凝劑等。對(duì)于一種化學(xué)外加劑來(lái)說(shuō)，他對(duì)混凝土的影響是多方面的，因此在混凝土配合比設(shè)計(jì)及外加劑實(shí)用過(guò)程中應(yīng)加以綜合考慮。
為了生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)方面的理由，在混凝土中使用火山灰和膠凝性副產(chǎn)品作為礦物性外加劑的實(shí)例越來(lái)越多。盡管部分取代波特蘭水泥或作為活性摻和料時(shí)，礦物性外加劑通常會(huì)延緩強(qiáng)度獲得的速率，但礦物外加劑在常溫下具有與水化波特蘭水泥漿體中氫氧化鈣的反應(yīng)能力，并形成額外的水化硅酸鈣，可導(dǎo)致大大降低基體和過(guò)度區(qū)中的空隙率。
因此，在混凝土中摻入礦物性外加劑能顯著的提高最大強(qiáng)度和水密性，尤其對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度有良好效果。
二、影響強(qiáng)度的其它因素
為了使混凝土能達(dá)到預(yù)定的強(qiáng)度，還必須在施工中攪拌均勻、搗固密實(shí)，養(yǎng)護(hù)良好并使之達(dá)到規(guī)定的齡期。
2.1 施工條件的影響
施工條件是確?；炷两Y(jié)構(gòu)均勻密實(shí)、硬化正常、達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度的基本條件。在施工過(guò)程中必須把拌合物攪拌均勻，澆注后必須搗固密實(shí)，且經(jīng)良好的養(yǎng)護(hù)才能使混凝土硬化后達(dá)到預(yù)定的強(qiáng)度。
采用機(jī)械攪拌比人工攪拌的拌合物更均勻，同時(shí)采用機(jī)械搗固的混凝土更密實(shí)，因此機(jī)械搗固可適用于更低水灰比的拌合物;能獲得更高的強(qiáng)度。
改進(jìn)施工工藝性能也能提高混凝土強(qiáng)度，如采用分次投料攪拌工藝、高速攪拌機(jī)攪拌、高頻或多頻振搗器振搗、二次振搗工藝都會(huì)有效的提高混凝土的強(qiáng)度
2.2 養(yǎng)護(hù)條件的影響
為了獲得質(zhì)量良好的混凝土，混凝土成型后必須在一定的養(yǎng)護(hù)條件下(包括養(yǎng)護(hù)溫度)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，目的是保證水泥水化的正常進(jìn)行一達(dá)到預(yù)定的強(qiáng)度和其他性能。
周圍環(huán)境濕度是保證水泥正常水化、混凝土順利形成的一個(gè)重要條件。在適當(dāng)?shù)臐穸认?，水泥能正常水化，使混凝土?qiáng)度充分發(fā)展。如果濕度不足，混凝土表面會(huì)發(fā)生失水干燥現(xiàn)象，迫使內(nèi)部水分向表面遷移，造成混凝土結(jié)構(gòu)疏松、干裂，不但降低強(qiáng)度，而且還將影響混凝土的耐久性能。
環(huán)境溫度對(duì)水泥水化作用的影響是顯著的。養(yǎng)護(hù)溫度高，可以加快水泥水化速度，混凝土早期強(qiáng)度高;反之，混凝土在低溫下強(qiáng)度發(fā)展相應(yīng)遲緩，尤其溫度在冰點(diǎn)以下時(shí)，不但水泥水化基本停止，而且還會(huì)在混凝土中結(jié)冰造成強(qiáng)度大幅，初期養(yǎng)護(hù)溫度越高，混凝土強(qiáng)度衰退越低。
但溫度不能太高，太高由于急速的初期的水化會(huì)導(dǎo)致水泥粒子表面的孰料礦物水化很快形成致密的水化產(chǎn)物層，組織水分向粒子內(nèi)部的滲入，妨礙了水泥的進(jìn)一步水化;同時(shí)，由于過(guò)快的早期水化速度導(dǎo)致水化產(chǎn)物中結(jié)晶尺寸過(guò)小，相互間的搭接不充分，導(dǎo)致不均勻分布，是水化物稠度較低的區(qū)域成為水泥石中的薄弱點(diǎn)，從而降低整體強(qiáng)度。而在養(yǎng)護(hù)溫度相對(duì)較低的情況下，如在4-23℃，由于水化緩慢，具有充分的擴(kuò)散時(shí)間，從而使水化物得以在水泥石中均勻分布。
2.3 實(shí)驗(yàn)條件對(duì)混凝土強(qiáng)度測(cè)定值的影響
(1)試件尺寸。實(shí)踐證明試件的尺寸越小，測(cè)得的強(qiáng)度越高，原因是大試件內(nèi)部缺陷存在的概率增大及環(huán)箍效應(yīng)的作用的減小所引起的。
(2)試件形狀。對(duì)棱柱體來(lái)說(shuō)，由于消除了環(huán)箍效應(yīng)的影響，其抗壓強(qiáng)度比立方體略低。
(3)表面狀態(tài)。當(dāng)混凝土試件受壓面上有油脂類潤(rùn)滑物質(zhì)存在時(shí)，由于壓板與試件間摩擦力減小使環(huán)箍效應(yīng)影響減小，試件將因垂直裂紋，測(cè)得的強(qiáng)度值較低。
(4)含水程度。由于潮濕情況對(duì)混凝土的影響，氣干試件比飽和狀態(tài)下的相應(yīng)試件要高20-25%，可能由于水的軟化作用及水泥漿體中存在拆開(kāi)力引起的。
(5)加荷速度。由于破壞是試件變形達(dá)到一定程度時(shí)才發(fā)生的，當(dāng)實(shí)驗(yàn)加荷速度較快時(shí)，材料變形的增長(zhǎng)落后于荷載的增加，因此破壞時(shí)的強(qiáng)度值偏高。
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