混凝土性能及特點

一、混凝土的工作性能

混凝土的性能分為新拌混凝土的性能和硬化混凝土的性能。新拌混凝土是一種將水泥、砂及粗骨料用水拌和而成的尚未凝固的混合物。硬化混凝土的性能主要包括混凝土的抗壓強(qiáng)度、變形性能耐久性等。

（一）和易性

和易性是指新拌水泥混凝土易于各工序施工操作（攪拌、運(yùn)輸、澆灌、搗實等）并能獲得質(zhì)量均勻、成型密實的性能，其包含流動性、黏聚性及保水性。和易性也稱混凝土的工作性，它是一項綜合的技術(shù)性質(zhì)，與施工工藝密切相關(guān)。

1.流動性

流動性是指新拌混凝土在自重或機(jī)械振搗的作用下，能產(chǎn)生流動，并均勻密實地填滿模板的性能。流動性反映出拌和物的稀稠程度。若混凝土拌和物較干稠，則流動性差，難以振搗密實；若拌和物過稀，則流動性好，但容易出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象。流動性的主要影響因素是混凝土用水量。

2.黏聚性

黏聚性是指新拌混凝土的組成材料之間有一定的黏聚力，在施工過程中，不致發(fā)生分層和離析現(xiàn)象的性能。黏聚性反映混凝土拌和物的均勻性。若混凝土拌和物黏聚性不好，則混凝土中集料與水泥漿容易分離，造成混凝土不均勻，振搗后會出現(xiàn)蜂窩和空洞等現(xiàn)象。黏聚性的主要影響因素是膠砂比。

3.保水性

保水性是指新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工過程中，不致產(chǎn)生嚴(yán)重泌水現(xiàn)象的性能。保水性反映混凝土拌和物的穩(wěn)定性。保水性差的混凝土內(nèi)部易形成透水通道，影響混凝土的密實性，并降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。保水性的主要影響因素是水泥品種、用量和細(xì)度。

新拌混凝土的和易性是流動性、黏聚性和保水性的綜合體現(xiàn)，三者之間既互相聯(lián)系，又存在矛盾。因此，在一定施工工藝條件下，新拌混凝土的和易性是以上三方面性質(zhì)的矛盾統(tǒng)一。

（二）和易性的級別分類

混凝土的坍落度級別與維勃稠度級別見表1-4。

表1-4混凝土的坍落度級別與維勃稠度級別

（三）和易性的測定指標(biāo)

混凝土拌和物的和易性是一個綜合概念，難以用一種簡單的評定方法來全面恰當(dāng)?shù)乇磉_(dá)，通常采用坍落度實驗測定混凝土拌和物的流動性，再輔以直觀經(jīng)驗評定黏聚性和保水性?；炷恋牧鲃有杂贸矶缺硎荆錅y定方法有坍落度與坍落擴(kuò)展法和維勃稠度法兩種。

混凝土坍落度是通過坍落度簡現(xiàn)場測設(shè)的。

1.混凝土澆筑時的坍落度要求

混凝土拌和物的流動性的選擇原則，是在滿足施工操作及混凝土成型密實的條件下，盡可能選用較小的坍落度，以節(jié)約水泥并獲得較高質(zhì)量的混凝土。工程中具體選用時，流動性的大小主要取決于構(gòu)件截面尺寸、鋼筋疏密程度及搗實方法。若構(gòu)件截面尺寸小、鋼筋密布或采用人工搗實時，應(yīng)選擇流動性大一些的；反之，選擇流動性小一些的。

混凝土澆筑時坍落度見表1-5。

表1-5混凝土澆筑時坍落度

2.影響混凝土坍落度的因素

（1）水泥漿的數(shù)量與稠度。單位體積用水量決定水泥漿的數(shù)量和稠度，它是影響混凝土和易性的最主要因素。

（2）砂率，指混凝土中砂的質(zhì)量占砂，石總質(zhì)量的百分率。

（3）水泥品種和骨料性質(zhì)，包括水泥的需水量和泌水性及骨料的性質(zhì)。

（4）外加劑，可以改善混凝土或砂漿拌和物施工時的和易性。

（5）環(huán)境條件，包括時間、溫度、濕度和風(fēng)速。

3.坍落度的改善措施

（1）當(dāng)混凝土拌和物坍落度太小時，可保持水灰比不變，適當(dāng)增加水泥漿的用量；當(dāng)坍落度太大時，可以保持砂率不變，調(diào)整砂石用量。

（2）通過試驗，采用合理砂率。

（3）改善砂石的級配，一般情況下盡可能采用連續(xù)級配。

（4）摻加外加劑。采用減水劑、引氣劑、緩凝劑都可以有效地改善混凝土拌和物地和易性。

（5）根據(jù)具體環(huán)境條件，盡可能縮短新拌混凝土的運(yùn)輸時間，若不允許，可摻加緩凝劑，減少坍落度損失。

（四）混凝土的強(qiáng)度

1.混凝土強(qiáng)度等級

按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010），混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是指按標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度，以f表示。普通混凝土劃分為 14個強(qiáng)度等級：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、 C50、 C55、C60，C65、C70、C75和C80?；炷翉?qiáng)度等級是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工質(zhì)量控制和工程驗收的重要依據(jù)。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同強(qiáng)度等級的混凝土，一般有一定的選用范圍。

2.立方體抗壓強(qiáng)度

《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002）規(guī)定，將混凝土拌和物制作成邊長為150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件[溫度（20±2）℃，相對濕度 95%以上 ]下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，測得的抗壓強(qiáng)度值為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度（簡稱立方體抗壓強(qiáng)度），以f表示。

3.混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度

混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度的測定采用150mm×150mm×300mm棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件。軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值以fa表示，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值以fa表示。

混凝土軸心抗拉強(qiáng)度f可按劈裂抗拉強(qiáng)度f換算得到，換算系數(shù)可由試驗確定?；炷僚芽估瓘?qiáng)度采用立方體劈裂抗拉試驗來測定，稱為劈裂抗拉強(qiáng)度f。

4.混凝土的彎曲強(qiáng)度

混凝土的彎曲抗拉強(qiáng)度試驗采用150mm×150mm×550mm的梁形試件，按三分點加荷方式加載。由于混凝土是一種非線性材料，因此，混凝土的彎曲抗拉強(qiáng)度大于軸心抗拉強(qiáng)度。

（五）混凝土的變形性能

1.化學(xué)變形

混凝土在硬化過程中，由于水泥水化產(chǎn)物的體積小于反應(yīng)物（水泥與水）的體積，導(dǎo)致混凝土在硬化時產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮?；炷恋幕瘜W(xué)收縮是不可恢復(fù)的，收縮量隨混凝土的硬化齡期的延長而增加，一般在40d內(nèi)逐漸趨向穩(wěn)定。

2.干濕變形

混凝土在環(huán)境中會產(chǎn)生干縮濕脹變形。水泥石內(nèi)吸附水和毛細(xì)孔水蒸發(fā)時，會引起凝膠體緊縮和毛細(xì)孔負(fù)壓，從而使混凝土收縮；當(dāng)混凝土吸濕時，由于毛細(xì)孔負(fù)壓減小或消失而產(chǎn)生膨脹。影響混凝土干濕變形有多種因素。

3.溫度變形

對大體積混凝土工程，在凝結(jié)硬化初期，由于水泥水化放出的水化熱不易散發(fā)而聚集在內(nèi)部，造成混凝土內(nèi)外溫差很大，有時可達(dá)40~50℃，從而導(dǎo)致混凝土表面開裂。

混凝土在正常使用條件下也會隨溫度的變化而產(chǎn)生熱脹冷縮變形?；炷恋臒崤蛎浵禂?shù)與混凝土的組成材料及用量有關(guān)，但影響不大?；炷恋臒崤蛎浵禂?shù)一般為（0.6~1.3）×10。

4.荷載作用下的變形

（1）混凝土在短期荷載作用下的變形

混凝土是一種非均質(zhì)材料，屬于彈塑性體。在外力作用下，既產(chǎn)生彈性變形，又產(chǎn)生塑性變形，即混凝土的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系不是直線而是曲線。混凝土的塑性變形是內(nèi)部微裂紋產(chǎn)生、增多、擴(kuò)展與匯合等的結(jié)果。

（2）混凝土在長期荷載作用下的變形

混凝土在長期不變荷載作用下，沿作用力方向隨時間而產(chǎn)生的塑性變形稱為混凝土的徐變。水灰比較大時，徐變較大；水灰比相同，用水量較大時，徐變較大；骨料級配好，最大粒徑較大，彈性模量較大時，徐變較小。

（六）混凝土的耐久性

1.混凝土耐久性的概念

混凝土的耐久性是指混凝土在使用環(huán)境下抵抗各種物理和化學(xué)作用破壞的能力?；炷恋哪途眯灾苯佑绊懡Y(jié)構(gòu)物的安全性和使用性能。耐久性包括抗?jié)B性抗凍性、化學(xué)侵蝕和堿骨料反應(yīng)等。

（1）抗?jié)B性

抗?jié)B性是指混凝土抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能?？?jié)B性對混凝土的耐久性有重要作用，因為抗?jié)B性控制著水分滲入的速率，這些水中可能含有侵蝕性的化合物，同時控制混凝土受熱或受凍時水的移動。

（2）抗凍性

混凝土的抗凍性是指混凝土在飽水狀態(tài)下，經(jīng)過多次凍融循環(huán)作用保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力。在寒冷地區(qū)，尤其是在接觸水又受凍的環(huán)境下的混凝土，要求其具有較高的抗凍性能。

（3）化學(xué)侵蝕

混凝土暴露在有化學(xué)物質(zhì)的環(huán)境和介質(zhì)中，有可能遭受化學(xué)侵蝕而破壞。一般的化學(xué)侵蝕有水泥漿體組分的浸出、硫酸鹽侵蝕、氯化物侵蝕、碳化等。

（4）堿骨料反應(yīng)

某些含活性組分的骨料與水泥水化析出的KOH及NaOH相互作用，對混凝土有破壞作用。堿骨料反應(yīng)有三種類型：堿氧化硅反應(yīng)、堿碳酸鹽反應(yīng)和堿硅酸鹽反應(yīng)。

2.混凝土孔結(jié)構(gòu)對耐久性的影響

A、B兩種混凝土采用相同的水泥、砂、石，A摻用了引氣劑，并降低了水灰比，其抗?jié)B性優(yōu)于B?；炷岭m有較多氣泡，但這些氣泡是不連通的，截斷了毛細(xì)管通道，從而提高了抗?jié)B性，且其減少了水灰比，使其他部分更為致密?？梢?，改善混凝土孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土密實度，可提高混凝土抗?jié)B性。

3.提高混凝土耐久性的措施

（1）選用適當(dāng)品種的水泥及摻合料。

（2）適當(dāng)控制混凝土的水灰比及水泥用量。

（3）長期處于潮濕和嚴(yán)寒環(huán)境中的混凝土，應(yīng)摻用引氣劑。

（4）選用較好的砂、石、骨料。

（5）摻用加氣劑或減水劑。